混凝土轨枕耐久性的提高

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1、混凝土轨枕耐久性的提高【摘要】通过对轨枕混凝土的病害机理分析，从改进生产工艺和优化混凝土配合比两方面提出了改善混凝土轨枕耐久性的基本设计思路，采用复合外加剂和较大掺量掺合料配制的混凝土，能大幅度提高混凝土的抗氯离子渗透和抗盐结晶腐蚀性能，并使轨枕的静载抗裂和抗疲劳性能有所提高。　　【关键词】混凝土轨枕；耐久性；工艺改进；关键技术　　　　前言　　结构在服役过程中，混凝土的劣化是一个不可逆的过程。由于尚无可靠理论支持混凝土劣化过程的模拟分析，无法对混凝土的寿命作出准确的评估。因此，目前耐久性设计的主要目的在于采用一定的配制技

2、术延缓混凝土在特定环境条件下的劣化速度，与结构寿命周期的定量化设计尚有一定差距。　　1轨枕混凝土的劣化机理　　裂缝是混凝土轨枕的主要病害。从裂缝的位置和形态分析，混凝土劣化是裂缝产生的主要原因之一。轨枕混凝土劣化的主要原因是客车排污和货车（盐车、罐车等）遗洒的化学物质引发的钢筋锈蚀和盐结晶破坏。　　1.1钢筋锈蚀　　混凝土硬化后，受混凝土包裹的钢筋表面被氧化形成与钢筋吸附牢固的致密钝化膜，当穿过保护层到达钢筋表面的Cl－积累到一定浓度时可使钢筋钝化膜破坏。钢筋锈蚀首先是钝化膜的腐蚀过程，然后才是脱钝钢筋的电化学腐蚀过程。

3、　　钢筋钝化膜的腐蚀一方面与Cl－有很强的穿透氧化膜的能力有关，且渗透压的存在会使穿透加速；另一方面Cl－进入氧化膜内层（铁与氧化物界面）后生成易溶的FeCl2,使氧化膜局部溶解,形成坑蚀现象。如果Cl－沿钢筋长度方向广泛存在，点蚀坑就会扩大、合并，从而发生大面积的腐蚀。　　脱钝后混凝土中钢筋的锈蚀是一个电化学过程，锈蚀产物的体积一般可达2～4倍钢筋腐蚀量。锈蚀产物的体积膨胀将使钢筋周围的混凝土处于复杂的应力状态，以至发生开裂。混凝土的开裂为水和空气的进入提供了便利，促使钢筋更快锈蚀。　　1.2盐结晶　　混凝土具有多孔的

4、特性，孔与孔之间、孔与环境之间通过毛细孔相连。　　混凝土毛细孔和空隙中的盐主要有两个：一方面，残存于混凝土表面的盐类在环境水的溶解下通过吸附和渗透进入混凝土内部；另一方面，环境中的有害离子进入混凝土内部后与水泥水化产物发生反应，生成盐（此种途径的混凝土腐蚀有时被称作化学腐蚀）。　　当混凝土低湿度服役时，滞留于毛细孔和空隙中的盐溶液在失水过程中浓度增高直至饱和结晶。盐结晶腐蚀的初期，结晶应力的释放过程表现为空隙中空气的压缩过程。结晶体填充于混凝土空隙中。宏观表现为混凝土表层硬度提高。随着环境干湿的交替进行，在盐溶液补给充分

5、的条件下，空隙中的结晶体成长发育，当空隙中的空气被压缩到一定程度不足以承担全部的结晶应力时，混凝土开始参与工作。然而混凝土的抗拉能力是有限的，结晶应力最终使得混凝土局部微裂。盐结晶过程的持续进行，使微裂缝积累和发展成为裂缝，混凝土产生由表及里的块状剥落。　　2混凝土轨枕的耐久性设计　　从混凝土的劣化机理分析可以看出，轨枕抵抗环境侵蚀的关键在于保护层混凝土的质量，降低介质的侵入速率。因此，通过采用优化的配合比技术，合理的生产工艺获得均匀致密的混凝土是混凝土轨枕耐久性设计的主要途径。　　我国的混凝土轨枕通常采用机组流水法生产

6、。主要工艺过程为：预应力钢丝一次张拉→干硬性混凝土入模两次振实→蒸汽养护→脱模机整体脱模。早年，为了提高生产效率，曾采用80℃的蒸汽进行混凝土早期养护。在认识到高温养护给混凝土质量带来的弊端后，普遍大幅降低了养护温度，虽然如此，目前仍然普遍采用接近60℃的蒸汽进行养护。有研究认为60℃的蒸汽养护会使混凝土内毛细孔变粗，薄弱面产生微裂缝。因此，降低早期养护温度是提高混凝土质量的一个重要措施。　　因此，混凝土轨枕的耐久性设计应从几个方面进行考虑和实现：　　2.1改进生产工艺措施，采用低塑性混凝土生产轨枕，并降低轨枕的早期养护

7、温度。　　2.2优化混凝土配合比，改善混凝土孔结构，降低Cl－的渗透能力，提高混凝土抗盐结晶腐蚀能力。　　2.3在以上研究的基础上，进行轨枕的静载抗裂和疲劳性能检验。　　3高耐久性混凝土轨枕的研制　　3.1工艺措施的改进思路　　3.1.1采用低塑性混凝土生产轨枕　　配制坍落度为10～30mm的低塑性混凝土生产轨枕，如单纯依靠加大高效减水剂的用量以增加混凝土的流动性是不经济的。可采用复合外加剂和掺合料进行配合比优化，这样不仅不会增加成本，甚至可以节约成本。　　与干硬性混凝土相比，低塑性混凝土用于机组流水法生产工艺时不仅可以

8、取消混凝土的加压振实工序，而且可以缩短混凝土的普振时间，既改善了劳动环境，又降低了劳动强度。　　3.1.2降低轨枕的早期养护温度　　胶材用量为480kg/m3,坍落度为13mm的混凝土立方体试件，置于轨枕养护池，蒸汽温度由60℃降为55℃时，达到脱模强度（C60混凝土的75%）所需的恒温时间将延长2～3小时，这个时间