【混凝土科技獎】采用超高性能混凝土生產電氣化鐵路接觸網預應力環形支柱關鍵技術
2021年度中國混凝土與水泥制品協會
混凝土科學技術獎?技術革新類
項目展示
2021年度中國混凝土與水泥制品協會混凝土科學技術獎工作于2021年5月啟動,至12月圓滿完成。報名期間共收到有效申報項目44項。經過專家評審委員會的初評及終評,共計33個項目獲獎,包括一等獎1項、二等獎18項、三等獎14項,其中“科技進步類”16項、“技術發明類”1項、“技術革新類”16項。



主要完成單位:河南鼎力桿塔股份有限公司、四川艾德瑞電氣有限公司、蘇州混凝土水泥制品研究院有限公司
主要完成人:宋景輝、肖琨、范榮鑫、賀毅、俞鋒、駱靜靜、田寅
我國自1958年開始建設電氣化鐵路以來,預應力混凝土支柱得到了廣泛發展和應用,預應力混凝土環形支柱就是其中一種。由于普通混凝土脆性大易開裂、抗拉強度低、耐久性不足等問題造成的混凝土支柱開裂甚至表面剝落等問題,嚴重影響電氣化鐵路的工程質量,降低了混凝土環形支柱強度及耐久性能,傳統預應力混凝土環形支柱已不滿足建設現代電氣化鐵路在凍融、酸堿鹽等惡劣環境的使用要求,給鐵路安全運行埋下隱患。
為解決預應力混凝土環形支柱耐久性問題和在生產過程、運輸、施工安裝和運行過程中出現裂紋、自身重量大等技術難題,項目組優化設計了超高性能混凝土,采用高性能增強纖維配制C120超高性能混凝土和調整混凝土環形支柱結構設計,提高了混凝土環形支柱的使用強度和抗裂性能,達到了控制混凝土環形支柱的撓度,降低環形混凝土支柱的鋼筋用量、壁厚,減輕支柱自重,提高環形混凝土支柱的使用年限的目的;加入高效減水劑、降粘型摻合料,并引入粗骨料制備出超高性能混凝土、保留了傳統離心成型工藝的材料特性。
在結構和材料設計的同時,充分利用超高性能混凝土的抗拉強度,結合智能化的生產控制技術,達到超高性能混凝土環形支柱具有體積小、重量減輕,耐腐蝕、耐久性能好特點,解決現有混凝土環形支柱端部裂紋問題,從而提高混凝土環形支柱的耐久性,降低生產、運輸和安裝費用,為電氣化鐵路工程接觸網建設在支柱的應用提供了新的選擇。
主要創新點
一、研究設計超高性能混凝土組成設計方法,對影響超高性能混凝土因素采取控制措施,達到超高性能混凝土設計值。
確定高性能減水劑摻量對超高性能混凝土粘度影響和改進方法,達到降低混凝土粘度目的;自行設計集降粘、限縮、降溫及增強作用于一體的超高性能混凝土用高性能摻合料;設計超高性能混凝土組成方法,為超高性能混凝土的科學制備和應用提供技術保障。
明確了水化膜對超高性能混凝土流變特性和高粘機理,建立高性能減水劑及高性能礦物摻合料對超高性能混凝土流變、變形及力學性能的改進措施。
優化了超高性能混凝土組成及設計方法,引入粗骨料和增強纖維,形成適用于環形支柱生產工藝的超高性能混凝土配合比,制備出適用于環形支柱離心工藝的低坍落度超高性能、纖維增強混凝土,拌合物可操作時間>45min,抗壓強度≥120MPa。
解決超高性能混凝土環形支柱離心工藝的技術難題。采用常規的普通開模布料工藝,生產出的超高性能混凝土環形支柱內壁光滑,離心成型后內壁無任何收縮裂縫。
實現并形成了超高性能混凝土環形支柱養護關鍵技術。采用目前超高性能混凝土環形支柱制備技術與生產工藝,3d即可達到設計要求的100%及以上。
根據超高性能混凝土的抗壓、抗拉強度高特點,針對超高性能混凝土環形支柱在不同條件技術要求,自行設計超高性能混凝土環形支柱結構設計驗算、校核的軟件,達到電氣化鐵路工程建設技術要求。
二、自行研發設計的超高性能混凝土配合比,超高性能混凝土的耐久性通過了國家級檢測中心的檢驗,并且滿足國標對混凝土耐久性要求。
混凝土環形支柱壁厚≤50mm,降低接觸網混凝土環形支柱的重量25%~40%;
混凝土28天強度不低于120MPa;
處于氯鹽環境時,56d齡期混凝土氯離子擴散系數不大于3×10-12m2/s;
處于鹽類結晶破壞環境時,混凝土氣泡間距系數不大于300微米,且56d齡期混凝土抗硫酸鹽結晶破壞等級不應小于TB10424規定的KS150;
處于化學侵蝕環境時,56d齡期膠凝材料抗蝕系數不應小于0.80;
28天抗滲等級≥P10。
三、應用超高性能混凝土實施效果
通過加入高性能纖維,降低水化收縮開裂風險,提高了混凝土環形支柱抗裂性能;
通過加入微細摻合料,填補了混凝土的縫隙,提高了混凝土自身的密實度,降低有害物資的滲入速度,增加了支柱的耐久性能;
超高性能混凝土采用的膠凝材料多,養護后部分膠凝材料未參與水化反應;支柱在出現微細裂縫時,為參與水化反應的膠凝材料遇水反應后會繼續產生膠凝體,可以做到自動修復支柱微細裂縫的作用,實現支柱的自我修復功能;
超高性能混凝土環形支柱順利通過了中國鐵科院產品檢測中心的檢驗,產品滿足標準要求。



應用效果
超高性能混凝土環形支柱已在大秦、連鹽高鐵、中衛-吳忠高鐵、蘭新鐵路等進行了工程應用。該混凝土環形支柱優越于傳統的混凝土環形支柱,具有高強度、高耐久性、高韌性和良好的體積穩定性,耐酸、堿、鹽等腐蝕環境,抗凍性好,適用范圍廣等優點。其高性能增強纖維,對超高性能混凝土環形支柱的生產、運輸、安裝運行起到了防護作用,超高性能混凝土環形支柱未出現裂紋現象,防裂效果明顯,解決了電氣化鐵路混凝土環形支柱耐久性和出現裂紋的質量問題。

河南鼎力桿塔股份有限公司位于河南省駐馬店市西平縣迎賓大道中段路南鼎力工業園,是國內最大的電氣化鐵路接觸網支柱專業生產廠家之一。主要產品有電氣化鐵路接觸網砼(鋼)支柱、電力電桿、特高壓輸電線路鐵塔等產品。公司占地面積40萬平方米,生產廠房8萬平方米,現有員工600余人,注冊資金5000萬元,銀行信用等級AAA級企業,總資產7億元,年產值7億元。年生產能力:鋼支柱(含H型鋼柱、硬橫跨等)6萬噸、接觸網砼支柱8萬根、電力電桿10萬根。公司有技術研發團隊、檢測團隊、現代化生產設備和整組專業技術工人,曾承擔過京廣線、京九線、隴海線、蒙華線等國家多條重要鐵路線路和國家數條特高壓輸電線路的產品加工任務,并圓滿完成任務。
四川艾德瑞電氣有限公司系大型國有企業中國中鐵二院工程集團有限公司獨資的全資子公司。主要經營:電子、電氣產品,在鐵路、地鐵及輕軌交通、公路、市政、水利水電及電力系統等行業的設備研制、銷售及代理、系統集成,同時還經營貨物進出口及技術進出口業務。
蘇州混凝土水泥制品研究院有限公司前身是國家建筑材料工業局蘇州混凝土水泥制品研究院,現為中國中材國際工程股份有限公司參股的企業。公司是以混凝土與水泥制品應用技術研究為主的科技型企業,也是國內專業從事混凝土水泥制品科研及設計單位。公司擁有建筑工程設計資質和新材料工程設計資質,是“國家水泥混凝土制品(含混凝土外加劑)質量監督檢驗”承擔單位,全國水泥制品標準化技術委員會秘書處掛靠單位,中國混凝土與水泥制品協會副會長單位,全國性建材科技期刊《混凝土與水泥制品》的主辦單位,江蘇省高耐久混凝土與水泥制品工程的承擔單位。
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