第59卷第4期 建筑 Vol. 59 No, 4 2019年4月 文章编号:1003-1995(2019)04-0011-06 铁路工程预应力结构用机制砂混凝土性能研究 王振12,韩自力2,李化建12,黄法礼·2,易忠来12 (1中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑硏究所,北京100081;2高速铁路轨道技术国家重点实验室,北京100081) 摘要以梁体和轨道板用混凝土为研究对象,从工作性能、力学性能、耐久性能、收缩徐变性能等多方 面对比研究了铁路工程预应力结构用机制砂混凝土和河砂混凝土的性能差异。结果表明:机制砂混凝 土需掺加更多的减水剂和引气剂来达到与河砂混凝土相同的工作状态;石灰石粉的促进水化作用和机 制砂的顆粒特性提高了机制砂混凝土早期抗压强度、抗折强度和弹性模量;石灰石粉的填充效应有利于 提高混凝土密实度,降低混凝土离子扩散系教和电通量;杋制砂混凝土抗冻性能满足梁体和轨道板的技 术要求;机制砂混凝土收縮徐变的变化规律与河砂混凝土一致。 关键词机制砂混凝土;预应力结构;强度;耐久性能;收缩徐变 中图分类号TU528.52文献标识码ADOn:10.3969/isn.1003-1995.201904.0 铁路工程结构复杂、分布范围广、跨度大的特点,研究指出,用机制砂制备轨枕、电杆、桥梁等铁路高性 造成了建设过程中混凝土原材料需求分散和供货困难能混凝土制品具有可行性。黄滕斌{在山西中南 的问题,加之河砂资源限采政策实施和季节性开采的部铁路通道工程中采用混合砂(河砂:机制砂=45% 影响满足要求的混凝土用河砂资源严重短缺,以55%)制备了性能满足施工和质量要求的C60预应力 云南、贵州、四川地区为主的山区铁路尤为显著。机制混凝土T梁,大幅降低了混凝土T梁的生产成本。高 砂替代河砂用作混凝土细骨料逐渐成为全球化趋势,波等[明采用肯尼亚当地机制砂,通过优化试验提出了 应用机制砂是解决铁路混凝土用砂困难的主要措施,适用于内马铁路的C60混凝土轨枕配合比,制备出的 也是绿色建材发展的重要方向。机制砂混凝土的机制砂混凝土轨枕外观质量良好,性能满足标准要求。 坍落度通常比河砂混凝土低,但低强度等级机制砂混机制砂在铁路预应力结构中应用较少不仅因为梁体、 凝土的保水性和黏聚性优于河砂混凝土,这与机制砂轨道板、轨枕等关键结构要求使用天然河砂t-3,还 中石粉含量高、颗粒棱角性强、亚甲蓝值高、减水剂被和我国机制砂品质参差不齐、预应力机制砂混凝土技 吸附量大等因素相关3-。在水泥用量和拌和物稠度术储备少等问题有关。为探究机制砂制备铁路工程预 相同的条件下,机制砂混凝土28d抗压强度比河砂混应力结构的可行性,以梁体和轨道板用混凝土为载 凝土高8%~26%,抗折强度比河砂混凝土高约1%~体,对比研究了机制砂混凝土与河砂混凝土工作性 5%。石粉具有完善浆体颗粒级配、填充浆体-骨料能、力学性能、耐久性能、收缩徐变性能的变化规律, 间隙和诱导水泥水化的作用,适量石粉有利于提高混以期为铁路工程预应力结构中机制砂混凝土应用提 凝土密实度,改善了混凝土耐久性。机制砂表面粗供指导。 糙、棱角性强的特性有利于提高浆体与骨料之间的黏 结力限制水泥浆体变形降低混凝土的收缩徐变(1试验 中国铁道科学研究院20世纪90年代初的机制砂1.1原材料 试验所用的P042.5普通硅酸盐水泥(C)、粉煤 收稿日期:2018-12-10;修回日期:201901-31 灰(FA)、矿渣粉(SL)的主要物理性能和化学组成见 基金项目:国家自然科学基金(51578545);中国铁道科学研究院基金表1。石灰岩机制砂(J)和天然河砂(HS)的主要性 (20161027);中国铁路总公司科技研究开发计划能见表2。试验中为消除颗粒级配对混凝土性能的影 (2017006J);2018年度陕西交通科技项目(18-09K 响,机制砂和河砂重新筛分并设置成相同细度模数 第一作者:王振(1993—),男,研究实习员,硕士 E-mail:wangzhenhanana(@163.com 28,见表3。粗骨料(G)为5~20mm连续级配石灰岩 通信作者:李化建(1976—),男,研究员,博士。 碎石。减水剂(SP)为减水率27%、固含量28.74%的 E-mail-chinasailor@163.com 聚羧酸型高性能减水剂,引气剂(AE)为减水率第 ５９ 卷 第 ４ 期 ２０１９ 年 ４ 月 铁 道 建 筑 Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ.５９ Ｎｏ.４ Ａｐｒｉｌ ２０１９ 文章编号:１００３￣１９９５(２０１９)０４￣００１１￣０６ 铁路工程预应力结构用机制砂混凝土性能研究 王 振１ꎬ２ ꎬ韩自力１ꎬ２ ꎬ李化建１ꎬ２ ꎬ黄法礼１ꎬ２ ꎬ易忠来１ꎬ２ (１.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所ꎬ北京 １０００８１ꎻ２.高速铁路轨道技术国家重点实验室ꎬ北京 １０００８１) 摘 要 以梁体和轨道板用混凝土为研究对象ꎬ从工作性能、力学性能、耐久性能、收缩徐变性能等多方 面对比研究了铁路工程预应力结构用机制砂混凝土和河砂混凝土的性能差异ꎮ 结果表明:机制砂混凝 土需掺加更多的减水剂和引气剂来达到与河砂混凝土相同的工作状态ꎻ石灰石粉的促进水化作用和机 制砂的颗粒特性提高了机制砂混凝土早期抗压强度、抗折强度和弹性模量ꎻ石灰石粉的填充效应有利于 提高混凝土密实度ꎬ降低混凝土离子扩散系数和电通量ꎻ机制砂混凝土抗冻性能满足梁体和轨道板的技 术要求ꎻ机制砂混凝土收缩徐变的变化规律与河砂混凝土一致ꎮ 关键词 机制砂混凝土ꎻ预应力结构ꎻ强度ꎻ耐久性能ꎻ收缩徐变 中图分类号 ＴＵ５２８.５２ 文献标识码 Ａ ＤＯＩ:１０.３９６９ / ｊ.ｉｓｓｎ.１００３￣１９９５.２０１９.０４.０２ 收稿日期:２０１８￣１２￣１０ꎻ修回日期:２０１９￣０１￣３１ 基金项目:国家自然科学基金( ５１５７８５４５)ꎻ中国铁道科学研究院基金 (２０１６ＹＪ０２７ )ꎻ 中 国 铁 路 总 公 司 科 技 研 究 开 发 计 划 (２０１７Ｇ００６￣Ｊ)ꎻ２０１８ 年度陕西交通科技项目(１８￣０９Ｋ) 第一作者:王振(１９９３— )ꎬ男ꎬ研究实习员ꎬ硕士ꎮ Ｅ￣ｍａｉｌ:ｗａｎｇｚｈｅｎｂａｎａｎａ＠ １６３.ｃｏｍ 通信作者:李化建(１９７６— )ꎬ男ꎬ研究员ꎬ博士ꎮ Ｅ￣ｍａｉｌ:ｃｈｉｎａｓａｉｌｏｒ＠ １６３.ｃｏｍ 铁路工程结构复杂、分布范围广、跨度大的特点ꎬ 造成了建设过程中混凝土原材料需求分散和供货困难 的问题ꎬ加之河砂资源限采政策实施和季节性开采的 影响ꎬ满足要求的混凝土用河砂资源严重短缺[１] ꎬ以 云南、贵州、四川地区为主的山区铁路尤为显著ꎮ 机制 砂替代河砂用作混凝土细骨料逐渐成为全球化趋势ꎬ 应用机制砂是解决铁路混凝土用砂困难的主要措施ꎬ 也是绿色建材发展的重要方向[２] ꎮ 机制砂混凝土的 坍落度通常比河砂混凝土低ꎬ但低强度等级机制砂混 凝土的保水性和黏聚性优于河砂混凝土ꎬ这与机制砂 中石粉含量高、颗粒棱角性强、亚甲蓝值高、减水剂被 吸附量大等因素相关[３－４] ꎮ 在水泥用量和拌和物稠度 相同的条件下ꎬ机制砂混凝土 ２８ ｄ 抗压强度比河砂混 凝土高 ８％ ~ ２６％ꎬ抗折强度比河砂混凝土高约 １％ ~ ５％ [５] ꎮ 石粉具有完善浆体颗粒级配、填充浆体 骨料 间隙和诱导水泥水化的作用ꎬ适量石粉有利于提高混 凝土密实度[６] ꎬ改善了混凝土耐久性ꎮ 机制砂表面粗 糙、棱角性强的特性有利于提高浆体与骨料之间的黏 结力ꎬ限制水泥浆体变形ꎬ降低混凝土的收缩徐变[７] ꎮ 中国铁道科学研究院 ２０ 世纪 ９０ 年代初的机制砂 研究指出ꎬ用机制砂制备轨枕、电杆、桥梁等铁路高性 能混凝土制品具有可行性[８] ꎮ 黄滕斌[９] 在山西中南 部铁路通道工程中采用混合砂(河砂 ∶机制砂 ＝ ４５％ ∶ ５５％)制备了性能满足施工和质量要求的 Ｃ６０ 预应力 混凝土 Ｔ 梁ꎬ大幅降低了混凝土 Ｔ 梁的生产成本ꎮ 高 波等[１０]采用肯尼亚当地机制砂ꎬ通过优化试验提出了 适用于内马铁路的 Ｃ６０ 混凝土轨枕配合比ꎬ制备出的 机制砂混凝土轨枕外观质量良好ꎬ性能满足标准要求ꎮ 机制砂在铁路预应力结构中应用较少不仅因为梁体、 轨道板、轨枕等关键结构要求使用天然河砂[１１－１３] ꎬ还 和我国机制砂品质参差不齐、预应力机制砂混凝土技 术储备少等问题有关ꎮ 为探究机制砂制备铁路工程预 应力结构的可行性ꎬ以梁体和轨道板用混凝土为载 体ꎬ对比研究了机制砂混凝土与河砂混凝土工作性 能、力学性能、耐久性能、收缩徐变性能的变化规律ꎬ 以期为铁路工程预应力结构中机制砂混凝土应用提 供指导ꎮ １ 试验 １􀆰 １ 原材料 试验所用的 Ｐ.Ｏ４２􀆰 ５ 普通硅酸盐水泥(Ｃ)、粉煤 灰(ＦＡ)、矿渣粉( ＳＬ)的主要物理性能和化学组成见 表 １ꎮ 石灰岩机制砂( ＪＺ)和天然河砂(ＨＳ)的主要性 能见表 ２ꎮ 试验中为消除颗粒级配对混凝土性能的影 响ꎬ机制砂和河砂重新筛分并设置成相同细度模数 ２􀆰 ８ꎬ见表 ３ꎮ 粗骨料(Ｇ)为 ５~２０ ｍｍ 连续级配石灰岩 碎石ꎮ 减水剂(ＳＰ)为减水率 ２７％、固含量 ２８􀆰 ７４％的 聚羧 酸 型 高 性 能 减 水 剂ꎬ 引 气 剂 ( ＡＥ) 为 减 水 率