下面陝鐵帶你(Ni)了解什麼是超(Chao)高性[Xing]能混凝土[Tu]軌枕：

1.超高(Gao)性能(Neng)混凝土軌枕

混凝土強度越來越高[Gao]，繼高強、高性能混凝土之後，超高性[Xing]能混(Hun)凝土( Ultra-High Performance Concrete，UHPC) 應運而生。超高[Gao]性能混凝土以其超高力(Li)學性能、超高耐久性和優良的[De]耐磨和抗爆性能及抗沖擊性能(Neng)等特點，可以[Yi]有效減小結構(Gou)自重(Zhong)，作為建築行業的“新[Xin]寵”，預[Yu]制成預應力混凝土軌枕乃(Nai)至(Zhi)不施加預應[Ying]力[Li]的軌枕也[Ye]是工程運用的一個(Ge)重要(Yao)方面。

1）UHPC的發展

UHPC也有(You)人将其稱作活性粉末[Mo]混凝土凝土(Tu)（Reactive Powder Concrete，CRC）。UHPC不是憑空出[Chu]現的，傳統混凝[Ning]土到UHPC的發展史是我們(Men)走進UHPC的(De)..步。

盡管混(Hun)凝土(Tu)的曆史可以追[Zhui]溯到羅馬帝國時[Shi]期，但通常認為混[Hun]凝土的現代曆史[Shi]始1824年，當[Dang]時約瑟夫·阿斯(Si)丁(Joseph Aspdin)申請了一[Yi]種(Zhong)叫做波特[Te]蘭水(Shui)泥的材(Cai)料的..。它[Ta]由(You)石[Shi]灰石、粘土[Tu]和其(Qi)他礦物按(An)一定比例混[Hun]合而成，經煅[Duan]燒後(Hou)磨成細[Xi]顆粒。不久後[Hou]人們就将這種水泥(Ni)與鵝(E)卵石、磚粉、沙子、礫石或其他集料混[Hun]合(He)，加入水将它[Ta]們全部粘合在一起，生産(Chan)出我們目前所(Suo)稱的(De)混凝土。

混凝土在早(Zao)期工程應(Ying)用中存在的主要問題與(Yu)材料本身的(De)抗拉強度低和(He)延(Yan)性不足有關。在[Zai]19世紀[Ji]中葉，人們注意到這些問[Wen]題可以通過在混凝土拌和物[Wu]中添加(Jia)鋼棒來部分解決，奠定了建築技術革[Ge]命的基礎，逐漸發展成為[Wei]20世紀...的建築材料。

随着混(Hun)凝土技術(Shu)、設計規範在整個20世紀得到改進和發展，混凝土持續發(Fa)展存在的[De]主要問題(Ti)：質量大、拉壓比(Bi)低、低強(Qiang)質比、體積穩定性差、韌(Ren)性差、耐(Nai)久性差[Cha]。主要方向成為(Wei)：增強抗壓強度、在混合物中添加纖維、優化顆粒堆積[Ji]密度。

20世[Shi]紀中(Zhong)葉，學者開[Kai]始(Shi)緻力于提[Ti]高[Gao]混凝土強度(Du)，與[Yu]此同時，本身的抗(Kang)拉強度和粘結強[Qiang]度也[Ye]逐步升高。

20世紀70年代，纖維開始加入混凝土之中[Zhong]，自此，纖維增強混(Hun)凝土[Tu](FRC)誕生，其被用來指任何類型的[De]纖維增強混凝土，無論纖維的形狀、縱橫比、用量或材料(Liao)如何。

20世紀80年代[Dai]，利用低水(Shui)膠比[Bi]、集料顆粒的特[Te]殊選擇和級配以及減水劑的摻合料，研[Yan]究者(Zhe)提出高性能(Neng)混凝土（HPC）一詞，指的是抗[Kang]壓強度在50至120MPa之間,有較好耐久(Jiu)性的混凝[Ning]土。HPC以其現有的[De]微觀結構[Gou]形式達到了.大的(De)抗壓強(Qiang)度。然而，在(Zai)這樣的強度水(Shui)平(Ping)下，粗骨料(Liao)成為混凝土中.薄弱的一(Yi)環。為了[Le]進一(Yi)步提高混凝土的抗壓強(Qiang)度，必須去[Qu]除粗集料。

1993年，法國Bouygues公司Richard等人結合以(Yi)上理(Li)念，率先研究出活(Huo)性粉末混凝土(RPC)，這[Zhe]是一(Yi)種由非常細[Xi]的粉末(水泥、沙子、石英粉和[He]矽粉[Fen]組成，沒有粗集(Ji)料或(Huo)礫石)、鋼纖維、超塑化劑和(He)極低的水膠比組成的緻密顆粒(Li)填料。由于RPC是(Shi)一種..産品，為(Wei)了(Le)避免知識産權的糾紛，1994年法國(Guo)Larrard DF等随(Sui)後又提出(Chu)了(Le)超高性能混凝土（UHPC）的概念。其為：超高性能混(Hun)凝土一般為抗(Kang)壓強度不低于150MPa，水膠[Jiao]比小于0.25，含[Han]有較高[Gao]比例(Li)的(De)微細短鋼纖維的增強材料，由.大堆積密(Mi)度理(Li)論組成的.佳比(Bi)例[Li]的不同粒徑顆粒(Li)，并加入高(Gao)效減水[Shui]劑等的水泥基結構工程材料。

2）UHPC性能(Neng)

UHPC為一種高強度、高韌性以及優良耐久性的水泥(Ni)基複(Fu)合材料，它剔除了傳統混(Hun)凝土使用的[De]粗[Cu]骨料，選用石英砂作為填充骨[Gu]料，添[Tian]加粉煤灰、矽灰、超細礦粉[Fen]等活[Huo]性摻合(He)料的同時，加入高效減水[Shui]劑，并且嚴格(Ge)控制[Zhi]水[Shui]膠比，從而實現其(Qi)優異性能。由于活性摻合料的微集料效應和火山(Shan)灰效應，使(Shi)得UHPC比普通(Tong)混凝土更密實，抗壓[Ya]強度與耐(Nai)久性[Xing]大幅提高。

國内外有[You]許多關于(Yu)超[Chao]高性能混凝土的耐(Nai)久性研究。德國卡塞爾大學的(De)學者在[Zai]UHPC的研(Yan)究中發現[Xian]，超高性能混凝[Ning]土相比于高性[Xing]能混(Hun)凝土，其耐久性能(Neng)具有顯著提高，這(Zhe)是由(You)于超高性能(Neng)混凝土的毛細孔(Kong)結構(Gou)相對較為(Wei)密。在法(Fa)國超高性能[Neng]混凝土規[Gui]範《Ultra High Performance Fibre-Reinforced Concretes》中定義了超高性[Xing]能混凝土[Tu]基體的耐[Nai]久性(Xing)相關指标包括：(1)孔隙水含量；(2)透氣(Qi)性；(3)電阻率；(4)Ca(OH)2含量；(5)氯[Lü]離子擴[Kuo]散(San)系數等。從粉體顆粒緊密(Mi)堆積的理(Li)論出發[Fa]，将不同細度的物(Wu)質粉體顆粒[Li]進(Jin)行合理摻配，使亞微觀範圍内(Nei)的膠凝(Ning)材料顆粒形成緊密堆(Dui)積的填充效果，可有效降[Jiang]低水泥基體的(De)孔隙率(Lü)，改善孔結構，對混凝土的各[Ge]項性(Xing)能具有改善作用。

黃[Huang]政宇教授通過矽酸鹽水泥矽灰、高效減水劑，體積含[Han]量為6%短鋼纖維，熱水養護條件下配制出強(Qiang)度超(Chao)過200Mpa的[De]超高[Gao]強混凝土。随[Sui]後國内高校陸(Lu)續開展配合比、礦物摻合料、養護制度(Du)等對其力學(Xue)性能影響以[Yi]及微觀結[Jie]構下[Xia]UHPC的增韌機理等方面的(De)研究。

由[You]于UHPC的材料價格昂貴，限制了UHPC在實際工程的推廣和應(Ying)用(Yong)。有部分的學者使用[Yong]天然河砂代替石英砂，更有甚者使用碎(Sui)石、河砂等材料制備含有粗骨料超[Chao]高性能混凝土，意(Yi)在保障(Zhang)優良性能的同時(Shi)，減[Jian]少生産成本。

劉(Liu)斯鳳等結合我國國[Guo]情，研究天然細骨料和外[Wai]摻料代替石英(Ying)粉和矽灰[Hui]配制的超高性能[Neng]混凝土，測試其在(Zai)不同養護制度(Du)下(Xia)的力學性(Xing)能[Neng]發展規律，并在市政井蓋上應[Ying]用，取[Qu]得了(Le)良好的(De)經濟效益。

丁慶軍等研究表(Biao)明:在河砂制備[Bei]的UHPC與石英砂制備的UHPC的抗壓/抗[Kang]折強度均可達140MPa/20MPa以上。河砂[Sha]的價[Jia]格較低，可降低UHPC的成本，良好的(De)替代(Dai)傳統UHPC中的石[Shi]英砂。

李信等(Deng)研究加入5-10mm粗骨料、河砂，制備粗骨料超高[Gao]性能混凝土，通過引入5～10 mm粒徑的粗骨[Gu]料，優化鋼纖維體積摻量，減少了早(Zao)期收縮，制備出[Chu]了性能優良的含粗骨料(Liao)超高性能[Neng]混[Hun]凝土。

李聰等研究[Jiu]加入粗骨料，發現粗集料的摻入[Ru]有[You]利于減小[Xiao]UHPC早期自收縮，提高彈性模量和抗壓(Ya)強度，且當(Dang)級配合适(Shi)時對[Dui]抗拉強度影響(Xiang)很小。初步建議UHPC标準(Zhun)中可适當放寬對粗集料的限制。

3）預應力UHPC軌枕

韓國鐵路研究所(KRRI)研發[Fa]的(De)UHPC軌枕在首[Shou]爾舉行[Hang]的JEC亞洲國際複合材料大會[Hui](2017年(Nian)11月(Yue)1日(Ri)至3日)上[Shang]獲得創新獎。由KRRI開發的UHPC軌枕使[Shi]用粗細集料使軌枕(Zhen)可使成本降[Jiang]低22%。預應力UHPC軌枕.大限度地減[Jian]少了鐵路軌枕中的[De]鋼筋，預應力筋的直[Zhi]徑可以[Yi]從11毫米減少[Shao]到9.2mm，用鋼量比普[Pu]通混凝土軌枕減少(Shao)了(Le)25%以上。此外，UHPC的高耐久性、延性和抗(Kang)沖擊(Ji)性能使其壽命[Ming]比普通混凝土枕木延長五倍。