自密实混凝土充填层与轨道板间界面区的微结构及性能研究

The self-compacting concrete (SCC) filling layer technology is applied in CRTSIII type slab ballastless track, which is the main track type in newly built high-speed railway. SCC filling layer is needed to bond the upper track plate manufactured by steam-cured concrete and form into composite slab structure. The interface between SCC layer and track slab is thus one of the key parts for realization of the function of whole track system since it plays the role of transferring load and bonding. The project focuses on the microstructure and properties of interfacial zone between SCC layer and track slab by multiple macro/micro-testing method and numerical calculation. The hydration products distribution and pore structure as well as the macro/micro mechanical properties such as micro-hardness, nano-indentation modulus and bonding characteristics of interfacial zone are investigated in details by experiments. The compatibility and synergetic effects in physical, chemical and mechanical properties between SCC and steam-cured concrete close to interfacial zone are deeply analyzed. And thus the corresponding mechanism and the relationship between microstructure and properties of interfacial zone are elucidated. Finally, the characteristic parameters of interfacial zone is determined, which will provide some essential technical support and bases for elaborate mechanic calculation and optimal design of track structure and ensure the high quality service of high-speed railway.

我国新建高速铁路的主要轨道结构型式—CRTSⅢ型板式无砟轨道结构中采用自密实混凝土（SCC）充填层技术，并要求SCC充填层与蒸养混凝土预制轨道板粘结形成复合板结构，SCC充填层与轨道板间界面承担着粘结、传力等功能，是整个轨道结构的关键环节之一。本项目以SCC充填层与轨道板间的界面区为研究对象，运用宏观、微观试验及数值计算等手段，研究该界面区物相分布与孔隙结构，调查界面区的显微硬度、纳米压痕模量、界面粘结特性及其关键影响因素，深入分析界面区自密实混凝土与蒸养混凝土的物理、化学与力学相容性及协同作用效应，揭示该界面区微结构形成机理，阐清界面区微结构与性能的相关关系，获取界面区微结构与力学性能特征参数，为轨道结构的精细化力学计算与优化设计及充填层自密实混凝土的性能提升提供必要的基础参数和技术支撑，保障高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的高质量服役。

我国自主研发的高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道结构采用自密实混凝土（SCC）充填层技术，SCC充填层与轨道板间的粘结界面承担着粘结、传力等功能，是整个轨道结构的关键环节之一。项目基于CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的结构特点、浇注施工工艺，通过室内模拟试验、现场足尺试验以及理论分析等研究方法，运用宏观、微观试验测试及数值分析等手段，围绕自密实混凝土充填层及其与蒸养混凝土轨道板之间粘结界面等研究对象，设计了包括自密实混凝土拌合物工作性、灌注工艺在内的7种工况条件，灌注充填了7块足尺充填层试验板，开展了自密实混凝土充填层形成过程和粘结界面粘结性能、微观力学特性、多尺度结构特征及其影响规律与机理等内容的系统研究；发明制作了自密实混凝土等效砂浆模拟充填装置，提出了充填砂浆表层泡孔等缺陷的表征参数，得到了拌合物流变参数对自密实混凝土等效砂浆充填表层泡孔等缺陷之间的量化关系；获得现场足尺条件下充填层力学性能、表层泡孔缺陷分布特征及其匀质性，确立了自密实混凝土充填层性能（质量）与拌合物性能、施工工艺之间的影响关系；阐明了自密实混凝土与蒸养混凝土粘结界面区的微观力学特性及其沿垂直界面区域的分布特征，明确了影响粘结界面区微观力学性能的拌合物工作性能参数范围；阐清了粘结界面区的微观结构特征，构建了该粘结界面区多尺度梯度结构物理模型；掌握了自密实混凝土与蒸养混凝土之间的界面粘结特性，揭示了自密实混凝土拌合物性能对界面粘结性能的影响规律。研究成果可为准确掌握CRTSⅢ型轨道结构充填层服役性能状态及其后续养维提供技术支持，保障高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的高质量服役。同时，也可进一步指导充填层自密实混凝土组成参数优化设计，并为CRTSⅢ型轨道结构充填层的现场高质量建造施工工艺提供指导作用。相关成果已在昌赣高铁、郑阜高铁等建设施工中发挥了重要技术支撑作用。