高速鐵路板式無碴軌道CA砂漿的研究與應(yīng)用.pdf

1、高速鐵路是我國(guó)交通建設(shè)發(fā)展的重要方向。無碴軌道具有結(jié)構(gòu)整體性與穩(wěn)定性好以及修量少的優(yōu)點(diǎn)，是鐵路高速化的發(fā)展方向。板式軌道是一種先進(jìn)的無碴軌道結(jié)構(gòu)形式，它由混凝土道床、CA砂漿層、軌道板等部分組成，其中CA砂漿是用于軌道板與混凝土道床之間的結(jié)構(gòu)層，主要起支承軌道板、緩沖高速列車荷載的作用。CA砂漿(cement asphalt mortar，簡(jiǎn)稱CA砂漿)是由水泥、瀝青乳液等多種材料組成的一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料。作為全面支承軌道板的墊層結(jié)構(gòu)

2、，要求其具有足夠的強(qiáng)度和必要的彈性，其性能好壞直接影響到板式軌道結(jié)構(gòu)的耐久性、安全性與經(jīng)濟(jì)性。隨著我國(guó)高速鐵路網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃的全面實(shí)施，無碴軌道技術(shù)已成為當(dāng)前急需重點(diǎn)研究與快速開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。 本文通過對(duì)CA材料物理力學(xué)性能、耐久性和耐候性能的系統(tǒng)試驗(yàn)、足尺工程試驗(yàn)以及CA材料設(shè)計(jì)制備理論研究，揭示了CA材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能之間的相互影響和變化規(guī)律，為促進(jìn)該類材料的發(fā)展應(yīng)用提供了重要的參考。 本文進(jìn)行的主要工作和取得的重要

3、成果有： 研究并揭示了水泥水化硬化與瀝青乳液破乳膠結(jié)相互作用的機(jī)理，闡釋了CA砂漿膠結(jié)硬化與結(jié)構(gòu)形成全過程，將其分為懸浮分散、水泥水化與瀝青乳液破乳膠結(jié)、瀝青連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成、硬化體結(jié)構(gòu)發(fā)展四個(gè)階段，建立了以瀝青為連續(xù)相、水泥等無機(jī)材料為分散相的CA砂漿空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，為設(shè)計(jì)、制備CA砂漿提供了理論依據(jù)。 依據(jù)CA砂漿的理想結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合砂漿硬化體結(jié)構(gòu)的組成，提出了計(jì)算CA砂漿中無機(jī)材料表層瀝青膜厚的理論公式，并建立了

4、瀝青膜厚度和材料性能的相關(guān)性，提出了制備CA砂漿的最佳瀝青用量控制與修正方法，對(duì)高性能CA砂漿材料的制備具有指導(dǎo)意義。 針對(duì)CA砂漿材料組成復(fù)雜、各組成之間性能影響較大的問題，提出了其原材料的相適性與評(píng)價(jià)方法，系統(tǒng)研究了瀝青乳液、水泥、砂、外加劑之間的相適性，探明了原料組成與瀝青乳液／水泥、水灰比等關(guān)鍵制備參數(shù)對(duì)CA砂漿工作性與強(qiáng)度的影響規(guī)律，建立了CA砂漿原料選擇準(zhǔn)則，確定了制備高性能CA砂漿的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，提出了配合比設(shè)計(jì)方

5、法。 系統(tǒng)研究了CA砂漿的粘彈性力學(xué)行為，探明了其組成與配比對(duì)其粘彈性力學(xué)性能的影響規(guī)律，建立了其應(yīng)力應(yīng)變方程。依據(jù)時(shí)溫疊加原理，運(yùn)用Arrhenius方程和sigmoidal函數(shù)等數(shù)學(xué)方法對(duì)CA砂漿在不同加載頻率下的性能進(jìn)行擬合，推導(dǎo)出參考溫度下的全曲線，用此擬合曲線可對(duì)CA砂漿在高頻和低頻作用下的使用性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。研究了CA砂漿在低溫與常溫條件下的疲勞性能，并建立了18℃與-20℃條件下的疲勞方程，對(duì)其疲勞壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

6、 結(jié)合CA砂漿的使役條件，系統(tǒng)研究了CA砂漿的體積穩(wěn)定性、抗凍性、抗化學(xué)介質(zhì)侵蝕性能和耐候性，綜合分析了各種性能的影響因素及其作用規(guī)律，掌握了CA砂漿體積依時(shí)變形與凍融破壞規(guī)律，提出了體積增穩(wěn)與抗凍性改善措施，探明了CA砂漿抗化學(xué)介質(zhì)侵蝕與耐候性規(guī)律，建立了殘留物瀝青老化性能與CA砂漿老化性能之間的關(guān)系，為制備高耐久與耐候性CA砂漿提供了重要的參考依據(jù)。 論文在系統(tǒng)研究了CA砂漿的組成、結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程