工凍融、干濕、疲勞荷載作用下CRTS-Ⅱ型CA砂漿耐久性試驗研究.pdf

1、水泥瀝青砂漿是京滬高鐵無碴軌道板結構中的關鍵組成部分，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，因此本文結合京滬高鐵課題《水泥瀝青砂漿形成與傷損劣化機理及施工質(zhì)量控制技術研究》、高性能土木工程材料國家重點試驗室開放基金課題《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)律和傷損機理，主要包括:
　　 1)本文根據(jù)實際工程現(xiàn)場環(huán)境（日夜溫差差距大），在試驗室進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CA砂漿服役壽命進行預測;同時模擬實際工程中極端惡劣環(huán)境，在試驗室進行慢速凍融情況下，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，簡稱X-rayCT)觀察砂漿慢凍過程損傷情況。慢速凍融時不同相對濕度環(huán)境中砂漿理論體積應變和試驗體積應變進行比較。試驗結果表明:a）快速凍融時，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、融過程中不同相對濕度下砂漿的體積變形規(guī)律時發(fā)現(xiàn)，存在一個體積變形臨界相對濕度，在臨界相對濕度下的恒定相對濕度情況下經(jīng)凍融循環(huán)后砂漿不會發(fā)生損傷;且理論應變與試驗結果相比趨勢基本相一致。
　　 2)根據(jù)實際工程中現(xiàn)場環(huán)境（晴天與雨天變更），在試驗室進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。試驗結果表明

5、:砂漿在鹽干濕循環(huán)比在鹽溶液中長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)過程中損傷速度。
　　 3)實際工程中，服役的CA砂漿會受到動載荷疲勞作用;同時一些地區(qū)可能它的運行環(huán)境還會出現(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行四點抗彎疲勞試驗，研究CA砂漿疲勞損傷劣化過程中劣化機理。并且研究了高溫和低溫下CA砂漿的抗彎強度、抗壓強度、彈性模量和泊松比的演變規(guī)律。試驗結果表明: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抗彎過程中聲發(fā)射撞擊數(shù)與疲勞時間關系、聲發(fā)射幅值與疲勞時間關系以及殘余應變與壽命循環(huán)比之間關系所反映疲勞損傷劣化機理基本一致;低溫下CA砂漿整個疲勞過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微裂紋形成和擴展最為強烈，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