一种适用于高寒地区的绿色混凝土轨枕及性能增强方法

摘要

本发明属于轨道交通技术领域，公开了一种适用于高寒地区的绿色混凝土轨枕及性能增强方法，混凝土中加入橡胶粉，将冻融循环部分作用在橡胶粉上，增加阻尼比，增强抗冲击性及、减少、裂缝的开裂；混橡胶粉均匀掺合在混凝土中，混凝土填充于支架钢筋中；轨枕两侧面设置搬运把手；混凝土轨枕的长度为2.5m‑3.0m；橡胶粉的粒径小于1mm。本发明中的橡胶的加入使得轨枕内部应力重分布，在满足铁路混凝土轨枕要求的前提下，优化了轨枕性能，提高了混凝土的抗冲击性，增加阻尼比，增大插入损失，增强耗能减振的性能，减少道砟和轨枕的接触损伤，并且可以根据各国、各地区线路轨距的不同，解决不同的实际需求。

说明书

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，尤其涉及一种适用于高寒地区的绿色混凝土轨枕及性能增强方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：高寒环境带来的隐患是结构混凝土服役性能的下降和冻融损伤；冻害能降低混凝土轨枕的工作性并以冻胀、融化冲击等作用破坏铁路轨枕及其下部结构。轨枕承担由钢轨传来的列车动荷载，并将荷载传递给底部的道砟，并且具有保持轨道几何尺寸，保证列车稳定性的作用。铁路轨枕的冻融损伤破坏给行车安全带来了极大的隐患，轻则减少行车舒适性，重则列车脱轨，影响行车的安全性。而且，轨枕的损坏极大地增加了工务、车辆维修工作量，造成了国家资源的损失。

现在技术下使用的普通钢筋混凝土轨枕在生产及使用时存在如下问题：

混凝土抗拉能力小，在受到荷载冲击时，承轨台底部和轨枕中部容易出现裂缝，在列车动荷载的作用下逐渐开裂甚至发生剥落；

普通混凝土的强度高，刚度大，基准频率高，阻尼比小，在能量传递时，插入损失小，较高的能量传递给底部的道砟，道砟与轨枕接触损伤较大；

在高原环境，天气气候复杂加上高速轮轨荷载，混凝土的性能较温暖地区性能衰减较为厉害，且伴有冻融循环的地区，由于混凝土本身骨料嵌实及粘结特性，极易在冻融循环中造成混凝土轨枕损伤；

普通混凝土轨枕，粗细骨料来源自然界，开山取材、河道挖掘等行为破坏环境，不符合目前的生态理念，来源逐渐受到限制；

普通混凝土轨枕破坏后难更换，在高原地区等恶劣地区更是难上加难，对工务、机械设备等都是较大的问题挑战。

综上所述，现有技术存在的问题是：

普通钢筋混凝土轨枕在高寒环境下使用时，极易造成服役性能的下降和冻融损伤，并且轨枕的损坏给行车安全带来了极大的安全隐患，并且轨枕损坏维修时增加了工务、车辆维修的工作量，造成了国家资源的损失。

解决上述技术问题的难度：

如何改进普通钢筋混凝土轨枕的配方，以期达到减少粗细骨料的使用量，增加轨枕的阻尼比，增大插入损失，增强耗能减振性能，减少道砟和轨枕接触损伤，增大混凝土抗拉能力，提高轨枕抗冲击性，减少裂缝开裂，增加轨枕柔度的作用及效果。

解决上述技术问题的意义：

解决上述技术问题，可以克服普通混凝土本身抗拉强度小而导致的混凝土易裂缝的问题，改变轨枕内部应力重分布，在满足铁路混凝土轨枕要求的前提下，优化了轨枕性能，提高了混凝土的抗冲击性，增加阻尼比，增大插入损失，增强耗能减振的性能，减少道砟和轨枕的接触损伤。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于高寒地区的绿色混凝土轨枕及性能增强方法。

本发明是这样实现的，一种适用于高寒地区的绿色混凝土轨枕的性能增强方法，所述适用于高寒地区的绿色混凝土轨枕的性能增强方法包括：

混凝土中加入橡胶粉，体积替换率的范围在0-25％，将冻融循环部分作用在橡胶粉上，增加阻尼比，冻融循环时，由于体积变化导致受力的变化，橡胶粉分布在混凝土中，可吸收部分的力，延缓变形导致的损伤。增强抗冲击性及减少裂缝的开裂。

绿色混凝土对密度、增实系数，抗压、抗折，阻尼比、抗氯离子渗透等各项参数进行组合配比设计；对配比生产后的绿色混凝土轨枕进行静载试验和模态测试，确定绿色混凝土轨枕性能的增强效果。

本发明的另一目的在于提供一种适用于高寒地区的绿色混凝土轨枕，所述适用于高寒地区的绿色混凝土轨枕包括橡胶粉、混凝土、钢筋。

橡胶粉均匀掺合在混凝土中，混凝土填充于支架钢筋中。

本发明提高了混凝土的抗冲击性，增加阻尼比，增大插入损失，增强耗能减振的性能，减少道砟和轨枕的接触损伤。

进一步，轨枕两侧面设置搬运把手。

本发明设置的搬运把手可以方便工作人员进行搬运安装。

进一步，混凝土轨枕的长度为2.5m-3.0m。

本发明混凝土轨枕的长度可以根据各国、各地区线路轨距的不同，解决不同的实际需求。

进一步，橡胶粉的粒径小于1mm。

本发明中的粒径小于1mm的橡胶粉，可以在不减少混凝土刚性的前提下，可有效提高混凝土的弯拉强度，改变钢筋混凝土内部的应力重分布，提高钢筋混凝土的体积稳定性，而且利用颗粒能够改善钢筋混凝土的韧性，显著地改善了钢筋混凝土轨枕抗冲击及道砟接触损伤。

本发明的另一个目的在于提供一种减少废旧轮胎对环境污染的方案，所述橡胶粉为废旧轮胎破碎而成。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

(1)混凝土中加入橡胶粉，有效的将冻融循环部分作用在橡胶粉上，弹性体橡胶粉的微变形减少了对骨料间粘结的损伤。

(2)混凝土中加入橡胶粉可以明显的增加阻尼比，增大插入损失，增强耗能减振的性能，减少道砟和轨枕的接触损伤，耐久性增强。

(3)混凝土中加入橡胶粉，使用提高了轨枕的抗冲击性，一部分冲击力传递给橡胶粉，减少了裂缝的开裂，增加了轨枕的柔度。

(4)混凝土中加入橡胶粉，减少了废旧轮胎对环境的污染，减少了砂石骨料等自然资源的损失，并且增大抗氯离子渗透性。

(5)本发明在满足铁路混凝土轨枕要求的前提下，优化了轨枕性能，提高了混凝土的抗冲击性，增加阻尼比，增大插入损失，增强耗能减振的性能，减少道砟和轨枕的接触损伤，并且可以根据各地区线路轨距的不同，解决不同的实际需求；本发明使用模态法对绿色混凝土轨枕小梁进行模态分析实验，发现橡胶粉的加入使得阻尼比大大的增加。材料阻尼的升高，使得减振耗能的效果增加；本发明使用抗氯离子渗透夹具对绿色混凝土轨枕进行混凝土抗氯离子渗透性实验，发现橡胶粉的加入使得混凝土电通量明显降低，增大了抗氯离子的渗透性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的适用于高寒地区的绿色混凝土轨枕结构示意图；

图中：1、橡胶粉；2、混凝土；3、钢筋；4、搬运把手。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对目前普通钢筋混凝土轨枕在高寒环境下使用时，极易造成服役性能的下降和冻融损伤，进而影响列车行车安全及造成国家资源浪费的问题。本发明在钢筋混凝土轨枕生产时使用橡胶粉掺于钢筋混凝土中，并且橡胶粉在钢筋混凝土中均匀分布，改善了轨枕的稳定性，减少了轨枕的损伤。

下面结合附图对本发明的技术方案作详细的描述。

本发明实施例提供一种适用于高寒地区的绿色混凝土轨枕的性能增强方法，所述适用于高寒地区的绿色混凝土轨枕的性能增强方法包括：

混凝土中加入橡胶粉，将冻融循环部分作用在橡胶粉上，增加阻尼比，增强抗冲击性及、减少、裂缝的开裂。

如图1所示，本发明实施例提供的适用于高寒地区的绿色混凝土轨枕包括：橡胶粉1、混凝土2、钢筋3、搬运把手4。

混凝土2填充于支架钢筋3中，橡胶粉1均匀掺合在混凝土2中。

作为优选，轨枕两侧面设置搬运把手4。

作为优选，混凝土轨枕的长度为2.5m-3.0m。

作为优选，橡胶粉1的粒径小于1mm。

作为优选，橡胶粉1为废旧轮胎破碎，具有弹性。

作为优选，橡胶粉1在混凝土骨料拌和过程中加入。

作为优选，橡胶粉1的体积替换率不大于25％。

本发明生产时，由钢筋3搭接成支架，放置于混凝土轨枕搭接的模板中；在混凝土2中加入体积比≤25％的由废旧轮胎破碎形成的橡胶粉1进行拌和；拌和均匀后，均匀浇筑在轨枕模板中成型，拆除模板。

本发明使用时，在高寒环境下，冻融循环部分作用在混凝土内部的橡胶粉1上，弹性体橡胶粉1的微变形减少了对混凝土2骨料件粘结的损伤，有效的减少了对轨枕的损伤；轨枕安装时，操作人员可以利用搬运把手4搬运，操作方便，轨枕安装在道砟后，受到列车动载荷时，轨枕内部受力，混凝土2受到向下的压力传递给橡胶粉1，橡胶粉1受力压缩，增加了混凝土轨枕的柔度，可承载一部分载荷，增加阻尼比，增大了插入损失，增强了耗能减振性能，减少轨枕与道砟之间的压力，减少了道砟和轨枕的接触损伤，并且当轨枕受到列车行驶的外拉力时，混凝土2内部的橡胶粉1受拉产生微变形，提高了混凝土轨枕的柔度，减少了混凝土轨枕受拉产生裂缝的可能性。

本发明对橡胶混凝土进行破坏性抗压强度实验，发现橡胶粉的加入，提高了橡胶混凝土的抗压强度，提高了橡胶混凝土的柔度，减小了裂缝开裂的可能性；本发明对橡胶混凝土进行破坏性抗折强度实验，发现橡胶粉的加入，提高了橡胶混凝土的抗折强度，提高了橡胶混凝土的抗冲击性，减少了裂缝开裂的可能性；本发明对橡胶混凝土进行抗拔强度实验，发现橡胶粉的加入，提高了橡胶混凝土的抗拔强度，提高了钢筋混凝土粘结性能，减少了道砟和轨枕的接触损伤；本发明橡胶混凝土的生产操作简单，且生产后易于摆放及取用，减少了工作人员的工作强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。