一种绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕及其制备方法与流程

本发明涉及轨枕，尤其涉及一种绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕及其制备方法。

背景技术：

1、轨枕，是轨道交通系统中至关重要的组成部分。它的主要职责是从钢轨承受荷载，并有效地将其分散到下层的道床上。同时，它还确保轨道的稳定性，如维持正确的轨距和轨向。根据所使用的材料，轨枕可被分类为木质、混凝土、钢材以及其他复合材料类型。在现代高速和大载荷的铁路系统中，预应力钢丝混凝土轨枕已经成为首选。其主要优势包括其较大的重量、高刚度和出色的轨道保持能力，从而确保了轨道的顺畅和稳定运行。

2、然而，面对日益增长的铁路运输需求，实地调查发现这种轨枕在高载荷和高运速的环境中出现了不同程度的损伤。其中，最为常见的问题是轨枕表面的磨损、肩部损坏、碱骨料反应和轨枕中部的开裂。轨枕损伤极大程度地影响了行车舒适性，同时给行车安全性带来巨大的隐患。国外有众多列车事故表明：轨枕的损伤如处理不及时，极其容易导致列车脱轨等重大安全事故。

3、鉴于此，针对铁路运输的持续增长和其相关的工程挑战，迫切需要开发一个更为先进且持久的轨枕，使其能够有效地抵抗这些损伤，从而提高预应力钢筋混凝土轨枕的整体使用寿命，为现代铁路系统提供更强大的支持。

技术实现思路

1、针对上述存在的不足，本发明的目的是提供一种绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕，通过改变普通混凝土的配合比，在轨枕生产过程中加入粉煤灰、石英砂和聚乙烯纤维，剔除粗骨料，制作超高延性自愈合混凝土，并浇筑成型，制作成预应力超高延性水泥基轨枕，从而提高轨枕的使用寿命，增加轨道结构的使用年限，提高列车运行的舒适性和安全性。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕，所述轨枕为一体浇筑成型，包括轨枕承轨区、枕中负弯矩区和过渡区；所述承轨区分为左右两部分，预留扣件安装孔；所述枕中负弯矩区的混凝土截面高度比承轨区低。其中钢轨需放置于承轨台，并使用扣件系统将钢轨与轨枕的扣件安装孔进行连接。枕中负弯矩区上部多承受拉力，因此该区域的混凝土截面高度相较承轨区低，使得预应力钢丝在截面中性轴的上部，承受拉伸应力；

3、所述绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕由钢筋笼及超高延性自愈合混凝土组成；

4、钢筋笼由预应力钢丝连接而成；

5、所述预应力超高延性自愈合混凝土由粉料、水、减水剂、磷酸三丁酯增稠剂、羟丙基甲基纤维素消泡剂和聚乙烯纤维组成。在本发明的具体实施例中，所述减水剂为购买于上海臣启华工科技有限公司的西卡viscocrete-3301mh减水剂。

6、优选的，所述绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕的所述绿色型预应力超高延性水泥基轨枕的轨下截面高度为230-250mm，枕中截面为180-200mm，轨枕底部面宽为270-320mm；承轨区截面为210～220mm。

7、更优选的，预应力超高延性混凝土中，粉料的含量为1400kg/m3-1600 kg/m3、水的质量为200-300kg/m3、聚乙烯纤维的质量15kg/m3-19.5kg/m3、减水剂的用量为粉料质量的1％-1.5％、增稠剂为粉料质量的0％-0.03％、消泡剂为粉料质量的0.2％。

8、更优选的，所述粉料由以下重量百分数的原料组成：水泥40％-90％、粉煤灰0％-35％、硅灰0-30％、石英砂0％-30％，上述组分的重量百分比之和为100％。其中粉煤灰和硅灰均为固废回收材料，提高固废消纳率。

9、更优选的，所述聚乙烯纤维为断裂强度3.6mpa杨氏模量140gpa的聚乙烯纤维。

10、优选的，所述预应力钢丝为直径7mm的螺旋肋预应力钢丝。

11、本发明的另一目的是提供一种绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕的制作方法，步骤如下：

12、(1)在预制构件搅拌机中制作混凝土：按比例将粉料、增稠剂和石英砂同步加入搅拌15分钟后，加入水和减水剂搅拌10分钟，再加入聚乙烯纤维，继续搅拌15分钟，使得纤维完全分散在混凝土中，得到超高延性自愈合混凝土；

13、(2)准备轨枕生产所需的钢模，清理模具并在模具内表面涂抹脱模剂，将焊接成型的钢筋笼后放入钢模，并通过锚固板固定在钢模中，然后将超高延性自愈合混凝土转运到制作平台的布料机中，进行浇筑，得到所述绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕。

14、优选的，步骤(2)所述的脱模剂成分为柴油、废机油、植物油、液体石蜡中的任意一种或多种的组合物。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、本发明提供了一种绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕，采用整体浇筑一体成型，轨枕受力均匀，整体性和体积稳定性好，制备的混凝土具有多缝开裂特性，且裂缝在水的侵入下，能够自愈合保护预应力钢丝制备钢筋笼，能够提高轨枕的抗氯离子和抗冻融性能。可以更高的适应复杂环境下高速铁路和重载铁路的运营需求。

技术特征：

1.一种绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕，其特征在于，所述轨枕为一体浇筑成型，包括轨枕承轨区、枕中负弯矩区和过渡区；所述承轨区分为左右两部分，预留扣件安装孔；所述枕中负弯矩区的混凝土截面高度比承轨区低；

2.根据权利要求1所述的绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕，其特征在于，所述绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕的轨下截面高度为230～250mm，枕中截面高度为180～200mm，轨枕底部面宽270～320mm；承轨区截面为210～220mm。

3.根据权利要求1所述的绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕，其特征在于，所述预应力超高延性混凝土中，粉料的含量为1400kg/m3-1600 kg/m3、水的质量为200-300kg/m3、聚乙烯纤维的质量15kg/m3-19.5kg/m3、减水剂的用量为粉料质量的1％-1.5％、增稠剂为粉料质量的0％-0.03％、消泡剂为粉料质量的0.2％。

4.根据权利要求1所述的绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕，其特征在于，所述粉料由以下重量百分数的原料组成：水泥40％-90％、粉煤灰0％-35％、硅灰0-30％、石英砂0％-30％，上述组分的重量百分比之和为100％。

5.根据权利要求1所述的绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕，其特征在于，所述聚乙烯纤维为断裂强度3.6mpa杨氏模量140gpa的聚乙烯纤维。

6.根据权利要求1所述的绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕，其特征在于，所述预应力钢丝为直径7mm的螺旋肋预应力钢丝。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕的制作方法，其特征在于，步骤如下：

8.根据权利要求7所述的绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕的制作方法，其特征在于，步骤(2)所述的脱模剂成分为柴油、废机油、植物油、液体石蜡中的任意一种或多种的组合物。

技术总结本发明提供了一种绿色型预应力超高延性自愈合水泥基轨枕。本发明的水泥基轨枕由钢筋笼和超高延性自愈合混凝土组成，采用整体浇筑一体成型，轨枕受力均匀，整体性和体积稳定性好，制备的混凝土具有多缝开裂特性，且裂缝在水的侵入下，能够自愈合保护由预应力钢丝连接而成的钢筋笼，能够提高轨枕的抗氯离子和抗冻融性能。可以更高的适应复杂环境下高速铁路和重载铁路的运营需求。技术研发人员：周凤旺,王浩宇,王俊逸,罗旭,万旭耀,杨卫平,曾珂,赵小平受保护的技术使用者：中铁二十四局集团桥梁建设有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19