养生条件对掺粉煤灰水泥乳化沥青砂浆收缩及黏弹性能的影响

水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)性能易受到养生环境和原材料组成的影响,通过设置的5组养生条件和3种配合比进行CA砂浆收缩率和动态黏弹性能的测试,并采用扫描电镜观察其微观形貌。结果表明:掺加粉煤灰会适当增大CA砂浆的膨胀率,不同养生湿度下砂浆体积变化趋势不同,增大沥灰比、升高养生温度均可改善CA砂浆的体积稳定性;掺粉煤灰CA砂浆的储能模量和损耗模量均随养生温度升高而增大,表现为砂浆刚度提高,变形时内部摩擦力做功增加;掺加粉煤灰能够改善CA砂浆的黏弹性能,其低温抗开裂性、高温抵抗变形能力均有所增强;20℃干养下粉煤灰CA砂浆黏弹性能最优;综合收缩性能和黏弹性能,20℃干养下沥灰比为1.4的粉煤灰CA砂浆性能较优。微观形貌观察的结果显示掺加粉煤灰后CA砂浆沥青膜增厚、孔隙率降低、结构更加致密,这是掺加粉煤灰CA砂浆体积稳定性和黏弹性得以改善的主要原因。

水泥乳化沥青砂浆微观结构演变规律研究

通过EDS、SEM、NMR等试验方法,从微观形貌、水化产物、元素分布、孔隙特征等多角度对多模态数据进行深度融合分析,定性与定量地研究了水泥乳化沥青(CA)砂浆微观结构随沥灰比(A/C)和龄期的演变规律。结果表明,随着A/C增大,CA砂浆由以水泥水化产物为连续相、沥青为分散相的空间结构,转变为以沥青为连续相、水泥水化产物为分散相的疏松多孔空间结构。水泥颗粒和水化产物被沥青裹覆,严重影响了孔隙结构的发育,总孔隙率、最可几孔径逐渐增大,凝胶孔、过渡孔数量减少,大孔数量增多。随着龄期增加,水泥水化产物增多,原本较大的孔隙被分隔为较小孔隙,总孔隙率降低,大孔及毛细孔数量减少,凝胶孔及过渡孔增多,孔隙结构逐渐密实。

水泥乳化沥青砂浆常温抗断裂评价

水泥乳化沥青砂浆(CEAM)作为板式轨道系统的一部分,需要反复遭受外界环境的综合作用。通过各种断裂力学的测试方法研究了CEAM的抗疲劳开裂性能,包括间接拉伸强度试(IDT)验和半圆弯曲试验(SCB)。结果表明:断裂参数(即断裂位移,断裂能和临界应变能释放率)可以很好地评估CEAM疲劳性能并且可以反映外加剂对CEAM性能的影响,研究试样大小、样品厚度和切口长度等对断裂参数的影响,并提出评价CEAM抗疲劳开裂性能的最佳参数。

铁路无砟轨道水泥乳化沥青砂浆力学性能

研究了不同应变率下CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆单轴抗压特性.结果表明:在一定应变率范围内,CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆抗压强度、最大应力应变和弹性模量均与应变率变化有一定的关系;CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆力学性能的应变率敏感性大于同准静态条件的混凝土,且具有冲击韧性,其弹性模量的应变率敏感性有利于列车运行的稳定性.

温度对水泥乳化沥青砂浆层与混凝土层间界面黏结影响

采用高低温循环模拟试验,研究温度对板式轨道砂浆充填层与混凝土底座板层间界面黏结的影响.分别用沥灰比（A/C）为0.3、0.5、0.7、0.9的水泥乳化沥青砂浆和C40混凝土,制备不同砂浆层与相同混凝土层2层黏结的复合试件,置于变温范围为-20℃～60℃试验箱内,在设定的高低温循环变化制度下,用表面粘贴应变片法测试复合试件中各层和界面的变形规律,并用Z字型夹具测试经一定温度循环后复合试件的界面剪切强度.结果表明：在温度升降过程中,水泥乳化沥青砂浆层的热变形行为不同于混凝土,砂浆层的热变形值大于混凝土层的热变形值,且随沥灰比增加而增大;砂浆层的热变形速率有温度和时间依赖性;复合试件中混凝土层对砂浆层的热变形具有较大约束作用,导致复合试件界面处产生温度应力;在高低温循环变化条件下,温度应力引起砂浆层出现表面开裂,并导致界面剪切强度不断下降,最终引起层间离缝和界面完全脱黏.由此证明了环境温度变化和砂浆与混凝土的热行为差异是板式无砟轨道结构服役中出现砂浆充填层开裂和层间离缝等劣化现象的2个重要原因.

温度对水泥乳化沥青砂浆韧性的影响

采用三点弯曲法测试了不同温度下水泥乳化沥青砂浆的荷载一挠度曲线，通过对荷载一挠度曲线面积的积分得到了水泥乳化沥青砂浆的断裂能，进而获得了温度对水泥乳化沥青砂浆韧性的影响规律；采用扫描电子显微镜观察了水泥乳化沥青砂浆的微观形貌，探讨了温度对水泥乳化沥青砂浆韧性的影响机理．结果表明：在-40～80℃下，随着温度的升高，受弯水泥乳化沥青砂浆出现由脆性断裂至韧性断裂再到柔性断裂的逐次转变．当沥灰比（质量比）为0．30时，水泥乳化沥青砂浆韧性随温度的变化不大；当沥灰比为0．45～0．90时，水泥乳化沥青砂浆韧性随温度的增加先增加后降低，在-10℃左右时砂浆韧性最好．随着沥灰比的增加，水泥乳化沥青砂浆韧性对温度的敏感性逐渐增大．当沥灰比逐渐增加时，水泥乳化沥青砂浆中的沥青形成连续膜；随着沥灰比的继续增加，砂浆中沥青膜厚度增加，从而导致砂浆韧性对温度的敏感性逐渐增强．

水泥乳化沥青砂浆毛细吸水性研究

采用ISAT方法测定水泥乳化沥青砂浆(简称CA砂浆)的毛细吸水速率,研究固灰比(A/C)、孔隙率、试件干密度及拌合物含气量对CA砂浆毛细吸水性的影响。试验结果表明,CA砂浆的总孔隙率影响其强度,而CA砂浆的毛细孔特性才是其毛细吸水性的决定因素;增加固灰比、提高新拌砂浆的含气量、减小砂浆干密度及降低砂浆的毛细孔隙率均可降低CA砂浆的毛细吸水速率;阳离子乳化沥青砂浆的强度及毛细吸水速率均高于阴离子乳化沥青砂浆。

铁路无砟轨道水泥乳化沥青砂浆吸振与隔振特性

采用加速度计测定了冲击荷载作用下普通混凝土与水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)试件以及试件下部钢板的振动加速度随时间的变化,并用落锤法对比了普通混凝土与CA砂浆的抗冲击破坏特性.研究表明:普通混凝土受到冲击后,其振动加速度随时间衰减不明显,且振动时间较长,其下部钢板也有类似规律;CA砂浆受到冲击后,其振动加速度表现为3个明显的衰减阶段,振动时间也要短于普通混凝土,同样CA砂浆下部钢板也有类似规律;与普通混凝土相比,CA砂浆表现出较好的吸振与隔振功能.抗冲击破坏的结果表明,CA砂浆的抗冲击性能优于普通混凝土.

CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆施工技术

阐述了CRTSⅡ型板式无砟轨道垫层用高弹模水泥乳化沥青砂浆的施工技术,介绍原材料的储存与管理、施工前准备、灌注前准备(包括轨道板精调、定位和压紧,封边砂浆施工和排气孔设置,底座预湿等),水泥乳化沥青砂浆的拌制、灌注及养护工艺及质量控制措施。

新拌水泥乳化沥青砂浆导电特性及其应用

研究了不同配比水泥乳化沥青砂浆(cement-emulsified asphalt mortar,CA砂浆)的导电与流动特性,并研究了浆体密度差与电导率差的关系.研究表明:新拌CA砂浆电导率与其液相体积分数成线性关系,增稠剂因能增大溶液黏度、减小自由离子的迁移速率而使砂浆的电导率降低;新拌CA砂浆通过J型漏斗的流动时间与其液相体积分数、电导率成指数关系,可通过液相体积分数来设计CA砂浆的流动度,并可通过电导率的方法监测CA砂浆的流动度;通过液相体积分数,建立了上下层浆体密度差和电导率差的关系.

CRTSⅠ型水泥乳化沥青砂浆的毛细吸水特性

为探讨CRTSⅠ型水泥乳化沥青砂浆中水的迁移规律,对水在不同表面的接触角和毛细吸水质量随吸水时间的变化进行了测定,并对不同砂浆断面进行了扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)分析.结果表明:与普通多孔材料一样,水泥乳化沥青砂浆单位面积的吸水质量与吸水时间的1/2次方成正比;CRTSⅠ型水泥乳化沥青砂浆与灌注袋界面处的"三明治"结构是其毛细吸水系数随吸水时间延长而大幅度降低的原因;CRTSⅠ型水泥乳化沥青砂浆表面打磨可形成富沥青膜层,增大水在其表面的接触角,并使毛细吸水系数降低45%以上;施工时,灌注袋袋口砂浆的自然断面宜进行处理,以降低其毛细吸水系数.

严寒地区水泥乳化沥青砂浆的低温性能及疲劳性能试验研究

运用试验方法,进行严寒地区用水泥乳化沥青砂浆抗冻性、低温力学性能和低温抗裂性的低温性能及疲劳性能研究。结果表明,该种砂浆的抗冻性可达600次以上;随着温度的降低,砂浆的抗压强度、抗折强度逐渐增加,-40℃下砂浆的折压比在0.2以上;砂浆出现裂纹时钢球的压入深度均大于1.2 mm;模拟行车条件下砂浆的受力情况,进行10~40 Hz频率350万次疲劳试验,砂浆的累积变形量均小于0.07 mm。结合试验结果和严寒地区试验段的运营考察,考虑到严寒地区-40℃的极端温度条件和350 km.h-1的运营速度,提出严寒地区水泥乳化沥青砂浆的低温性能指标为-40℃砂浆出现裂纹时钢球的压入深度不小于1.0 mm,低温折压比不小于0.20;疲劳性能指标为12 Hz加载频率下经100万次疲劳试验的砂浆累积变形量不大于0.10 mm。

CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆的配制技术

介绍了CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆的配制技术,提出了配制水泥乳化沥青砂浆的原材料和原材料的相容性要求,以及配合比设计的一般步骤及基本原则,说明影响水泥乳化沥青砂浆性能的各项因素,所配制的水泥乳化沥青砂浆的各项性能指标符合我国高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆垫层的施工要求。

水泥乳化沥青砂浆研究进展

水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)系由水泥、乳化沥青、砂、水和适量添加剂等组分组成,并由水泥水化产物与沥青共同作为胶凝基体将砂子骨料胶结而形成的一种粘弹性有机-无机复合材料,是我国高速铁路板式无砟轨道结构的关键材料之一,起着支撑、调整、缓冲和协调等作用。本文综述了CA砂浆的典型组成与配比,综合分析了其工作性能、力学性能、耐久性能、变形性能的特点及其主要影响因素,阐述了其微结构形成与演变特征,并探讨和展望了CA砂浆未来亟需研究的重点方向,为我国高速铁路板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆充填层的运营维护以及新型有机-无机复合粘弹性材料的研发提供支持。

水泥乳化沥青砂浆的徐变模型

为研究水泥乳化沥青(CA)砂浆的徐变模型,测试了中国铁路轨道结构系统(CRTS)Ⅰ、Ⅱ型CA砂浆在不同应力水平下的徐变曲线,并对比分析了几种经典徐变模型对CA砂浆徐变的适用性.结果表明:Burgers模型最适合表征CA砂浆的徐变特点,并考虑CA砂浆中沥青相的特性,建立了修正Burgers模型;模型参数与应力水平均呈线性关系;基于模型计算结果,在25℃、相对湿度65%及0.1MPa静荷载作用下,50mm厚的Ⅰ、Ⅱ型CA砂浆充填层在100a服役期内的徐变分别为0.0325和0.0035mm.

湿含量对水泥乳化沥青砂浆热变形的影响

基于水泥乳化沥青砂浆充填层服役环境条件，测试了干燥、气干以及饱水状态下CRTSI型水泥乳化沥青砂浆在-20～60℃时的热变形．结果表明：湿含量对水泥乳化沥青砂浆的热变形行为具有显著影响，非干燥状态水泥乳化沥青砂浆的热变形是自身组分热变形、内部水相态转变及蒸发所导致的体积变形的综合表现；在升温过程中，水泥乳化沥青砂浆内部水向外迁移引起显著的收缩变形，这种收缩变形导致非干燥状态水泥乳化沥青砂浆在20℃左右出现热收缩现象；在饱水条件下，冰一水相变产生的体积收缩导致水泥乳化沥青砂浆在-5～5℃时产生显著的收缩．

水泥乳化沥青砂浆统计损伤本构模型

为研究水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)在不同应变率下的本构关系,采用统计损伤力学的方法,建立了CA砂浆的应变率效应统计损伤本构模型,并探讨了CA砂浆的损伤特性随应变率的变化规律.结果表明:本构模型的拟合结果与试验结果的相关系数均在0.978 1以上,且该模型能够有效体现CA砂浆的韧性随应变率增大向脆性的转化;应变率越大,CA砂浆峰值损伤率前的损伤率越小,峰值损伤率后的损伤率越大.

反复荷载下水泥乳化沥青砂浆力学性能试验

采用电子万能试验机对中国铁路轨道系统(CRTS)Ⅰ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)现场取样试件进行反复荷载试验,试验采用恒应变控制.结果表明:单调加载情况下CA砂浆的极限抗压强度较大,现场取样试件的极限抗压强度较室内试件大;反复荷载会造成CA砂浆损伤不断积累,从而使其承载能力达到极限承载强度后迅速下降.通过试验和参数研究,提出了CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆的反复荷载应力-应变曲线方程,理论计算结果与试验结果吻合.

振动搅拌水泥乳化沥青砂浆的试验研究

为了研究振动搅拌装置与砂浆材料的相互作用过程,通过测试振动参数、搅拌速度、搅拌时间、投料顺序等搅拌参数与工艺参数在不同组合时的砂浆性能指标,以及分析砂浆的微观结构,确定了振动搅拌装置参数和工艺参数变化时砂浆材料形成过程中的各项指标变化规律,得到了振动搅拌砂浆材料的较佳参数匹配关系:振动频率为200～250 rad/s,振幅为1.5 mm,乳化沥青与水的混合速度为20 r/min,乳化沥青与水的混合时间为1.5 min,高速搅拌速度40～60 r/min,高速搅拌时间2.0～3.0 min,消泡速度30～40 r/min,消泡时间2.0 min;合理的投料顺序是:乳化沥青+水+减水剂→干粉→消泡剂→成品,为提高水泥乳化沥青砂浆性能和生产效率提供了依据。

CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆灌注工艺试验研究

为提高充填层砂浆的充盈度,减少表面气泡,采用足尺有机透明玻璃盖板与轨道板进行CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆的灌揭板效果对比试验,研究其灌注工艺。结果表明:为确保灌注质量,在水泥乳化沥青砂浆技术指标满足灌注施工要求的前提下,宜采用新型排气漏斗进行灌注,灌注落差不宜超过1.5m,灌注速度以灌板时间约4min为宜,采取先快后慢的灌注节奏,待砂浆连续溢出时,立即封堵排气孔,停止灌注。该工艺已广泛应用于京沪高铁,京石武、沪杭客专等工程,所灌砂浆充盈饱满,填充密实,应用效果较好。