近半個(gè)世紀(jì)來(lái)， 混凝土軌枕的科研設(shè)計(jì)、 生產(chǎn)技術(shù)、 鋪設(shè)使用等各方面都取得了很大的進(jìn)展， 鋪設(shè)里程已達(dá) 71500km。 現(xiàn)有線路上的混凝土軌枕數(shù)量已達(dá)到 1. 6 億根， 為國(guó)家節(jié)約了大量的木材， 并改善了軌道性能。軌枕混凝土屬于干硬性混凝土， 具有水膠比小、砂率低、 硬化快、 強(qiáng)度高、 節(jié)約水泥等一系列優(yōu)點(diǎn)。 生產(chǎn)過(guò)程中， 為加快模具周轉(zhuǎn)、 縮短生產(chǎn)周期， 一般采用高溫蒸汽養(yǎng)護(hù)。因此，軌枕混凝土生產(chǎn)成本較低并且生產(chǎn)加工速度較快。
    然而， 幾十年來(lái)， 混凝土軌枕不斷發(fā)生劣化損傷，為保證行車(chē)安全， 必須經(jīng)常從營(yíng)運(yùn)線路上對(duì)劣損的軌枕進(jìn)行更換。 有資料表明，要更換新的軌枕，其費(fèi)用往往是一根軌枕本身造價(jià)的 4 ~ 5 倍。 經(jīng)分析研究， 軌枕過(guò)早損傷劣化的一個(gè)重要原因是受到外界各種物理和化學(xué)的破壞作用而失效。其中在寒冷地區(qū)，凍融破壞是混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件損傷破壞的重要原因之一。因此，必須提高軌枕混凝土的抗凍融性能以保證軌枕的正常使用壽命。為此，我們針對(duì)軌枕混凝土的特點(diǎn)， 在軌枕混凝土中摻加聚丙烯晴纖維后對(duì)抗凍性能的影響進(jìn)行了初步研究， 希望和同行一起探討并共同尋求提高軌枕混凝土耐久性能的有效途徑。

軌 枕 混 凝 土 設(shè) 計(jì) 強(qiáng) 度 等 級(jí) C60， 膠 結(jié) 材 用 量480kg m3 , 摻合料用量 24%。 試驗(yàn)結(jié)果表明，聚丙烯腈纖維加入混凝土后，容易攪拌，使用方便，沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)團(tuán)等現(xiàn)象。這是由于聚丙烯腈纖維的分子結(jié)構(gòu)具有極性腈基（CN）， 這個(gè)基團(tuán)賦予了聚丙烯腈纖維良好的親水性， 并且其比重大于水， 不會(huì)漂浮在水面， 因而在混凝土中分散得十分均勻。 并且由于聚丙烯腈纖維的直徑非常細(xì)小， 每 kg 長(zhǎng)度為4mm 纖維的數(shù)量高達(dá) 8 . 76 億根，在混凝土中易形成亂向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 使得混凝土的粘稠度增加， 減少了混凝土的泌水，使混凝土的勻質(zhì)性能得到很大改善。從凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看， 在同樣的混凝土配合比條件下， 未摻纖維的軌枕混凝土在經(jīng)歷了不到 200 次凍融循環(huán)后就遭到破壞， 而摻入纖維后混凝土的抗凍融循環(huán)能力得到很大的提高， 凍融循環(huán)能力超過(guò)了 300 次， 編號(hào) GO2 試件的抗凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到了 800 次， 這對(duì)于混凝土軌枕在極度惡劣環(huán)境條件下的使用提供了一條可供參考的技術(shù)途徑。

混凝土的抗凍性是指混凝土在水飽和狀態(tài)下能經(jīng)受多次凍融作用而不被破壞， 同時(shí)也不顯著降低強(qiáng)度的性能。 混凝土受凍融循環(huán)往往是導(dǎo)致混凝土劣化的主要原因。 混凝土受凍融作用破壞的原因， 主要是由于混凝土內(nèi)部孔隙中的水， 在負(fù)溫下結(jié)冰后體積膨脹造成的靜水壓力和因冰水蒸汽壓差別推動(dòng)未凍水。

向凍結(jié)區(qū)的遷移所造成的滲透壓力。 當(dāng)這兩種壓力所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)， 混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫，多次凍融使裂縫不斷擴(kuò)展直至破壞。軌枕混凝土雖設(shè)計(jì)強(qiáng)度較高， 但因軌枕混凝土屬于干硬性混凝土且需要在高溫條件下養(yǎng)護(hù)， 這不可避免地造成軌枕混凝土內(nèi)部大量的微細(xì)裂紋的產(chǎn)生。 因此， 雖然軌枕混凝土強(qiáng)度較高， 但其抗凍性能不是很理想?；炷林袚饺?a target="_blank">聚丙烯腈纖維后，由于所選用纖維的直徑非常纖細(xì)， 平均直徑僅 13!m， 每 m3 混凝土內(nèi)將含有數(shù)億根纖維。經(jīng)分析，摻纖維軌枕混凝土抗凍性能的提高主要是由于以下幾個(gè)方面綜合交互作用的結(jié)果。
（1）在蒸養(yǎng)期間， 由于聚丙烯腈纖維的摻入可以降低混凝土內(nèi)部受熱膨脹造成的裂隙寬度， 有效減少混凝土早期產(chǎn)生的內(nèi)部缺陷。 因此， 在混凝土受凍后， 由于混凝土早期內(nèi)部缺陷的改善， 可提高混凝土的抗凍性能。
（2） 聚丙烯腈纖維的摻入可以提高混凝土硬化后的極限抗拉強(qiáng)度和韌性。 因此， 在混凝土受凍后， 一方面由于混凝土極限抗拉強(qiáng)度和韌性的提高有效阻止了裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展； 另一方面還可以防止外界水分的侵入， 從而有效降低混凝土的凍脹開(kāi)裂， 提高混凝土的抗凍能力。
（3） 聚丙烯腈纖維在混凝土拌和過(guò)程中易互相搭連， 形成亂向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 改變混凝土的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)， 并會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生少量的微小氣泡， 當(dāng)混凝土硬化后， 這些微小氣泡可隔斷混凝土的毛細(xì)滲水通道，改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，從而提高混凝土的抗凍性能。
小結(jié)：

（1） 通過(guò)摻加有機(jī)聚丙烯腈纖維可大幅度提高軌枕混凝土的抗凍性能。
（2） 聚丙烯腈纖維提高軌枕混凝土抗凍性能的作用機(jī)理可歸納為： 聚丙烯腈的加入具有減少蒸養(yǎng)混凝土的早期內(nèi)部缺陷、 降低混凝土的凍脹開(kāi)裂和改善混凝土孔結(jié)構(gòu)等作用。
（3） 聚丙烯腈纖維混凝土施工方便， 不易結(jié)團(tuán)， 混凝土預(yù)期性能受外部環(huán)境影響小，施工質(zhì)量易控制。

聚丙烯腈纖維是一種抗裂強(qiáng)度高，分散效果好，混凝土摻量為每立方米0.5-1.0kg。應(yīng)用領(lǐng)域有：橋梁工程、道路工程、水利港口工程、建筑工程、隧道地鐵工程、機(jī)場(chǎng)工程等等。
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