水泥乳化瀝青砂漿長期變形性能研究

《水泥乳化瀝青砂漿長期變形性能研究》是依託中南大學，由謝友均擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：水泥乳化瀝青砂漿長期變形性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：謝友均
• 依託單位：中南大學

項目摘要

水泥乳化瀝青砂漿(CA砂漿)充填層是板式軌道的重要結構部件。現場調查發現，部分砂漿充填層服役3-5年後出現了因其累積變形過大導致的嚴重劣化現象，表明人們對CA砂漿長期變形性能以及由此引起的充填層破壞過程缺乏科學認識，有待深入研究。.本項目通過試驗，分別對溫度、齡期、載入速率對CA砂漿的靜力性能以及振幅、頻率對交變荷載作用下CA砂漿的動力性能的影響開展深入研究。重點探討材料組分、微觀結構和粘彈特性等因素對CA砂漿長期變形性能的影響規律；揭示其相互關係和作用機理；計算分析CA砂漿充填層累積變形對無砟軌道結構靜動力回響的影響，提出砂漿充填層累積變形的限值和降低CA砂漿不可逆變形的技術途徑。.研究成果將深化對CA砂漿粘彈特性特別是其長期變形性能的認識，為完善板式無砟軌道設計理論及養護維修技術提供相應支撐。

結題摘要

水泥乳化瀝青砂漿（CA砂漿）是高速鐵路板式無砟軌道結構中的關鍵工程材料，其長期變形和粘彈力學性能等對板式軌道結構的穩定性、安全性和耐久性有重要影響。本項目針對典型服役條件，系統研究了CA砂漿的變形性能及其微細觀回響機制，探明了主要材料組分對其變形性能的作用機理。 考慮列車瞬時荷載的載入速率效應，研究獲得了CRTSI、CRTSII型CA砂漿在靜、動荷載作用下的應力-應變關係；建立了CA砂漿在不同應變率條件下的統計損傷本構模型。 考慮荷載作用的長期性，研究發現了CA砂漿徐變變形的速率漸減與相對穩定的兩階段變形模式，且I型CA砂漿的徐變度大於II型CA砂漿；基於不可逆熱力學原理建立的徐變模型預測得到I、II型CA砂漿在100年服役周期內的變形分別約為0.31mm和0.0835mm。 針對CA砂漿的組成特點，系統研究了應變水平、溫度對CA砂漿應力鬆弛性能的影響規律，得到CA砂漿的兩階段應力鬆弛過程，即速率漸減應力鬆弛階段和速率相對穩定應力鬆弛階段。建立了CA砂漿的應力鬆弛模型。考慮服役環境的溫度變化，研究發現CA砂漿在恆定荷載作用下變形的溫度依賴性和在恆定變形條件下應力的溫度敏感性均具有兩個轉變溫度、三階段的變化特徵，瀝灰比和水灰比的增大均會增大變形和應力的變化速率。基於粘彈性理論，建立了CA砂漿的靜態熱力學模型。 在交變荷載和溫度的耦合作用下，研究表明了CA砂漿具有明顯的應變滯後效應，且隨著瀝青含量的增大，CA砂漿的應變滯後效應越明顯。CA砂漿的儲存模量、損耗模量、損耗因子具有顯著的溫度、頻率依賴性；建立的本構模型能夠有效預測CA砂漿的動態熱力學性能。 CA砂漿的粘彈特性對其長期變形的影響機理有待進一步深入研究。研究成果可為板式無砟軌道的結構設計提供理論指導，並有助於板式無砟軌道的運營安全性評估和CA砂漿的服役全壽命預測。