工凍融、干濕、疲勞荷載作用下CRTS-Ⅱ型CA砂漿耐久性試驗(yàn)研究.pdf

1、水泥瀝青砂漿是京滬高鐵無(wú)碴軌道板結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵組成部分，其耐久性也直接影響到京滬高鐵的服役壽命。但對(duì)于CRTSⅡ型水泥瀝青砂漿(CA砂漿)的耐久性性能的研究還比較缺乏，因此本文結(jié)合京滬高鐵課題《水泥瀝青砂漿形成與傷損劣化機(jī)理及施工質(zhì)量控制技術(shù)研究》、高性能土木工程材料國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室開(kāi)放基金課題《在環(huán)境因素作用下CA砂漿的體積穩(wěn)定性及耐久性》(2010CEM001)，研究單因素環(huán)境（凍融、干濕和疲勞）下、荷載（靜荷載與疲勞荷載）與環(huán)境（凍融

2、、干濕和高低溫度）耦合下CA砂漿的宏觀性能演變規(guī)律和傷損機(jī)理，主要包括:
　　 1)本文根據(jù)實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境（日夜溫差差距大），在試驗(yàn)室進(jìn)行模擬單因素快速凍融和彎曲荷載—純水凍融情況下研究CA砂漿的宏觀性能演變規(guī)律，并對(duì)CA砂漿服役壽命進(jìn)行預(yù)測(cè);同時(shí)模擬實(shí)際工程中極端惡劣環(huán)境，在試驗(yàn)室進(jìn)行慢速凍融情況下，研究不同介質(zhì)（純水、空氣和5％Na2SO4溶液）中CA砂漿的體積變形規(guī)律，并使用X-rayCT(X-ray Computed

3、Tomography，簡(jiǎn)稱X-rayCT)觀察砂漿慢凍過(guò)程損傷情況。慢速凍融時(shí)不同相對(duì)濕度環(huán)境中砂漿理論體積應(yīng)變和試驗(yàn)體積應(yīng)變進(jìn)行比較。試驗(yàn)結(jié)果表明:a）快速凍融時(shí)，與純水中相比CA砂漿在鹽溶液中損傷速度更快。b）不同介質(zhì)中砂漿體積變形，可以發(fā)現(xiàn)純水和鹽溶液中在凍融循環(huán)后體積變形不可逆，這表明經(jīng)慢速凍融循環(huán)后砂漿發(fā)生損傷。c）使用X-rayCT觀察短齡期試件發(fā)現(xiàn)慢凍16次后部分小孔因孔壁開(kāi)裂串連形成大孔，發(fā)生不可逆損傷。d）在研究慢速凍

4、融過(guò)程中不同相對(duì)濕度下砂漿的體積變形規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，存在一個(gè)體積變形臨界相對(duì)濕度，在臨界相對(duì)濕度下的恒定相對(duì)濕度情況下經(jīng)凍融循環(huán)后砂漿不會(huì)發(fā)生損傷;且理論應(yīng)變與試驗(yàn)結(jié)果相比趨勢(shì)基本相一致。
　　 2)根據(jù)實(shí)際工程中現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境（晴天與雨天變更），在試驗(yàn)室進(jìn)行模擬單因素干濕循環(huán)（純水和5％Na2SO4溶液）和彎曲荷載—干濕循環(huán)耦合下研究CA砂漿的損傷演變規(guī)律;同時(shí)研究CA砂漿完全浸泡在純水和5％Na2SO4溶液中損傷演變規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明

5、:砂漿在鹽干濕循環(huán)比在鹽溶液中長(zhǎng)期浸泡受損傷速度快，彎曲荷載加快了CA砂漿鹽干濕循環(huán)過(guò)程中損傷速度。
　　 3)實(shí)際工程中，服役的CA砂漿會(huì)受到動(dòng)載荷疲勞作用;同時(shí)一些地區(qū)可能它的運(yùn)行環(huán)境還會(huì)出現(xiàn)極端低溫和高溫現(xiàn)象。本文分別在高低溫恒溫條件下進(jìn)行四點(diǎn)抗彎疲勞試驗(yàn)，研究CA砂漿疲勞損傷劣化過(guò)程中劣化機(jī)理。并且研究了高溫和低溫下CA砂漿的抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、彈性模量和泊松比的演變規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:a）與高溫下CA砂漿的疲勞壽命相比

6、，低溫下砂漿的疲勞壽命降低。b)CA砂漿不同溫度下整個(gè)抗彎過(guò)程中聲發(fā)射撞擊數(shù)與疲勞時(shí)間關(guān)系、聲發(fā)射幅值與疲勞時(shí)間關(guān)系以及殘余應(yīng)變與壽命循環(huán)比之間關(guān)系所反映疲勞損傷劣化機(jī)理基本一致;低溫下CA砂漿整個(gè)疲勞過(guò)程中微裂紋一直在形成和發(fā)展，常溫和高溫下微裂紋的形成和發(fā)展呈現(xiàn)三階段規(guī)律，初始階段和砂漿最后斷裂階段時(shí)微裂紋形成和擴(kuò)展最為強(qiáng)烈，而在中間階段微裂紋比較平緩地形成和發(fā)展;在低溫和高溫下砂漿的損傷劣化規(guī)律主要是由于瀝青的溫度敏感性，其在低溫