板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆的水损害机理研究

As an vital material of filling layer in the slab ballastless track system, the durability of CA mortar has became more and more important. It's urgent to unstand the causation and mechanism of the durability of CA mortar. In this programm, material, interface and thermodynamics science as well as the micro-macroscopical analyzing method are used to test the sensitive component of CA mortar, to study the interface character, and to resolve the thermodynamics condition of moisture damage. Based on the former study, the programm will measure the water adsorbing and integrating process of sensitive component of water of CA mortar, observe the disaggregation the disolution of asphalt under the dynamic water effect and explore the physical, mechanical and structure change of CA mortar of the water damage. Finally, the programm will attempt to prove the mechanism the water damage of CA mortar in slab ballastless track system. The result from the programm will offer proof on comfirming the key factor of durability and the deterioration of CA mortar, as well as offer techinic sustentation of promoting the performance of CA mortar and service life of the slab ballastless track.

水泥乳化沥青砂浆（CA砂浆）是高速铁路板式无砟轨道充填层的关键工程材料，属有机-无机复合材料，其耐久性问题已成为相关人员关注的焦点之一，迫切需要掌握和理解水泥乳化沥青砂浆耐久性的影响因素及机理。本项目拟运用材料学、界面化学与热力学等知识，通过宏观、微观试验分析手段，测试CA砂浆沥青中的水敏感组分，表征CA砂浆的各种相界面特性，解析CA砂浆水损害发生的热力学条件，以此为基础，研究CA砂浆水敏感组分对水的吸附与结合特征，观察动水作用下沥青的解体与溶出，测定水损害过程中CA砂浆微细观结构及物理、力学性能变化，揭示板式无砟轨道CA砂浆的水损害机理。研究成果将为明确CA砂浆耐久性的关键影响因素及其劣化机制提供依据，并为提升CA砂浆性能及无砟轨道结构服役寿命提供技术支持。

目前我国已经建成世界最大规模的高速铁路网，投入运营高速铁路一万多公里，线路安全与维护已成为极其重要课题，而CA砂浆充填层的耐久性问题又是其中的关键问题。.课题在现场调研的基础上，通过室内试验与建模计算，全面、系统地研究了板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆的水损害机理，并以此为基础，通过砂的材质、乳化沥青电荷类型、聚合物改性、纤维改性、灌注袋涂层等技术措施，提出了综合提升CA砂浆充填层耐久性的方法。主要结论有：.（1）CA砂浆破坏程度随应变速率的降低而增加，可用切线模量的退化来表征损伤；随着应变速率的增大，CA砂浆损伤应力槛值和损伤应变槛值均增大；反复加、卸载对CA砂浆造成较大的不可恢复损伤；静载大小对充填层破坏的影响并不大，动荷载或浸水后导致CA砂浆软化才是荷载破坏的决定性因素。.（2）冻融破坏显著影响CA砂浆的耐久性，含气量有利于改善CA砂浆的抗冻性；CA砂浆存在严重的浸水软化现象，而酸雨对CA砂浆的破坏尤为严重，酸雨导致C-S-H凝胶分解、盐结晶膨胀以及生物破坏将使CA砂浆耐久性迅速下降；在强碱性环境下，CA砂浆灌注袋的断裂伸长率明显下降，灌注袋过早劣化也将使CA砂浆充填层耐久性下降。.（3）CA砂浆弹性模量劣化对轨道系统的动力响应影响较小，而板端脱空对轨道系统的动力响应影响较板中脱空显著，板式无砟轨道运营过程中应防止CA砂浆层脱空；在1:5比例模型试验中，当板端脱空面达10%时，轨道板的振动加速度幅值增加了近2倍，但混凝土底板振动加速度变化并不大。.（4）乳化沥青的电荷类型和砂的材质对CA砂浆强度及其耐水性有较大影响，CA砂浆宜采用阳离子乳化沥青，宜采用石英砂做细骨料；CA砂浆宜采用苯丙乳液与聚丙烯纤维来改善其耐水性与韧性；可对灌注袋进行浸渍处理以改善其碱性环境下的拉伸强度和断裂伸长率；现有CA砂浆强度、含气量、流动性等性能指标仍需优化。