板式轨道低弹模底座板用混凝土试验研究

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发布时间：2021-09-06

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板式轨道低弹模底座板用混凝土试验研究
谢凯军，蒋宗全，李克贤，郭晓安
(1．中国水电三局有限公司，西安710016；2．中国水电集团，北京 100048；3．北京铁城监理有限公司，北京 100855)
摘要：通过对影响混凝土弹性模量的因素进行研究，从整体论的观点提出设计低弹模混凝土的设想，从
技术和经济的角度进行底座板混凝土配合比设计的论证，并用以指导现场底座板混凝土的施工。
关键词混凝土配合比设计弹性模量底座板
中图分类号：U213．2 42；TU528．571 文献标识码：B
铁路桥上纵连板式无砟轨道在底座板设计上采用
了基于刚度折减的设计方法，即从轨道板向下的结构，
其弹性模量应是逐渐递减的，防止因下部结构的开裂
向上反射对轨道板产生影响，同时可以提高列车运行
的平顺性¨ 。按照设计要求，底座板混凝土的设计强
度为30 MPa，设计弹性模量不宜超过31．5 GPa。这种
与常规混凝土配合比高强度高弹性模量的设计理念完
全相悖的混凝土，要求从各个方面进行系统研究，既要
选择能够满足要求的原材料，又要考虑原材料本身的
成本问题；既要研究影响混凝土弹性模量的各种因素，
又要考虑这些因素对混凝土强度的负面作用。只有这
样，才能设计出满足设计和施工要求的混凝土配合比，
同时才能有比较好的经济效益。
采用混凝土配合比试验，研究了影响混凝土弹性
模量的因素，通过现场试验验证了配合比设计的正确
性。
1 影响弹性模量的因素
弹性模量反映了混凝土所受应力与所产生应变之
间的关系。对于均质材料，其弹性模量与密度之间存
在直接的关系；而对于混凝土这种非均质多相材料，其
主要组分的密度和所占体积的百分比以及过渡区的特
性对弹性模量影响较大。由于密度与孔隙率成反比，
骨料、水泥石和过渡区各部分孔隙率的影响因素对混
凝土的弹性模量起着至关重要的作用。
与骨料、水泥浆相比，当应力达到强度的40％时，
混凝土会出现明显的塑性应变，这是由于过渡区微裂
缝数量和长度增加所致；而混凝土中的骨料和水泥浆
收稿日期：2O LO．．O4-O4；修回日期：2OLO-O5-06
基金项目：铁道部科技计划开发项目(2008G031-F)。
作者简介：谢凯军(1964一)，男，陕西西安人，教授级高级工程师。
基体直到破坏均表现为刚性材料的线性行为。
假设混凝土(或砂浆)的弹性模量为E，，骨料的弹
性模量为E ，基体相的弹性模量为E ，颗粒相的体积
率为，基体相的体积率为Vm，则 +Vm=1。对于
普通混凝土，E <E ，称为软基复合材料，此时假定基
体相和颗粒相在混凝土中承受相同的应力是合理的。
康托模型研究表明，混凝土的弹性模量E 随着颗粒
相的弹性模量E 及颗粒相体积率的增大而增大。
因此，混凝土的弹性模量大小与混凝土的配合比、强
度、龄期及骨料的弹性模量等因素有关。
2 混凝土配合比试验研究
试验采用平阴山水P．042．5水泥，28 d抗折强度
为9．2 MPa，28 d抗压强度为48．7 MPa；掺和料为华电
邹县I级粉煤灰，细度为11．0％，需水量比为92％；细
骨料为海青砂场天然砂，细度模数为2．7；粗骨料分别
采用铄鑫石材场的石灰岩骨料和郭林石材场的花岗岩
骨料，抗压强度分别为125 MPa和117 MPa；外加剂采
用天津雍阳聚羧酸减水剂，减水率为30％。
一般认为，混凝土弹性模量随其强度、龄期的
增加而增大。下面重点试验研究骨料和含气量对弹性
模量的影响。
2．1 骨料对弹性模量的影响
在影响混凝土弹性模量的粗骨料的各种特性中，
孔隙率最重要。这是由于骨料孔隙率决定其刚度，而
刚度对骨料约束水泥石应变的能力起控制作用。
一般来说，混凝土拌合物中骨料弹性模量越大、含
量越高，混凝土的弹性模量越高。而且在中低强混凝
土中，混凝土的强度并不受骨料孔隙率的影响，这也表
明了各种变量对强度和弹性模量的影响是不同的。骨
料对弹性模量的影响主要因素是骨料的种类与含量。
混凝土的弹性模量随着骨料弹性模量的增大而增大