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原文传递铁路工程预应力结构用机制砂及其混凝土性能研究

论文题名：	铁路工程预应力结构用机制砂及其混凝土性能研究
关键词：	机制砂;混凝土;铁路工程;预应力结构
摘要：	铁路工程跨越区域广、河砂资源分布不均以及河砂限采政策实施，致使我国铁路工程面临河砂资源严重短缺的局面，以云、贵、川地区为主的山区铁路尤为显著。机制砂是一种由岩石矿物经过除土、破碎、筛分、整形等工艺制成的建筑材料，其出现对解决天然河砂资源短缺、供量不足以及价格上涨等问题起至关重要的作用。受传统制砂工艺水平限制、铁路预应力结构标准制约以及机制砂岩石矿物组成复杂的影响，机制砂在铁路工程预应力混凝土结构中的应用技术尚不完善。为推动机制砂在铁路工程，尤其是预应力结构工程中的应用，本文围绕机制砂关键参数表征技术、不同岩性机制砂石粉效应以及机制砂混凝土性能等关键问题展开研究，得出以下主要结论: 　　(1)对比了图像分析法与其他方法表征机制砂石粉含量、颗粒形貌以及颗粒级配等关键参数的异同，研究了图像分析法的可行性。在表征机制砂石粉含量方面，图像分析法与湿法之间表现出良好的相关性(R2＞0.976)。图像分析法中，短径表征颗粒级配比等效粒径表征颗粒级配更趋近于筛分结果，其与筛分法通过百分率之差的平均值小于6％。石粉对机制砂形貌参数影响较大，当控制石粉含量小于15％时，图像分析法可快速便捷表征机制砂石粉含量、颗粒形貌和颗粒级配。　　(2)研究了石灰岩、凝灰岩、花岗岩、玄武岩和石英岩石粉对水泥净浆和水泥胶砂性能的影响。凝灰岩石粉和花岗岩石粉对减水剂分子的吸附量大，其水泥净浆流动度较小，塑性粘度较大。石粉细度和石粉MB值影响水泥净浆和水泥胶砂的工作性能，细小颗粒填充浆体间隙，改善颗粒级配，提高浆体流动性;MB值大的石粉增大浆体需水量，降低浆体流动性。掺量不大于12％的石灰岩石粉和掺量不大于28％的石英岩石粉提升了水泥胶砂流动度，其原因是石灰岩石粉细颗粒多以及石英岩石粉MB值低。石灰岩、凝灰岩、花岗岩、玄武岩和石英岩石粉掺量不大于30％时，水泥胶砂活性指数均大于60‰石灰岩石粉和凝灰岩石粉对胶砂强度和水泥水化程度的贡献率高于其他岩性石粉，其胶砂活性指数可达68.7％和72.2％。　　(3)研究了机制砂岩性对机制砂混凝土性能的影响。机制砂混凝土抗压强度与机制砂压碎指标呈现规律变化，即压碎指标越低的机制砂，混凝土强度越高，不同岩性机制砂混凝土抗压强度从大到小依次为:凝灰岩＞石英岩＞玄武岩＞花岗岩＞石灰岩。机制砂混凝土的抗折强度和弹性模量与抗压强度呈正相关性。岩性对机制砂混凝土抗氯离子渗透性能和抗冻性能的影响较小，不同岩性机制砂混凝土的抗渗透性能和抗冻性能均较好。机制砂混凝土干燥收缩变化规律基本一致，机制砂中岩石化学组成不同导致长期收缩存在一定差异。相同徐变应力作用下，抗压强度越大的机制砂混凝土受压徐变越小，机制砂混凝土徐变应变从大到小依次为:石灰岩＞花岗岩＞玄武岩＞石英岩＞凝灰岩。　　(4)以梁体、轨道板和轨枕混凝土为对象，研究了铁路工程预应力结构用机制砂混凝土性能，采用机制砂制备的预应力结构混凝土性能符合铁路混凝土相关标准的技术要求。石灰石粉促进水泥水化作用使机制砂混凝土早期抗压和抗折强度高于河砂混凝土，后期强度与河砂混凝土相当。机制砂表面粗糙、棱角性强的颗粒特性限制了水泥石的变形和骨料颗粒之间的滑动，导致机制砂混凝土弹性模量大于河砂混凝土。机制砂混凝土和河砂混凝土抗冻性相当，原因是两种混凝土的含气量和强度等级一致。机制砂混凝土表面电阻率高、氯离子扩散系数和电通量小，原因在于机制砂中石粉具有填充效应和晶核作用。石粉增大浆体体积更明显时，机制砂混凝土收缩徐变大于河砂混凝土，机制砂限制浆体变形作用更明显时，机制砂混凝土收缩徐变小于河砂混凝土。　　(5)采用机制砂试生产了Ⅲa型混凝土轨枕，对比研究了机制砂混凝土轨枕与河砂混凝土轨枕的工作性能、力学性能和实体结构性能。机制砂混凝土轨枕达到相同工作性所需减水剂掺量大于河砂混凝土轨枕。机制砂混凝土轨枕脱模强度和脱模弹性模量大于河砂混凝土轨枕。机制砂轨枕静载性能满足铁路工程中混凝土轨枕的技术要求。机制砂混凝土轨枕性能和外观质量良好，生产成本低，机制砂在轨枕实体结构中具有良好的应用性和经济性。
作者：	王振
专业：	材料学
导师：	李化建
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国铁道科学研究院
学位年度：	2018
正文语种：	中文