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原文传递无砟轨道用纤维增韧混凝土关键性能研究

论文题名：	无砟轨道用纤维增韧混凝土关键性能研究
关键词：	纤维增韧混凝土;无砟轨道;减缩剂;弯曲韧性;微观结构;力学性能
摘要：	在我国高速铁路发展日新月异的今天，轨道结构不断优化创新，同时对铁路工程材料的性能要求也不断提高。由于我国铁路铺设范围广、自然环境差异大，无砟轨道底座板等现浇混凝土结构极易发生开裂、破损、掉块等病害。纤维增韧混凝土具有良好的韧性和强度，可在一定程度上预防无砟轨道现浇混凝土病害的发生。为了更好的适应高速铁路施工以及运营过程中复杂的环境条件，纤维增韧混凝土的抗裂性能尚需进一步优化。本研究拟从减少收缩、补偿收缩以及裂缝修复三个角度提升纤维增韧混凝土的开裂抑制能力。首先，通过设计添加不同掺量的减缩剂和膨胀剂制备不同体系的纤维增韧混凝土，研究其力学性能、收缩性能、抗盐侵蚀以及抗冻性的变化规律；然后，研究修复剂对纤维增韧混凝土的力学性能和裂缝修复率的影响规律，并对比分析了疏水剂提高修复效率的作用机理；最后，结合扫描电子显微镜从微观角度分析了不同的添加剂对纤维增韧混凝土关键性能的影响机理。得到主要结论如下：　　（1）养护型减缩剂可降低纤维增韧混凝土的收缩；降低水胶比，减缩剂的效果变化不大；提高粉煤灰掺量，减缩剂的效果减小。标准养护下减缩剂在混凝土内部引入缺陷降低其力学性能；自然养护下减缩剂会减小纤维增韧混凝土的早期强度，但由于对水泥水化的促进作用，可以显著提高28d的力学性能。降低水胶比至0.3时，减缩剂的掺入仅轻微提高纤维增韧混凝土的力学性能。减缩剂的加入显著增加孔隙率与孔尺寸，虽然加速盐溶液的侵入但却提高混凝土的抗蚀系数。低水胶比时，掺入减缩剂后抗蚀系数的增加更明显；粉煤灰掺量较高时，减缩剂对抗蚀系数的影响下降（干湿循环时除外）。低掺量时，减缩剂可轻微提高抗冻性；高掺量时，纤维混凝土的抗冻性显著降低；降低水胶比，减缩剂对抗冻性能的影响减弱。　　（2）膨胀剂掺量从0增加到9%，纤维增韧混凝土的收缩降低至78%。膨胀剂掺入导致纤维增韧混凝土3d及28d龄期抗压强度下降；基体强度下降有利于纤维拔出，可以提高弯曲韧性。随着膨胀剂掺量的提高，纤维增韧混凝土的孔隙率变大，盐溶液更容易侵入到基体内部，生成更多膨胀产物导致基体密实度提高从而抗蚀系数增大。在全浸泡和干湿循环下，膨胀剂掺量变化对盐侵蚀的影响规律基本不变，但后者的抗蚀系数提高。随着膨胀剂掺量提高，纤维增韧混凝土较高的孔隙率导致吸水量增大，结冰膨胀压力增加，冻融循环下更容易产生膨胀开裂。　　（3）混凝土自修复能力有限，加入修复剂之后修复效果提升。裂缝出现时所处养护龄期越短，初始裂缝宽度越小，修复剂对裂缝的修复效果越好。裂缝修复后产生水化硅酸钙类产物，能够保证基体和裂缝修复物质有很好的粘结性。疏水剂会促进清水进入裂缝，可以提高修复剂对裂缝的修复效果。对于养护后期产生的裂缝，疏水剂的存在显著提高了窄裂缝的自修复能力，对宽裂缝自修复的影响下降。掺入修复剂后，纤维增韧混凝土3d龄期抗折、抗压强度下降；基体强度下降有利于纤维拔出，可以提高3d龄期的弯曲韧性；在28d龄期时对力学强度无明显降低作用。掺入修复剂的纤维增韧混凝土在预压修复后抗压强度的恢复率比未掺加修复剂时大，体现了修复剂对内部裂缝的修复作用。
作者：	雷霆
专业：	道路与铁道工程
导师：	张艳荣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2023