高强PVA纤维水泥基复合材料在铁路盖板中的应用研究

摘要

铁路人行道、电缆槽盖板作为铁路工程中的附属设施，主要承担人群荷载、桥梁检查车车轮荷载，以及养护维修时人行道上的堆砟荷载。随着我国高速铁路的快速发展，盖板材料的选取由普通C40混凝土发展为活性粉末混凝土（RPC），RPC盖板的承载力更高，并且大大减轻了桥面二期恒载，减轻了安装难度。与普通C40混凝土盖板相比，RPC盖板有了长足的进步，但仍然存在钢纤维扎手、生锈、盖板边角掉块以及板面裂缝等问题。
　　聚乙烯醇(PVA)纤维，具有高强高弹模的特点，用其制备的纤维水泥基复合材料抗拉强度高、韧性好。尤其使用PVA纤维配制的工程设计水泥基复合材料(ECC)，具有极限拉应变大，应变硬化和多点开裂的特点。
　　本文参考工程设计水泥基复合材料设计方法，通过初步配合比设计和优化配合比设计，成功配制出满足铁路盖板力学性能要求的高强PVA纤维水泥基复合材料，对最终配合比进行基本力学性能参数测试和原材料成本计算，与RPC材料进行对比，并且浇筑成型盖板，进行了承载力测试;借助ANSYS有限元分析软件，对不同盖板型号和三种加载方式进行模拟计算，并且对盖板的厚度和截面形状进了优化。结果表明:高强PVA纤维水泥复合材料盖板，在满足承载力要求的同时，具有更高的韧性和明显的价格优势，可以通过增加厚度和优化截面形状的方式来提高盖板的承载力。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 纤维增强水泥基复合材料发展概况

1．2．1 常用纤维分类及技术参数

1．2．2 普通纤维增强水泥基复合材料

1．2．3 高性能纤维增强水泥基复合材料

1．3 工程设计水泥基复合材料发展概况

1．3．1 ECC的基本性能

1．3．2 ECC的工程应用

1．4 本文的研究内容及思路

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究思路

第2章 原材料及试验设计

2．1 原材料

2．1．1 水泥

2．1．2 粉煤灰

2．1．3 砂

2．1．4 聚乙烯醇(PVA)纤维

2．1．5 其他材料

2．2 配合比设计

2．2．1 初步配合比设计

2．2．2 优化配合比设计

2．3 试件制作以及测试方法

2．3．1 试件制作

2．3．2 测试方法

第3章 配合比设计试验结果及原材料成本分析

3．1 初步配合比设计试验结果分析

3．1．1 使用日本PVA纤维的试验结果分析

3．1．2 使用国产PVA纤维的试验结果分析

3．1．3 初步配合比设计小结

3．2 优化配合比设计试验结果分析

3．2．1 从添加剂掺量角度优化

3．2．2 从粉煤灰掺量角度优化

3．2．3 从水胶比角度优化

3．2．4 从砂胶比角度优化

3．2．5 从纤维体积掺量角度优化

3．3 力学性能参数测试及材料成本分析

3．3．1 力学性能参数测试

3．3．2 与RPC力学性能指标、原材料成本对比

3．3．3 抗弯应变硬化现象

3．4 配合比设计小结

第4章 盖板承载试验及有限元建模分析

4．1 引言

4．2 盖板承载力测试及结果分析

4．2．1 铁路盖板相关规范要求

4．2．2 添加剂掺量对盖板承载力影响

4．2．3 养护龄期对盖板承载力影响

4．2．4 玄武岩纤维格栅对盖板承载力影响

4．2．5 盖板承载力测试小结

4．3 有限元建模分析及尺寸优化

4．3．1 建立有限元模型

4．3．2 盖板承载力计算及尺寸优化

4．4 小结

结论与展望

主要研究工作与结论

进一步研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及申请专利