京津城际铁路高性能混凝土耐久性及其应用技术研究

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项目名称：

京津城际铁路高性能混凝土耐久性及其应用技术研究

项目简介

该项目针对轨道结构形式特点和铁路作用环境类别，以高工作性、高耐久性、高体积稳定性为目标，以低水泥用量、低水胶比、低水化热为原则，以掺加多元化胶凝组分、功能性矿物掺和料及优化粒度分布为技术手段，创新性地提出面向环境作用与轨道结构形式的混凝土制备技术理论。

该项目针对京津地区气候特征、地质条件与原材料情况，制备出满足设计要求与施工要求的高性能混凝土 (包括轨道板、底座板、箱梁、桩、墩承台等)，并成功应用于京津城际铁路的建设中。

该项目创造性地选择混凝土拌和物为研究对象，建立了混凝土拌和物关键技术参数与不同环境作用下混凝土耐久性指标之间的相关关系，研究确定了影响结构耐久性的混凝土拌和物关键技术参数。

该项目提出了混凝土拌和物水胶比、单方用水量、容重、拌和物温度、原材料物化性能以及混凝土配合比之间的关系函数，确定了混凝土拌和物关键技术参数现场快速检验技术途径，实现了对混凝土拌和物关键技术参数的现场快速检测。

在统计分析、理论剖析、试验研究及现场验证的基础上，该项目结合我国铁路行业混凝土现场质量控制水平及统计分析结果，首次提出了现场混凝土拌和物快速检测结果满足混凝土耐久性设计要求的评定指标。

鉴于铁路工程露天作业的环境特征，在系统研究环境作用下混凝土劣化机制的基础上，该项目针对铁路混凝土工程的五大作用环境，从混凝土结构耐久性三大作用要素(材料、施工及作用环境)出发，建立了基于环境作用的混凝土耐久性评价双指标模型。

项目创新点

该项目以京津城际铁路无砟轨道为研究目标，以满足设计使用年限与无砟轨道结构特征为前提，根据我国建筑材料特点与铁路工程作用环境特征，研究提出面向环境作用与轨道结构的高性能混凝土设计理论，并将其应用于京津城际铁路的主体结构中。

该项目选择混凝土拌和物为研究对象，研究结构耐久性与混凝土拌和物之间的相关关系，建立了基于耐久性的混凝土拌和物关键技术参数体系，研发了混凝土质量现场快速检测系统。

该项目从铁路工程露天服役环境特征及混凝土耐久性作用三要素出发，研究提出混凝土耐久性双指标模型，丰富了混凝土基础理论。

基础理论　该项目首先提出了面向使用寿命与轨道结构的高性能混凝土设计理论。项目技术人员针对设计使用寿命年限、无砟轨道结构形式及轨道结构的受力状态，根据我国混凝土施工水平，确定了不同结构部位高性能混凝土的工作性能、施工方法、力学性能以及耐久性能指标。

其次，该项目提出了环境作用下混凝土耐久性评价的双指标模型。项目技术人员基于不同环境下混凝土耐久性劣化机理、耐久性作用几个要素，从整体论思想出发，通过试验研究、理论模型验证，研究提出了基于铁路作用环境的混凝土耐久性双指标评价模型，为有效、合理地评价混凝土耐久性提供了理论依据。

应用基础 在应用基础方面，项目技术人员建立了基于耐久性的混凝土拌和物关键技术参数体系。本项目在研究混凝土拌和物关键技术参数与混凝土耐久性之间相关性的基础上，基于铁路工程常见作用环境，结合耐久性双指标模型，通过混凝土耐久性模型与系统的试验研究，确定了影响耐久性的混凝土拌和物关键技术参数，建立了影响混凝土耐久性的混凝土拌和物关键技术参数体系，为现场快速评价混凝土耐久性提供了控制指标。

应用技术　项目技术人员制备出了满足京津城际铁路设计要求的无砟轨道主体结构混凝土，包括满足脱模强度、工作性能 (密实浇注成型、合理拉毛时间)、力学性能、弹性模量与耐久性能要求的高性能混凝土；满足了低弹模高抗裂要求的底座板混凝土以及满足工作性能 (泵送性与密实成型)、力学性能(初张拉、移梁、终张拉)、耐久性能以及温升控制要求 (芯部温度不超过60摄氏度)的箱梁混凝土。

研究提出了基于耐久性要求的混凝土质量现场快速检测技术途径　项目技术人员基于混凝土拌和物关键技术参数之间的关系函数，研发了适合于现场的混凝土质量快速检测系统。混凝土质量现场快速检测系统是一种基于结构耐久性的混凝土拌和物现场快速检测仪。

首次提出了基于耐久性要求的混凝土拌和物关键技术参数的评定指标 项目技术人员在借鉴国内外先进研究成果的基础上，通过对不同水胶比、不同含气量、不同种类混凝土开展了200多组试验室试验以及560多组客运专线铁路现场混凝土的验证试验，并结合现场混凝土质量的数理统计分析、理论分析以及试验研究等结果，首次提出了混凝土拌和物关键技术参数的评定指标。

经济与社会效益

本项目制备的高性能混凝土集功能性、经济性与环保性于一体，每方混凝土约可利用100千克工矿业固体废弃物，减少了堆放工矿业固体废弃物占用土地以及日常管理维护费用。另外，混凝土的材料成本与人工成本较低，每方混凝土综合成本可节省10元至20元。高性能混凝土在京津城际铁路无砟轨道主体结构中的应用量达179.6万立方米，在制备出高性能混凝土的同时，消纳工业固体废弃物(粉煤灰、矿渣等)达170多万吨，社会效益、经济效益与环境效益显著。

本项目所提出的基于耐久性的现场混凝土拌和物关键技术参数检测评价技术体系及所研发的混凝土耐久性现场快速检测系统，对于控制现场混凝土质量波动、确保混凝土结构的耐久性、减少混凝土结构后期维护费用，具有重要的工程应用价值和市场应用前景。