钢纤维含量对超高性能混凝土（UHPC）枕木结构和电性能的影响
关键词：超高性能混凝土(UHPC)轨枕、钢纤维、静态弯曲试验、电阻测试。
摘要：本文研究了三种不同钢纤维含量的超高性能混凝土铁路枕木的结构和电学响应。在本研究中使用的UHPC轨枕是使用传统的混凝土轨枕制造工艺，包括后张法。然后通过轨道座椅部分的静态弯曲测试和电气绝缘性能测试对它们进行评估。试验结果表明，三种钢纤维含量的UHPC枕木均能满足国际要求。第一次开裂荷载和裂缝宽度为0.05 mm时的荷载结果表明，需要添加大于1%的钢纤维才能有效控制UHPC枕木的早期开裂发展。此外，纤维体积分数与归一化强度之间的关系表明，UHPC的材料特性，特别是其拉伸性能，与UHPC枕木的结构性能密切相关。
1.介绍和动机
在现代铁路系统(北美除外)中，混凝土被用作铁路枕木(枕木)的主要材料，用于将车辆从轨道运输到下部结构。传统的木质轨枕的使用寿命约为20年，而混凝土轨枕的潜在使用寿命要长得多，超过50年。然而，由于各种因素，包括列车重复荷载、温度膨胀、应力集中、老化退化和不良压载条件，混凝土轨枕的裂缝可能会产生和扩展。如果老化的混凝土轨枕没有得到妥善维护，铁路系统的安全就会受到影响。调查的最常见的原因损坏混凝土枕木在北美和世界各地,Van Dyk等人列出以下几点:恶化的混凝土材料在铁路、肩/紧固系统磨损或疲劳裂纹从动态负载,出轨伤害,捣固损伤,裂纹从环境或化学退化,制造缺陷,等等。
目前正在进行大量的研究，以尽量减少混凝土轨枕因裂缝造成的破坏。最近，人们尝试通过在混凝土中添加钢纤维来缓解枕木的裂缝问题，并提高其疲劳性能。Parvez等人评估了在混凝土枕木中添加0%、0.25%和0.5%钢纤维的效果，以改善其负荷承载能力和疲劳性能。他们报告称，与不含钢纤维的枕木相比，0.25%的钢纤维含量提高了枕木的承载能力和抗疲劳能力；然而，添加0.5%的钢纤维却产生了不规则的结果。Sadeghi等人用不同数量的混杂钢纤维(短纤维和长纤维的混合物)和不同数量的预应力钢丝设计和制造预应力混凝土(PSC)枕木，然后评估这些添加物对PSC枕木力学性能的影响。纤维的体积比分别为0、0.3、0.5、0.7和1%，预应力丝数分别为4、6和8。基于一系列的结构测试，他们得出结论，包括6根预应力钢丝和0.5%钢纤维(体积)的枕木表现最好。Yang等人还研究了钢纤维和磨碎高炉矿渣(GGBFS)的使用如何影响PSC枕木的静态和疲劳性能。通过使用0.75%的钢纤维含量，他们能够将枕木中的预应力筋数量从16根减少到14根。试验结果表明，与未添加钢纤维的枕木相比，添加钢纤维的枕木具有更强的弯曲和疲劳能力，防止了裂纹扩展和脆性剪切破坏。尽管各种研究试图将钢纤维应用于混凝土枕木，以提高其延性和抗疲劳性能，但案例研究有限。因此，需要更多的研究来定量地研究钢纤维对不同类型钢纤维的影响。
高强混凝土通常用于PSC轨枕的生产，因为它允许在早期养护阶段引入预应力，从而加快了PSC的制造过程。例如，欧洲标准规定的混凝土最低抗压强度为C45 / 55MPa，澳大利亚标准[1]规定的最低抗压强度为50MPa。国际铁路联盟建议混凝土轨枕的最低抗拉强度和抗压强度分别为3MPa和C50/60 MPa。近年来，抗压强度大于常规高强混凝土的混凝土被用于开发结构性能更高的新型混凝土轨枕。Thun等人和Parvez等人开发了抗压强度超过100 MPa的混凝土轨枕，而作者最近也提出了一种充分利用超高性能混凝土(UHPC)材料优势的PSC轨枕。在轨枕中使用UHPC有望提高轨枕的承载能力和抗裂能力，从而有效地延长轨枕的寿命。这部分是因为与常规混凝土相比，UHPC具有几个材料优势，如抗压强度高于150 MPa、拉伸延性、抗冲击、耐磨性和高耐久性。为了实现令人印象深刻的材料效益，通常需要基于优化填料密度的特殊混合设计流程。此外，还评估了钢纤维体积含量对UHPC力学和电化学性能的影响。然而，据作者所知，目前还缺乏关于钢纤维含量对UHPC枕木结构和电响应影响的发表研究。这篇论文的动机是研究的缺口。
本研究制备了钢纤维体积分数为0.5、1.0和1.5%三种水平的UHPC枕木。根据欧洲标准，通过轨道-座椅截面静弯曲强度试验，研究了不同钢纤维含量对UHPC轨枕结构响应的影响。此外，根据欧洲标准进行了电阻测试，以确定钢纤维含量对UHPC轨枕的影响，因为铁路轨枕需要提供适当的电气绝缘。
2.UHPC轨枕的制造
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