无砟轨道用混凝土防裂增强材料关键技术的研究与应用申请书.doc

铁道部科技研究开发项目申请书 项 目 名 称：无砟轨道工程用混凝土防裂增强材料的制备与应用关键技术研究 申 请 单 位：承 担 单 位： 南京工业大学 2010年1月日 无砟轨道工程用混凝土防裂增强材料的制备与应用 关键技术研究 一 立项依据 1.1研究背景 高速铁路是指最高行车速度达到200km/h以上的铁路，是我国铁路发展的必然方向。铁路路线是铁路运输的重要基础设备之一，其建设质量直接影响到列车高速行车的安全性和舒适性。因此，高铁站前工程的主要要求是高精度(平顺性)、高稳定性和高耐久性，决定了高铁土木工程广泛采用桥梁、无砟轨道混凝土工程的特点。 混凝土结构是高速铁路土木工程结构的主要形式，如轨道板、混凝土道床、道岔、混凝土底座、桥梁工程、隧道衬砌、地基桩、涵洞等均采用钢筋混凝土或素混凝土结构，混凝土材料的性能直接高铁土木工程的建设质量。因混凝土材料劣化引起铁路路线破坏现象极为普遍，已引起科技工作者的高度重视，1994年秋检结果显示，全国铁路桥梁有6137座存在不同程度的劣化，占当年铁路桥梁总数的18.8％；1997年调查发现，铁路隧道衬砌发生裂损数量占当年隧道总量的10％，衬砌漏水十分严重，导致钢轨锈蚀、道床翻浆、电力牵引设备漏电，危害列车运行；2006年底，全路线运营线路上共有桥梁43901座，劣化率达20.4％，共有隧道6495座，劣化率为64.8％，涵洞有142470座，劣化率为2.7％。因混凝土材料体积不稳定，产生各种收缩而引起开裂往往是直接导致或者诱发、加速混凝土结构劣化破坏的重要原因。由于无砟轨道工程混凝土结构特点及对混凝土材料的特殊要求，使得高铁工程中混凝土收缩开裂问题更加突出，主要表现在： () 轨道板、梁等预制混凝土构件的收缩开裂。预制构件要求混凝土强度发展快、等级高，如CRTS II型板混凝土一般采用C55混凝土，要求混凝土早期16h强度≥48MPa，28d混凝土抗压强度≥55MPa。为满足强度要求，往往需增加水泥用量、减小水泥颗粒细度，势必增大混凝土材料自收缩。对于大体积预制构件而言，其水化放热量大，后期温降收缩大，易使构件开裂，可能导致钢筋预应力松弛，影响构件强度及长期耐久性。 () 混凝土底座、道床的收缩开裂。混凝土底座常采用配筋混凝土道面板或素混凝土板，为大面积暴露的薄壁结构，受环境温度、湿度变化影响大，混凝土干燥收缩与温降收缩较大，易导致混凝土板开裂。同样，现场浇筑的双块式无砟轨道道床板是沿线路纵向连续的配筋混凝土结构，混凝土因水泥水化、干燥、降温等原因引起体积收缩所导致的开裂也较普遍。裂缝的产生会诱发钢筋锈蚀、加速外界有害介质对混凝土的侵蚀，损害结构的承载能力、使用功能与耐久性。(3) 隧道衬砌的收缩开裂。隧道衬砌混凝土往往因其自身体积收缩而产生开裂，导致隧道漏水、加速混凝土腐蚀。 (4) 大体积现浇混凝土的收缩开裂。铁路桥梁的墩身、墩台、桥台等结构均使用大体积混凝土，由于水泥水化放热，大体积混凝土内部温升较高，在后期温降过程中，往往较大的温降收缩，导致混凝土结构开裂。 主体结构100年的使用寿命成为高铁设计和质量控制的主要目标，而使用高性能混凝土材料是实现这一目标的重要手段。高性能混凝土不仅要求较好的强度和良好的工作性，还要求很好的体积稳定性(少收缩、少开裂)。随着现代混凝土技术的发展，强度与工作性能够较好的解决，但在实现体积稳定性，减少收缩开裂方面依然是一个困难的关键问题。为此，研究者们从材料选择、结构设计、施工工艺和养护技术等方面进行了研究，提出了不少有益方法，但仍难以妥善解决混凝土收缩开裂这一技术难题。 利用膨胀组分如氧化钙、铝酸钙、硫铝酸钙或氧化镁等水化产生体积膨胀补偿混凝土材料的收缩以提高材料体积稳定性，是减少或避免收缩开裂的有效措施。目前使用最广泛的膨胀材料主要有氧化钙类和硫铝酸盐类膨胀剂，两者的膨胀源分别为氢氧化钙和钙矾石。这些传统膨胀材料存在一些不足：如钙矾石的形成需水量较大，湿养护要求较高；在高温、干燥的条件下物理化学稳定性较差，容易产生分解、重结晶等现象，导致应力松弛，膨胀不稳定；氢氧化钙、钙矾石主要在早期形成，膨胀主要集中在早期，对混凝土长期或后期收缩如大体积混凝土温降收缩的补偿不够等。由于以上不足，传统膨胀材料在水灰比低、湿养护较困难的无砟轨道混凝土底座、道床等结构中的应用受到限制。与传统的膨胀材料相比，氧化镁具有水化需水量少，水化产物氢氧化镁物理化学性质稳定，膨胀过程稳定且可调控的优点，因此在无砟轨道工程建设中具有广阔的应用前景。 MgO的膨胀特性首次引起人们的关注是由于水泥中过量的死烧MgO水化产生过大的延迟性膨胀，导致水泥基材料开裂破坏。但是，若能控制MgO水化产生的膨胀，使其膨胀适当，则可利用其膨胀补偿水泥基材料