京津城際鐵路高性能混凝土耐久性及其應(yīng)用技術(shù)研究

項目名稱：

京津城際鐵路高性能混凝土耐久性及其應(yīng)用技術(shù)研究

項目簡介

該項目針對軌道結(jié)構(gòu)形式特點和鐵路作用環(huán)境類別，以高工作性、高耐久性、高體積穩(wěn)定性為目標(biāo)，以低水泥用量、低水膠比、低水化熱為原則，以摻加多元化膠凝組分、功能性礦物摻和料及優(yōu)化粒度分布為技術(shù)手段，創(chuàng)新性地提出面向環(huán)境作用與軌道結(jié)構(gòu)形式的混凝土制備技術(shù)理論。

該項目針對京津地區(qū)氣候特征、地質(zhì)條件與原材料情況，制備出滿足設(shè)計要求與施工要求的高性能混凝土 (包括軌道板、底座板、箱梁、樁、墩承臺等)，并成功應(yīng)用于京津城際鐵路的建設(shè)中。

該項目創(chuàng)造性地選擇混凝土拌和物為研究對象，建立了混凝土拌和物關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)與不同環(huán)境作用下混凝土耐久性指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系，研究確定了影響結(jié)構(gòu)耐久性的混凝土拌和物關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

該項目提出了混凝土拌和物水膠比、單方用水量、容重、拌和物溫度、原材料物化性能以及混凝土配合比之間的關(guān)系函數(shù)，確定了混凝土拌和物關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)現(xiàn)場快速檢驗技術(shù)途徑，實現(xiàn)了對混凝土拌和物關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的現(xiàn)場快速檢測。

在統(tǒng)計分析、理論剖析、試驗研究及現(xiàn)場驗證的基礎(chǔ)上，該項目結(jié)合我國鐵路行業(yè)混凝土現(xiàn)場質(zhì)量控制水平及統(tǒng)計分析結(jié)果，首次提出了現(xiàn)場混凝土拌和物快速檢測結(jié)果滿足混凝土耐久性設(shè)計要求的評定指標(biāo)。

鑒于鐵路工程露天作業(yè)的環(huán)境特征，在系統(tǒng)研究環(huán)境作用下混凝土劣化機制的基礎(chǔ)上，該項目針對鐵路混凝土工程的五大作用環(huán)境，從混凝土結(jié)構(gòu)耐久性三大作用要素(材料、施工及作用環(huán)境)出發(fā)，建立了基于環(huán)境作用的混凝土耐久性評價雙指標(biāo)模型。

項目創(chuàng)新點

該項目以京津城際鐵路無砟軌道為研究目標(biāo)，以滿足設(shè)計使用年限與無砟軌道結(jié)構(gòu)特征為前提，根據(jù)我國建筑材料特點與鐵路工程作用環(huán)境特征，研究提出面向環(huán)境作用與軌道結(jié)構(gòu)的高性能混凝土設(shè)計理論，并將其應(yīng)用于京津城際鐵路的主體結(jié)構(gòu)中。

該項目選擇混凝土拌和物為研究對象，研究結(jié)構(gòu)耐久性與混凝土拌和物之間的相關(guān)關(guān)系，建立了基于耐久性的混凝土拌和物關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)體系，研發(fā)了混凝土質(zhì)量現(xiàn)場快速檢測系統(tǒng)。

該項目從鐵路工程露天服役環(huán)境特征及混凝土耐久性作用三要素出發(fā)，研究提出混凝土耐久性雙指標(biāo)模型，豐富了混凝土基礎(chǔ)理論。

基礎(chǔ)理論　該項目首先提出了面向使用壽命與軌道結(jié)構(gòu)的高性能混凝土設(shè)計理論。項目技術(shù)人員針對設(shè)計使用壽命年限、無砟軌道結(jié)構(gòu)形式及軌道結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，根據(jù)我國混凝土施工水平，確定了不同結(jié)構(gòu)部位高性能混凝土的工作性能、施工方法、力學(xué)性能以及耐久性能指標(biāo)。

其次，該項目提出了環(huán)境作用下混凝土耐久性評價的雙指標(biāo)模型。項目技術(shù)人員基于不同環(huán)境下混凝土耐久性劣化機理、耐久性作用幾個要素，從整體論思想出發(fā)，通過試驗研究、理論模型驗證，研究提出了基于鐵路作用環(huán)境的混凝土耐久性雙指標(biāo)評價模型，為有效、合理地評價混凝土耐久性提供了理論依據(jù)。

應(yīng)用基礎(chǔ) 在應(yīng)用基礎(chǔ)方面，項目技術(shù)人員建立了基于耐久性的混凝土拌和物關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)體系。本項目在研究混凝土拌和物關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)與混凝土耐久性之間相關(guān)性的基礎(chǔ)上，基于鐵路工程常見作用環(huán)境，結(jié)合耐久性雙指標(biāo)模型，通過混凝土耐久性模型與系統(tǒng)的試驗研究，確定了影響耐久性的混凝土拌和物關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，建立了影響混凝土耐久性的混凝土拌和物關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)體系，為現(xiàn)場快速評價混凝土耐久性提供了控制指標(biāo)。

應(yīng)用技術(shù)　項目技術(shù)人員制備出了滿足京津城際鐵路設(shè)計要求的無砟軌道主體結(jié)構(gòu)混凝土，包括滿足脫模強度、工作性能 (密實澆注成型、合理拉毛時間)、力學(xué)性能、彈性模量與耐久性能要求的高性能混凝土；滿足了低彈模高抗裂要求的底座板混凝土以及滿足工作性能 (泵送性與密實成型)、力學(xué)性能(初張拉、移梁、終張拉)、耐久性能以及溫升控制要求 (芯部溫度不超過60攝氏度)的箱梁混凝土。

研究提出了基于耐久性要求的混凝土質(zhì)量現(xiàn)場快速檢測技術(shù)途徑　項目技術(shù)人員基于混凝土拌和物關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)之間的關(guān)系函數(shù)，研發(fā)了適合于現(xiàn)場的混凝土質(zhì)量快速檢測系統(tǒng)。混凝土質(zhì)量現(xiàn)場快速檢測系統(tǒng)是一種基于結(jié)構(gòu)耐久性的混凝土拌和物現(xiàn)場快速檢測儀。

首次提出了基于耐久性要求的混凝土拌和物關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的評定指標(biāo) 項目技術(shù)人員在借鑒國內(nèi)外先進研究成果的基礎(chǔ)上，通過對不同水膠比、不同含氣量、不同種類混凝土開展了200多組試驗室試驗以及560多組客運專線鐵路現(xiàn)場混凝土的驗證試驗，并結(jié)合現(xiàn)場混凝土質(zhì)量的數(shù)理統(tǒng)計分析、理論分析以及試驗研究等結(jié)果，首次提出了混凝土拌和物關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的評定指標(biāo)。

經(jīng)濟與社會效益

本項目制備的高性能混凝土集功能性、經(jīng)濟性與環(huán)保性于一體，每方混凝土約可利用100千克工礦業(yè)固體廢棄物，減少了堆放工礦業(yè)固體廢棄物占用土地以及日常管理維護費用。另外，混凝土的材料成本與人工成本較低，每方混凝土綜合成本可節(jié)省10元至20元。高性能混凝土在京津城際鐵路無砟軌道主體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用量達179.6萬立方米，在制備出高性能混凝土的同時，消納工業(yè)固體廢棄物(粉煤灰、礦渣等)達170多萬噸，社會效益、經(jīng)濟效益與環(huán)境效益顯著。

本項目所提出的基于耐久性的現(xiàn)場混凝土拌和物關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)檢測評價技術(shù)體系及所研發(fā)的混凝土耐久性現(xiàn)場快速檢測系統(tǒng)，對于控制現(xiàn)場混凝土質(zhì)量波動、確?；炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性、減少混凝土結(jié)構(gòu)后期維護費用，具有重要的工程應(yīng)用價值和市場應(yīng)用前景。