阅读说明：本技术 一种新型竹纤维增强的预应力混凝土轨枕及性能增强方法 (Novel bamboo fiber reinforced prestressed concrete sleeper and performance enhancing method ) 是由 井国庆 姚力 巫江 庞玲 杜文博 江万红 杜运昌 王创 陈斌 陈兴风 卢明舫 于 2020-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明属于轨道交通混凝土制品技术领域,公开了一种新型竹纤维增强的预应力混凝土轨枕及性能增强方法,通过在混凝土中加入竹纤维,增加轨枕的抗弯抗拉性能。竹纤维均匀掺合在混凝土中；竹纤维混凝土填充于预应力钢筋骨架间；竹纤维长度2cm-4cm；直径0.2-0.4mm。本发明克服普通预应力混凝土轨枕由于抗拉强度弱易产生裂纹的问题。在满足铁路轨枕要求的前提下,优化轨枕的性能,增强轨枕的抗弯抗拉强度、延性；抑制混凝土轨枕早期裂纹的产生及在外力作用下裂纹的扩展；增强轨枕的弹性,提高抗冲击性能,起减振降噪的作用；有助于环境保护。(The invention belongs to the technical field of rail transit concrete products, and discloses a novel bamboo fiber reinforced prestressed concrete sleeper and a performance enhancing method. Bamboo fiber is uniformly blended in the concrete; bamboo fiber concrete is filled between the prestressed steel bar frames; the length of the bamboo fiber is 2cm-4 cm; the diameter is 0.2-0.4 mm. The invention overcomes the problem that the common prestressed concrete sleeper is easy to generate cracks due to weak tensile strength. On the premise of meeting the requirements of the railway sleeper, the performance of the sleeper is optimized, and the bending resistance, tensile strength and ductility of the sleeper are enhanced; inhibiting the generation of early cracks of the concrete sleeper and the expansion of the cracks under the action of external force; the elasticity of the sleeper is enhanced, the shock resistance is improved, and the effects of vibration reduction and noise reduction are achieved; is beneficial to environmental protection.)

一种新型竹纤维增强的预应力混凝土轨枕及性能增强方法

技术领域

本发明属于轨道交通混凝土制品技术领域，尤其涉及一种新型竹纤维增强的预应力混凝土轨枕及性能增强方法。

背景技术

目前，业内最接近的现有技术：轨枕是轨道结构的重要组成部分，主要用于承受来自钢轨的各向压力，并弹性地传布于道床，有效的保持轨道的几何形位，特别是轨距和方向。因此，轨枕必须具有必要的坚固性、弹性和耐久性，且便于固定钢轨，具有抵抗纵向和横向位移的能力。

传统轨枕的木枕、混凝土枕及钢枕在工作性能及可持续发展方面各有不足之处。木枕具有寿命短、易磨损、易受生物侵蚀、所用防腐剂危害环境及人体健康等不足。混凝土枕的缺点主要是刚度大、脆性大、重量大、回收困难。钢枕则由于不绝缘、行车噪音大、刚度大、易锈蚀等原因而使用有限。此外，传统轨枕生产也对环境造成巨大冲击，如木枕生产导致大量树木砍伐、水泥及钢铁产业向大气排放大量二氧化碳。

有鉴于木枕、混凝土枕和钢枕的诸多缺陷，近年来复合轨枕成为一种新型轨枕结构，主要通过使用可再生塑料、废旧轮胎或者聚氨酯进行生产，具有弹性好，环保绿色等优点。但是同普通混凝土轨枕比有以下缺点：材料密度低，造成道床纵横向阻力偏低；生产、安装成本高；抵抗温度、环境受力能力差；扣件安装螺栓抗拔力不足，在列车循环荷载作用下容易导致扣件松动，影响列车运营安全。

以上四种轨枕中，我国仍以预应力混凝土轨枕为主，在长期的运营过程中，由于混凝土抗拉能力弱，在长期列车荷载作用下开裂，随着裂纹的发展混凝土轨枕结构遭到破坏，影响线路安全性和旅客舒适性。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有的普通预应力混凝土轨枕在使用过程中，由于混凝土抗拉能力弱易开裂，裂纹的不断扩展将造成混凝土轨枕的结构破坏，严重影响线路安全性和旅客舒适性。同时，轨枕的破坏增加了维修的工作量和成本，造成巨大的损失。除此之外，普通预应力混凝土轨枕刚度大，使得道砟与轨枕接触的过程中容易劣化。

解决上述技术问题的难度：

如何改变普通预应力混凝土轨枕的材料，使其达到增强抗弯抗拉性能、延性；抑制混凝土轨枕早期裂纹的产生及在外力作用下裂纹的扩展；增加轨枕弹性，减少振动噪声，提高抗冲击性能的作用及效果。

解决上述技术问题的意义：

本发明竹纤维增强的预应力混凝土轨枕，其抗弯抗裂性能、弹性、断裂延伸率有着显著优势。竹纤维对混凝土轨枕抗拉强度的提高起着举足轻重的作用，抑制荷载作用下轨枕裂纹的产生与发展。同时，竹纤维混凝土轨枕中的竹纤维原材丰富，生长速度快，市场供给大于需求；竹纤维的横向与纵向都具有较高的强度，可以避免薄弱环节的出现，韧性好；竹纤维生态环保，质感极好。为解决前述问题提供了一种新思路。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型竹纤维增强的预应力混凝土轨枕及增强方法。

本发明是这样实现的，一种新型竹纤维混凝土轨枕的性能增强方法，包括：

以水泥、砂、石、水为基体，竹纤维为增强材料的水泥基复合材料作为轨枕材料，配合质量比采用：水泥∶矿粉∶砂∶石∶外加剂∶水＝391∶69∶691∶1229∶5.2∶129。竹纤维加入量为水泥的2％-4％；按上述配合质量比配合混凝土，并在搅拌过程中加入竹纤维，使得竹纤维在混凝土中均匀分布，形成竹纤维混凝土；

由钢筋搭接成支架，放置于混凝土轨枕模板中，对钢筋进行张拉后，将竹纤维混凝土均匀浇筑在轨枕模板中，振动、养护后释放预应力，进行脱模处理。

本发明以水泥、砂、石、水为基体，竹纤维为增强材料的水泥基复合材料作为轨枕材料；竹纤维在搅拌过程中掺入，使得竹纤维在混凝土中均匀分布，制作成竹纤维混凝土，进而浇筑轨枕。在混凝土搅拌过程中加入竹纤维，制作成竹纤维混凝土，再用竹纤维混凝土浇筑轨枕。增强轨枕的抗弯抗拉强度、延性，抑制混凝土早期裂纹的产生及在外力作用下裂纹的扩展；同时增强轨枕的弹性，减振降噪。

所述竹纤维采用竹材料，将竹材料清洗后沿纵向破开，截取竹片后再经过浸泡、打散和干燥。

进一步，所述竹纤维和混凝土中还添加有乙烯基丙烯酸共聚物乳胶。

本发明的另一目的在于提供一种新型竹纤维增强的预应力混凝土轨枕，所述的新型竹纤维增强的预应力混凝土轨枕包括：竹纤维、混凝土、钢筋；

竹纤维均匀混合在混凝土中，竹纤维混凝土填充于预应力钢筋骨架间。

进一步，所述新型竹纤维增强的预应力混凝土轨枕长度为2.5m-3m有利于进行推广使用。

进一步，竹纤维长度2cm-4cm，竹纤维直径0.2mm-0.4mm。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

竹纤维抗拉强度接近200Mpa，竹纤维混凝土试件相比素混凝土试件劈裂抗拉性能最大可提高40％。同时，竹纤维混凝土梁的最大裂缝宽度仅为素混凝土梁的66％。

本发明通过在混凝土搅拌过程中加入竹纤维，将拌制好的竹纤维混凝土浇筑轨枕。竹纤维韧性好，与混凝土、钢筋结合性好，可大幅度提高轨枕的抗弯抗拉强度、延性、抑制了混凝土早期裂纹的产生及在外力作用下裂纹的扩展；同时提高轨枕的弹性，起减振降噪的作用；竹纤维的使用，有助于环境保护。本发明使用将延长轨枕寿命，保证列车安全性和旅客舒适性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的新型竹纤维增强的预应力混凝土轨枕结构示意图。

图2是本发明实施例提供的新型竹纤维增强的预应力混凝土轨枕端部结构示意图。

图中：1、竹纤维；2、混凝土；3、预应力钢筋。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

为了解决上述的技术问题，下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案作详细的描述。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。

本发明实施例提供的新型竹纤维增强的预应力混凝土轨枕包括：

以水泥、砂、石、水为基体，竹纤维为增强材料的水泥基复合材料作为轨枕材料；竹纤维在搅拌过程中掺入，使得竹纤维在混凝土中均匀分布，制作成竹纤维混凝土，进而浇筑轨枕。增强轨枕的抗弯抗拉强度、延性，抑制混凝土早期裂纹的产生及在外力作用下裂纹的扩展；同时增强轨枕的弹性，减振降噪；提高抗冲击性能。

如图1、图2所示，本发明实施例提供的新型竹纤维增强的预应力混凝土轨枕，包括：竹纤维1、混凝土2、钢筋3。

混凝土2填充于支架钢筋3中，竹纤维1均匀掺合在混凝土2中。

作为优选，新型竹纤维增强的预应力混凝土轨枕中竹纤维1采用竹材料，将竹材料清洗后沿纵向破开，截取2cm-4cm的竹片，再经过浸泡、打散和干燥，将其直径控制在0.2-0.4mm范围内。

作为优选，新型竹纤维增强的预应力混凝土轨枕采用的混凝土2，以水泥为主，竹纤维1的掺入量为水泥含量的2％-4％；其中，竹纤维1在混凝土2搅拌过程中加入，保证竹纤维1在混凝土2中分布均匀。

作为优选，为了增加水泥的韧性以及改善水泥与竹纤维1的粘结性能，须加入乙烯基丙烯酸共聚物乳胶；轨枕可用相同材料制作成其它形状。

作为优选，竹纤维增强的预应力混凝土轨枕长度为2.5m-3m。

竹纤维1具有长细比大、比强度高、比表面积大、密度小等特点，其抗拉强度接近200Mpa。常用的预应力混凝土轨枕，混凝土抗拉能力差，开裂后由钢筋承担拉应力，随着裂纹的不断扩展，轨枕最后将发生脆性破坏。竹纤维预应力混凝土轨枕当出现宏观裂纹后，竹纤维1起到支撑集料的作用，此时，拉应力由钢筋3和竹纤维1共同承担，直到竹纤维1被拉断，竹纤维1有较好的韧性、延性、断裂延伸率，对裂纹的发展起控制作用的同时防止脆性破坏。本发明将混凝土2和竹纤维1形成复合材料，结合了竹纤维1本身韧性好的优点。浇筑混凝土轨枕后使得轨枕的弹性增加，起到减振降噪的作用。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。