[发明专利]一种用于严寒地区抗冰冻和动荷载耦合作用的充填层自密实混凝土

说明书

本发明公开了一种用于严寒地区抗冰冻和动荷载耦合作用的充填层自密实混凝土。所述充填层自密实混凝土由普通硅酸盐水泥、复合矿物掺合料、变形调控组份、和易性改善组份、耐久性保障组份、水、砂石骨料组份构成，56d的强度等级为C40。所述充填层自密实混凝土经300次冻融循环作用后，其抗压强度损失率不大于25％、动弹模量损失率小于等于40％、质量损失率小于等于2.3％；所述充填层自密实混凝土经10万次冰冻‑弯拉荷载耦合作用后，其抗折强度损失率小于等于10％。本发明自密实混凝土用于严寒地区抗冰冻和动荷载作用条件下具有良好的抵抗冻融循环和冰冻‑弯拉疲劳荷载耦合作用的能力，可有效减轻严寒和冰冻地区冻害和荷载耦合作用对高速铁路充填层等混凝土结构的损伤，提高无砟轨道结构的服役寿命，技术经济效应显著。

技术领域

本发明属土木工程材料技术领域，具体涉及一种用于严寒地区抗冰冻和动荷载作用条件下的高速铁路无砟轨道充填层自密实混凝土。

背景技术

中国高速铁路在近十年发展迅速，截至2016年底，高速铁路总里程达2.2万公里，占世界总里程的65％，具有自主知识产权的CRTS III型板式无砟轨道结构已经逐渐发展成为中国高速铁路的主要轨道结构型式，其显著特点之一是采用自密实混凝土作为充填层材料，起支撑调整、限位控制的作用，对高速铁路列车运行的平顺性和安全性至关重要[1]。我国幅员辽阔，高速铁路技术的迅速发展使其逐渐延伸到中国东北、西北等季节性冰冻和盐冻地区。在这些地区，冬季平均气温可达-20℃，并持续数月[2]，同时我国高速铁路也已逐渐走出国门，特别是已经在俄罗斯修建莫咔高铁，这些地区气温极低。高速铁路轨道的很多关键混凝土部件，如自密实混凝土充填层，都会受到列车的动荷载和负温环境的冰冻作用，这种严酷环境条件将对高速铁路包括自密实混凝土充填层在内的部件的耐久性能造成影响。因此，非常有必要研发具有能够抵抗负温冰冻和列车动载耦合作用的充填层自密实混凝土。

目前，虽然有不少国内外学者对混凝土的抗冻性进行了大量研究，表明冻融循环作用对混凝土耐久性造成严重影响；在冰冻条件下，由于混凝土土内部水结冰填充孔隙，混凝土材料的静态力学性能虽能得到一定的提高[3-6]，但是在动荷载和冻融循环作用下，混凝土的力学性能会出现显著劣化[7-12]，比单一的冻融循环作用下的劣化速度要大。一些研究者也尝试采用掺加纤维、引气剂等方法来提高混凝土的抗冻融循环破坏的性能[13-14]，但效果还是有限；特别是，对于长时间冰冻-动荷载耦合作用下，混凝土耐久性能的研究还基本未见报道，从我国现有的实践来看，在冰冻-动载作用下混凝土在短时间内已发生了明显的表层剥落破坏(如图1)，如何提高严寒地区负温冰冻-列车动荷载作用下混凝土的耐久性能已成为我国高速铁路建设面临的一大挑战。

鉴于此，本发明拟在相关研究的基础上，针对高速铁路CRTSIII型板式无砟轨道结构特点和严寒地区服役环境条件，研发了一种用于具有优异的抗严寒地区冰冻和动荷载作用的充填层自密实混凝土。

主要参考文献

[1]Yuan Q,Long G,Liu Z,et al.Sealed-space-filling SCC:A special SCCapplied in high-speed rail of China[J].ConstructionBuilding Materials,2016,124:167-176.

[2]Zhang X,Wang L,Zhang J.Mechanical behavior and chloridepenetration of high strength concrete under freeze-thaw attack[J].ColdRegions ScienceTechnology,2017.

[3]张楠,李景芳,张志明,等.超低温环境混凝土研究与应用综述[J].混凝土,2012(12):27-29.

[4]蒋正武,李雄英,张楠.超低温下高强砂浆强度发展[J].硅酸盐学报,2011,39(4):703-707.