混凝土強度越來越高，繼高強、高性能混凝土之后，超高性能混凝土( Ultra-High Performance Concrete，UHPC) 應運而生。超高性能混凝土以其超高力學性能、超高耐久性和優良的耐磨和抗爆性能及抗沖擊性能等特點，可以有效減小結構自重，作為建筑行業的“新寵”，預制成預應力混凝土軌枕乃至不施加預應力的軌枕也是工程運用的一個重要方面。下面就跟著小編一起了解混凝土軌枕吧！

1）UHPC的發展

UHPC也有人將其稱作活性粉末混凝土凝土（Reactive Powder Concrete，CRC）。UHPC不是憑空出現的，傳統混凝土到UHPC的發展史是我們走進UHPC的..步。

盡管混凝土的歷史可以追溯到羅馬帝國時期，但通常認為混凝土的現代歷史始1824年，當時約瑟夫·阿斯丁(Joseph Aspdin)申請了一種叫做波特蘭水泥的材料的..。它由石灰石、粘土和其他礦物按一定比例混合而成，經煅燒后磨成細顆粒。不久后人們就將這種水泥與鵝卵石、磚粉、沙子、礫石或其他集料混合，加入水將它們全部粘合在一起，生產出我們目前所稱的混凝土。

混凝土在早期工程應用中存在的主要問題與材料本身的抗拉強度低和延性不足有關。在19世紀中葉，人們注意到這些問題可以通過在混凝土拌和物中添加鋼棒來部分解決，奠定了建筑技術革命的基礎，逐漸發展成為20世紀...的建筑材料。

隨著混凝土技術、設計規范在整個20世紀得到改進和發展，混凝土持續發展存在的主要問題：質量大、拉壓比低、低強質比、體積穩定性差、韌性差、耐久性差。主要方向成為：增強抗壓強度、在混合物中添加纖維、優化顆粒堆積密度。

20世紀中葉，學者開始致力于提高混凝土強度，與此同時，本身的抗拉強度和粘結強度也逐步升高。

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

20世紀80年代，利用低水膠比、集料顆粒的特殊選擇和級配以及減水劑的摻合料，研究者提出高性能混凝土（HPC）一詞，指的是抗壓強度在50至120MPa之間,有較好耐久性的混凝土。HPC以其現有的微觀結構形式達到了.大的抗壓強度。然而，在這樣的強度水平下，粗骨料成為混凝土中.薄弱的一環。為了進一步提高混凝土的抗壓強度，必須去除粗集料。

1993年，法國Bouygues公司Richard等人結合以上理念，率先研究出活性粉末混凝土(RPC)，這是一種由非常細的粉末(水泥、沙子、石英粉和硅粉組成，沒有粗集料或礫石)、鋼纖維、超塑化劑和極低的水膠比組成的致密顆粒填料。由于RPC是一種..產品，為了避免知識產權的糾紛，1994年法國Larrard DF等隨后又提出了超高性能混凝土（UHPC）的概念。其為：超高性能混凝土一般為抗壓強度不低于150MPa，水膠比小于0.25，含有較高比例的微細短鋼纖維的增強材料，由.大堆積密度理論組成的.佳比例的不同粒徑顆粒，并加入高效減水劑等的水泥基結構工程材料。

2）UHPC性能

UHPC作為一種高強度、高韌性以及優良耐久性的水泥基復合材料，它剔除了傳統混凝土使用的粗骨料，選用石英砂作為填充骨料，添加粉煤灰、硅灰、超細礦粉等活性摻合料的同時，加入高效減水劑，并且嚴格控制水膠比，從而實現其優異性能。由于活性摻合料的微集料效應和火山灰效應，使得UHPC比普通混凝土更密實，抗壓強度與耐久性大幅提高。

國內外有許多關于超高性能混凝土的耐久性研究。德國卡塞爾大學的學者在UHPC的研究中發現，超高性能混凝土相比于高性能混凝土，其耐久性能具有顯著提高，這是由于超高性能混凝土的毛細孔結構相對較為密。在法國超高性能混凝土規范《Ultra High Performance Fibre-Reinforced Concretes》中定義了超高性能混凝土基體的耐久性相關指標包括：(1)孔隙水含量；(2)透氣性；(3)電阻率；(4)Ca(OH)2含量；(5)氯離子擴散系數等。從粉體顆粒緊密堆積的理論出發，將不同細度的物質粉體顆粒進行合理摻配，使亞微觀范圍內的膠凝材料顆粒形成緊密堆積的填充效果，可有效降低水泥基體的孔隙率，改善孔結構，對混凝土的各項性能具有改善作用。

黃政宇教授通過硅酸鹽水泥硅灰、高效減水劑，體積含量為6%短鋼纖維，熱水養護條件下配制出強度超過200Mpa的超高強混凝土。隨后國內高校陸續開展配合比、礦物摻合料、養護制度等對其力學性能影響以及微觀結構下UHPC的增韌機理等方面的研究。

由于UHPC的材料價格昂貴，限制了UHPC在實際工程的推廣和應用。有部分的學者使用天然河砂代替石英砂，更有甚者使用碎石、河砂等材料制備含有粗骨料超高性能混凝土，意在保障優良性能的同時，減少生產成本。

劉斯鳳等結合我國國情，研究天然細骨料和外摻料代替石英粉和硅灰配制的超高性能混凝土，測試其在不同養護制度下的力學性能發展規律，并在市政井蓋上應用，取得了良好的經濟效益。

丁慶軍等研究表明:在河砂制備的UHPC與石英砂制備的UHPC的抗壓/抗折強度均可達140MPa/20MPa以上。河砂的價格較低，可降低UHPC的成本，良好的替代傳統UHPC中的石英砂。

李信等研究加入5-10mm粗骨料、河砂，制備粗骨料超高性能混凝土，通過引入5～10 mm粒徑的粗骨料，優化鋼纖維體積摻量，減少了早期收縮，制備出了性能優良的含粗骨料超高性能混凝土。

李聰等研究加入粗骨料，發現粗集料的摻入有利于減小UHPC早期自收縮，提高彈性模量和抗壓強度，且當級配合適時對抗拉強度影響很小。初步建議UHPC標準中可適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)研發的UHPC軌枕在首爾舉行的JEC亞洲國際復合材料大會(2017年11月1日至3日)上獲得創新獎。由KRRI開發的UHPC軌枕使用粗細集料使軌枕可使成本降低22%。預應力UHPC軌枕.大限度地減少了鐵路軌枕中的鋼筋，預應力筋的直徑可以從11毫米減少到9.2mm，用鋼量比普通混凝土軌枕減少了25%以上。此外，UHPC的高耐久性、延性和抗沖擊性能使其壽命比普通混凝土枕木延長五倍。

4）UHPC其它應用

鐵路工程中的電纜槽蓋板是我國UHPC.大的用途之一，為此原鐵道部科學技術司還專門發布了《客運專線活性粉末混凝土（RPC）材料人行道擋板、蓋板暫行技術條件》。

UHPC的超高性能可以使得結構的截面尺寸變得較小，作為裝配式建筑的構件以及建筑結構的修補是具有極大的市場，尤其是在勞動力成本昂貴國家。

5）問題與展望

（1）UHPC的價位是推廣緩慢的重要因素，可以嘗試輪胎破碎后的鋼絲等進行制作，降低成本。細骨料為質地優良的石英石，在實際應用研究中可嘗試使用河砂及粗骨料，減少收縮，減少成本，制作利于大規模應用的預應力UHPC軌枕。

（2）預應力UHPC軌枕的動力學性能和參數還未有人研究，由于鋼纖維的摻入，而且預埋套管的存在使得軌枕的尺寸不能像預制樓梯一樣過大削減，軌枕的剛度將會大大增加，匹配關系將發生新的變化。目前本課題組烏寶同學正在進行相關的設計、試驗工作，主要目的是大幅度降低預應力鋼筋和箍筋。

（3）鑒于UHPC的超高性能，值得探究的是去除軌枕的預應力，增加纖維的摻入量，減少生產工藝，簡化流程。

（4）UHPC克服了普通混凝土的抗折強度低、耐久性低的問題，使得混凝土與生俱來的缺點得到了改善，因此UHPC軌枕必定是有巨大發展潛力的。

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