《水泥瀝青砂漿的熱行為及變形機理》是依託中南大學，由鄭克仁擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水泥瀝青砂漿的熱行為及變形機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄭克仁
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
板式軌道是高速鐵路主要的軌道型式。水泥乳化瀝青砂漿（CA砂漿）充填層是板式軌道結構的重要組成部分，其性能對軌道結構的平順性、耐久性和運營維護成本有重大影響。基於申請者的前期研究，CA砂漿的熱變形行為與混凝土相差較大，且存在異常變形。這可能是導致CA砂漿墊層開裂、與軌道板離縫的根本原因。本項目擬以材料科學理論為基礎，根據CA砂漿墊層服役溫度環境、CA砂漿的組成、結構特點，套用理論分析與試驗研究、巨觀變形測試、微觀分析相結合的研究方法，得出CA砂漿的熱行為及變形特性，揭示CA砂漿熱變形行為機理，建立組分材料、配合比參數與CA砂漿熱變形行為之間的關係，提出改善其熱變形行為的原理與措施。研究成果可為明確CA砂漿熱變形行為在充填層劣化過程中的作用，提高其與軌道板的變形協調性、改善充填層耐久性提供科學依據。
結題摘要
本項目測試了不同溫度條件下、不同含濕狀態CA砂漿的熱變形行為，探明了CA砂漿熱變形的基本特點；採用DTMA、TG-DSC分析了CA砂漿的熱力學性能及內部水分的熱遷移特性，套用壓汞法、低溫氣體吸附法對CA砂漿的孔隙結構進行了表征；基於CA砂漿的熱力學性能和孔隙結構特點，套用物理化學相關理論闡述了CA砂漿熱變形行為的機理。（1）CA砂漿的儲存模量比損耗模量大約1個數量級，其變形主要以彈性變形為主；其靜態彈性模量、儲存模量隨溫度升高而降低，其抵抗變形的能力下降；當溫度超過30℃後，由於瀝青相呈半固體，CA砂漿開始表現出軟化行為。（2）CA砂漿內部存在大量的氣孔、毛細孔；CA砂漿的孔徑有兩個明顯的分布峰，第一個峰對應的孔徑約為5μm，為大毛細孔；第二個峰對應的孔徑為50 μm，主要為引氣劑及鋁粉反應所形成。5μm以下的孔占總孔體積的40~50%，孔徑在50 nm以下能夠產生強烈毛細作用的小毛細孔及凝膠孔的數量約占總孔體積的6%。CA砂漿具有毛細孔數量多、孔隙率大、內比表面積低的結構特點。（3）在0℃以下時CA砂漿的熱膨脹係數遠大於水泥砂漿和普通混凝土，且CA砂漿的熱膨脹係數呈現隨溫度升高而降低的趨勢。（4）在溫度變化過程中，CA砂漿內部水分的相態變化、遷移對其熱變形有顯著影響；內部水分由固體（冰）向液態轉變時的體積收縮是CA砂漿在0℃左右出現熱收縮原因，而水分的遷移導致的乾燥收縮應力是CA砂漿在溫度高於15℃後出現熱收縮現象的原因。在溫度循環條件下，隨著起內部水分含量的減少，CA砂漿熱收縮現象消失，進一步表明內部水分是導致CA砂漿熱變形行為異常的原因。（5) CA砂漿180d齡期的乾燥收縮應變與普通混凝土、砂漿相當，大約為600~800×10-6；CA砂漿具有濕脹乾縮的性質，無論是持續乾燥還是乾濕循環，CA砂漿的收縮值與失水率具有線性關係，CA砂漿的組成參數不影響這種線性關係。（6）CA砂漿低彈性模量且隨溫度升高而降低的力學性能特點、高孔隙率的結構特點是導致CA砂漿出現熱變形異常的內在原因，水泥乳化瀝青砂漿的熱行為特性是其組成、結構及力學性能所決定的；提出了板式軌道的結構設計和施工中加強排水，避免砂漿充填層處高含水狀態是消除或減輕砂漿異常熱變形行為的不利影響的有效的途徑。
