高速铁路轨道板混凝土的电阻特性及材料设计研究

为克服高速铁路轨道板中钢筋网感应电阻缩短轨道电路传输距离的问题，拟开展轨道板混凝土电阻特性及材料设计研究。在分析胶凝组分、骨料和掺合料电阻特性的基础上，采用相似还原试验模拟通电后的钢轨与轨道板中钢筋的交互作用，选择非接触式混凝土电阻率测定仪，研究原材料电学性能、配合比参数、界面特征及环境因素对轨道板混凝土电阻特性的影响规律；立足于轨道板的整体绝缘性能，研究提出满足无砟轨道电路传输要求的轨道板混凝土电学特性要求；基于混凝土对轨道传输信号的屏蔽作用，采取降低混凝土中导电离子浓度、阻断离子传输、延长离子传输距离和增加离子传输位垒等技术途径，研究轨道板用绝缘混凝土的材料设计方法；借鉴离子迁移理论、复合介质电阻理论及构成因子方法，综合混凝土的宏观性能（电阻率、渗透性）、介观性能（孔隙特征、界面作用）及微观性能（硬化体中导电离子状态及迁移能力），揭示混凝土的绝缘机理，建立轨道板混凝土理论及技术体系。

为克服高速铁路轨道板中钢筋网感应电阻缩短轨道电路传输距离的问题，研究提出了降低无砟轨道电磁感应的综合技术措施，实现了轨道板各层钢筋间电阻≥2MΩ的绝缘要求，确保了无砟轨道信号的传输距离达到 1.2km。以轨道绝缘和耐久性为最终目标，建立了包括绝缘性能、疲劳性能、力学性能和耐久性能的轨道板技术指标体系，提出了基于电学性能（电阻率、电通量、氯离子扩散系数、交流阻抗等）无砟轨道轨道板混凝土技术要求。系统研究了水胶比、矿物掺和料种类（粉煤灰、矿渣粉、硅灰、偏高岭土、碳酸盐等）及掺量、含气量、聚合物、阻锈剂（无机阻锈剂和有机阻锈剂）、养护方式（标准养护、蒸汽养护、自然养护）等对混凝土电学性能影响规律及其显著性，提出了高电阻率轨道板混凝土配合比设计参数及其制备技术，研制出高阻抗混凝土与整体绝缘的轨道板。借鉴离子迁移理论、复合介质电阻理论及构成因子方法，综合混凝土的宏观性能（电阻率、渗透性）、介观性能（孔隙特征、界面作用）及微观性能（硬化体中导电离子状态及迁移能力），探讨了混凝土的绝缘机理；采用净浆—砂浆—混凝土逐步逼近的方法研究了电阻率与孔结构参数（孔隙率、分形维数）和溶液电阻之间的相关性，验证了复合构成因子理论Archie 规则对混凝土电阻率的有效性。系统研究了混凝土电阻率与抗压强度、电通量、氯离子扩散系数和阻抗系数之间的相关性，为基于性能的混凝土设计提供技术支撑；建立了混凝土体积电阻率与表面电阻率之间的相关关系，为采用表面电阻率来快速评价（少于5min）现场混凝土结构保护层质量提供新的技术途径。针对多孔介质的混凝土表面水膜会显著降低混凝土的绝缘性能，研究提出了提高混凝土轨道板整体绝缘性能的技术途径——表面憎水处理；创新性地采用碳纤维筋、玄武岩纤维筋等取代普通钢筋和环氧涂层钢筋，实现了无砟轨道轨道板内部钢筋网片之间的绝缘，克服了环氧涂层钢筋与混凝土握裹力差以及环氧涂层易脱落的问题。