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原文传递高速铁路板式无碴轨道CA砂浆的研究与应用

论文题名：	高速铁路板式无碴轨道CA砂浆的研究与应用
关键词：	高速铁路;板式无碴轨道;CA砂浆;力学性能
摘要：	高速铁路是我国交通建设发展的重要方向。无碴轨道具有结构整体性与稳定性好以及修量少的优点，是铁路高速化的发展方向。板式轨道是一种先进的无碴轨道结构形式，它由混凝土道床、CA砂浆层、轨道板等部分组成，其中CA砂浆是用于轨道板与混凝土道床之间的结构层，主要起支承轨道板、缓冲高速列车荷载的作用。CA砂浆(cement asphalt mortar，简称CA砂浆)是由水泥、沥青乳液等多种材料组成的一种有机无机复合材料。作为全面支承轨道板的垫层结构，要求其具有足够的强度和必要的弹性，其性能好坏直接影响到板式轨道结构的耐久性、安全性与经济性。随着我国高速铁路网建设规划的全面实施，无碴轨道技术已成为当前急需重点研究与快速开发的关键技术。本文通过对CA材料物理力学性能、耐久性和耐候性能的系统试验、足尺工程试验以及CA材料设计制备理论研究，揭示了CA材料的组成、结构与性能之间的相互影响和变化规律，为促进该类材料的发展应用提供了重要的参考。本文进行的主要工作和取得的重要成果有：研究并揭示了水泥水化硬化与沥青乳液破乳胶结相互作用的机理，阐释了CA砂浆胶结硬化与结构形成全过程，将其分为悬浮分散、水泥水化与沥青乳液破乳胶结、沥青连续网络结构形成、硬化体结构发展四个阶段，建立了以沥青为连续相、水泥等无机材料为分散相的CA砂浆空间网络结构模型，为设计、制备CA砂浆提供了理论依据。依据CA砂浆的理想结构模型，结合砂浆硬化体结构的组成，提出了计算CA砂浆中无机材料表层沥青膜厚的理论公式，并建立了沥青膜厚度和材料性能的相关性，提出了制备CA砂浆的最佳沥青用量控制与修正方法，对高性能CA砂浆材料的制备具有指导意义。针对CA砂浆材料组成复杂、各组成之间性能影响较大的问题，提出了其原材料的相适性与评价方法，系统研究了沥青乳液、水泥、砂、外加剂之间的相适性，探明了原料组成与沥青乳液／水泥、水灰比等关键制备参数对CA砂浆工作性与强度的影响规律，建立了CA砂浆原料选择准则，确定了制备高性能CA砂浆的关键技术参数，提出了配合比设计方法。系统研究了CA砂浆的粘弹性力学行为，探明了其组成与配比对其粘弹性力学性能的影响规律，建立了其应力应变方程。依据时温叠加原理，运用Arrhenius方程和sigmoidal函数等数学方法对CA砂浆在不同加载频率下的性能进行拟合，推导出参考温度下的全曲线，用此拟合曲线可对CA砂浆在高频和低频作用下的使用性能进行预测。研究了CA砂浆在低温与常温条件下的疲劳性能，并建立了18℃与-20℃条件下的疲劳方程，对其疲劳寿命进行了预测。结合CA砂浆的使役条件，系统研究了CA砂浆的体积稳定性、抗冻性、抗化学介质侵蚀性能和耐候性，综合分析了各种性能的影响因素及其作用规律，掌握了CA砂浆体积依时变形与冻融破坏规律，提出了体积增稳与抗冻性改善措施，探明了CA砂浆抗化学介质侵蚀与耐候性规律，建立了残留物沥青老化性能与CA砂浆老化性能之间的关系，为制备高耐久与耐候性CA砂浆提供了重要的参考依据。论文在系统研究了CA砂浆的组成、结构与性能之间关系的基础上，结合工程实际，进行了CA砂浆的制备、灌注工艺及参数等工程应用技术研究，并成功进行了足尺寸轨道板灌注应用。灌浆效果表明，该材料完全满足现有高速铁路板式无碴轨道结构建设要求。
作者：	王涛
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	胡曙光
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文