京津城際鐵路高性能混凝土耐久性及其應用技術研究

項目名稱：

京津城際鐵路高性能混凝土耐久性及其應用技術研究

項目簡介

該項目針對軌道結構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，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)化粒度分布為技術手段，創(chuàng)新性地提出面向環(huán)境作用與軌道結構形式的混凝土制備技術理論。

該項目針對京津地區(qū)氣候特征、地質條件與原材料情況，制備出滿足設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)，并成功應用于京津城際鐵路的建設中。

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鍵技術參數與不同環(huán)境作用下混凝土耐久性指標之間的相關關系，研究確定了影響結構耐久性的混凝土拌和物關鍵技術參數。

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系函數，確定了混凝土拌和物關鍵技術參數現場快速檢驗技術途徑，實現了對混凝土拌和物關鍵技術參數的現場快速檢測。

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

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，從混凝土結構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，以滿足設計使用年限與無砟軌道結構特征為前提，根據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)境作用與軌道結構的高性能混凝土設計理論，并將其應用于京津城際鐵路的主體結構中。

該項目選擇混凝土拌和物為研究對象，研究結構耐久性與混凝土拌和物之間的相關關系，建立了基于耐久性的混凝土拌和物關鍵技術參數體系，研發(fā)了混凝土質量現場快速檢測系統(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模型，豐富了混凝土基礎理論。

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

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模型。項目技術人員基于不同環(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。

應用基礎在應用基礎方面，項目技術人員建立了基于耐久性的混凝土拌和物關鍵技術參數體系。本項目在研究混凝土拌和物關鍵技術參數與混凝土耐久性之間相關性的基礎上，基于鐵路工程常見作用環(huán)境，結合耐久性雙指標模型，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鍵技術參數，建立了影響混凝土耐久性的混凝土拌和物關鍵技術參數體系，為現場快速評價混凝土耐久性提供了控制指標。

應用技術　項目技術人員制備出了滿足京津城際鐵路設計要求的無砟軌道主體結構混凝土，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量現場快速檢測技術途徑　項目技術人員基于混凝土拌和物關鍵技術參數之間的關系函數，研發(fā)了適合于現場的混凝土質量快速檢測系統(tǒng)?；炷临|量現場快速檢測系統(tǒng)是一種基于結構耐久性的混凝土拌和物現場快速檢測儀。

首次提出了基于耐久性要求的混凝土拌和物關鍵技術參數的評定指標項目技術人員在借鑒國內外先進研究成果的基礎上，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場混凝土的驗證試驗，并結合現場混凝土質量的數理統(tǒng)計分析、理論分析以及試驗研究等結果，首次提出了混凝土拌和物關鍵技術參數的評定指標。

經濟與社會效益

本項目制備的高性能混凝土集功能性、經濟性與環(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構中的應用量達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場混凝土拌和物關鍵技術參數檢測評價技術體系及所研發(fā)的混凝土耐久性現場快速檢測系統(tǒng)，對于控制現場混凝土質量波動、確保混凝土結構的耐久性、減少混凝土結構后期維護費用，具有重要的工程應用價值和市場應用前景。