无砟轨道用CA砂浆材料的技术经济性能分析

我国京津城际铁路首次采用博格板式无砟轨道,无砟轨道的混凝土底座和轨道板之间采用具有弹性的CA砂浆垫层,该垫层的选料、配制和施工是板式无砟轨道的核心技术之一,对保证轨道线路的平整度和安全运行起到重要作用。此文针对使用CA砂浆的重要性,阐述CA砂浆的配比设计原则和原材料的选用,论述CA砂浆在硬化过程中强度形成机理及影响强度的主要因素。同时对配制和使用CA砂浆的经济性能进行分析,对CA砂浆施工质量提出建议。     

板式无碴轨道用CA砂浆的关键技术

从对CA砂浆(水泥-沥青砂浆)垫层的要求出发,比较国产和日本的CA砂浆性能,阐述CA砂浆及专用乳化沥青的关键技术。我国的无碴轨道研究开发已经有了多年的基础,完成了一系列从试验室试验到现场试验、改进试验、再上道试验的过程,确立“从最终的使用性能要求出发”这一新概念进行CA砂浆的设计;通过对CA砂浆集料性质的反演,研究集料的特性,进行混合料设计和性能分析,确定新材料的合理配方;按照使用性能要求研究CA砂浆的质量检验方法。采用阳离子乳化剂进行沥青的乳化,增强合成材料的包容性;使用高分子聚合物材料作为添加剂进行沥青改性,改进沥青的结构—力学性能;设计适应不同温度地区使用的材料配方和添加剂;指出CA砂浆的制备和施工设备必须专业化,以满足大规模生产和施工时稳定CA砂浆质量的要求。建议从使用性能出发,建立CA砂浆的质量检验标准体系。     

砂灰比和砂的级配对CA砂浆抗压强度和流动性的影响

通过调整砂与水泥的质量比和调整2种单级配砂的质量比，研究了砂灰比和砂的级配对CA砂浆的抗压强度和流动性的影响。结果表明：随着m（S）／m（C）的增大，低强和高强CA砂浆的流动性都变差，但低强CA砂浆流动性的变化幅度较小；随着m（S）／m（C）的增大，高强CA砂浆的抗压强度降低，而低强CA砂浆的抗压强度呈升高的趋势；使用两级配砂能够提高CA砂浆的抗压强度并改善其流动性，粒径为0．42-0．21mm的砂与粒径0．85-0．30mm的砂的最佳质量比为6：4。     

CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆的含气量控制研究

水泥乳化沥青砂浆( CA砂浆)是板式无砟轨道的关键功能性材料，一定量的气泡有利于增强其抗冻性，增加其延展性。本文研究了各种因素对 CA砂浆含气量的影响，发现延长搅拌时间和提高搅拌速度均可提高CA砂浆的含气量，消泡剂和引气剂对CA砂浆含气量影响较为明显，CA砂浆中消泡剂掺量宜为30 g/m3，引气剂掺量宜为3000 g/m3。基于含气量与经济性考虑，施工时 CA 砂浆拌制工艺宜为：转速为120 r/min的情况下，高速搅拌2 min。     

地铁减振型无砟轨道CA砂浆应力匹配研究

地铁减振型无砟轨道结构中,CA砂浆层位于轨道板和隔振垫之间,起着支承、传载和调整的功能。由于隔振垫的存在,CA砂浆层极易发生破坏,因此需要全面地研究轨道结构参数对CA砂浆的应力影响规律。基于弹性地基梁体模型,研究轨道板的混凝土等级、CA砂浆弹性模量、隔振垫刚度及轨道板长度4个轨道结构参数对CA砂浆应力的影响规律,并通过应力匹配图得到合理的轨道结构参数匹配。得到的结论是CA砂浆弹性模量是对CA砂浆应力影响最敏感的参数;轨道板的混凝土等级、CA砂浆弹性模量、隔振垫刚度及轨道板长度4个轨道结构参数对CA砂浆最大拉应力的影响远大于对CA砂浆最大压应力的影响;通过应力匹配图,提出较为合理的轨道结构参数匹配:轨道板使用C80等级的混凝土、CA砂浆取中低弹模3 000 MPa、隔振垫刚度取0.04 N/mm~3、轨道板长度取4.097 m。     

减振型无砟轨道对CA砂浆力学性能要求研究

为研究城市轨道交通地铁线路减振型无砟轨道的使用对CA砂浆力学性能的要求,基于有限元理论,建立减振型单元板式无砟轨道的梁－体模型。一方面,研究减振垫的刚度对CA砂浆的变形和受力影响;另一方面,研究CA砂浆自身的弹性模量对其本身变形和受力的影响。研究结果表明：由于减振垫自身刚度较小的缘故,导致CA砂浆承受较大拉应力而存在受拉破坏的危险,随减振垫刚度的减小,CA砂浆和上部结构均会出现较大变形,进而影响轨道平顺性和行车安全;随CA砂浆自身弹性模量的增大,CA砂浆层所受拉应力随之增大,因此在配制高弹性模量的CA砂浆材料的同时必须保证其抗拉强度能够满足CA砂浆抗拉的要求。     

我国CRTSI型水泥乳化沥青砂浆技术的研发和特点

介绍日本CA砂浆的研发应用和我国CETSI型砂浆的研发、应用历程。阐述我国自主创新砂浆技术在配方体系、技术指标体系、关键原材料类型与生产方式、砂浆制备和施工等方面的特点。我国CRTSI型水泥乳化沥青砂浆在技术标准、制备、施工及质量控制管理等方面取得系列成果，砂浆及专用乳化沥青等关键技术获得国家发明专利，建立具有自主知识产权，适应我国国情、路情的成套技术体系。     

CRTS Ⅰ型CA砂浆劣化对其疲劳寿命的影响分析

研究目的:CA砂浆脱空是板式轨道的典型伤损,在列车荷载作用下,CA砂浆劣化将降低其疲劳寿命。为研究CA砂浆劣化对其自身疲劳寿命的影响,本文建立CRTSⅠ型板式轨道有限元模型,以Miner线性疲劳累计损伤准则为基础,研究CA砂浆在不同劣化情况下的应力和疲劳寿命,从而为无砟轨道的养护维修提供参考。研究结论:(1)仅考虑CA砂浆性能劣化50%时,列车荷载作用下CA砂浆所受的应力及疲劳寿命均减小,但仍能满足60年的使用寿命;(2)仅考虑CA砂浆层脱空和同时考虑CA砂浆层脱空与性能劣化50%时,CA砂浆层的压应力显著增大,疲劳寿命显著降低;(3)CA砂浆层板端脱空长度达到1.225 m时,CA砂浆的疲劳寿命不再满足60年的使用寿命;(4)建议CA砂浆的脱空长度应小于1.225 m,且在CA砂浆的服役寿命内加强养护维修,防止CA砂浆发生疲劳破坏;(5)本研究成果可为板式轨道CA砂浆的养护维修提供指导。     

高强型CA砂浆力学性能影响因素及力学机理研究

为了解高强型CA砂浆主要组成材料对力学性能影响,研究乳化沥青与水泥质量比、砂灰比对CA砂浆强度和弹性模量的影响;并采用扫描电镜观察CA砂浆水泥沥青微观胶凝结构和CA胶浆与砂界面情况,分析CA砂浆力学性能微观机理。结果表明:随乳化沥青与水泥质量比增加,CA砂浆28d轴心抗压强度和弹性模量显著下降;随砂灰比增加,CA砂浆弹性模量无明显变化,28d轴心抗压强度开始无明显变化,之后大幅度下降;水泥沥青微观胶凝结构特征和CA胶凝材料与砂的界面黏结决定CA砂浆力学特点。因此,合适的乳化沥青与水泥比和良好流动性能是CA砂浆良好力学性能的保证。     

水泥乳化沥青砂浆毛细吸水性研究

采用ISAT方法测定水泥乳化沥青砂浆(简称CA砂浆)的毛细吸水速率,研究固灰比(A/C)、孔隙率、试件干密度及拌合物含气量对CA砂浆毛细吸水性的影响。试验结果表明,CA砂浆的总孔隙率影响其强度,而CA砂浆的毛细孔特性才是其毛细吸水性的决定因素;增加固灰比、提高新拌砂浆的含气量、减小砂浆干密度及降低砂浆的毛细孔隙率均可降低CA砂浆的毛细吸水速率;阳离子乳化沥青砂浆的强度及毛细吸水速率均高于阴离子乳化沥青砂浆。     

高速铁路板式无砟轨道CA砂浆研究现状与展望

水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)是高速铁路板式无砟轨道的关键结构层之一,起着支承、调整、传载、减振和隔振的作用。结合单元板式无砟轨道CA砂浆的应用情况,总结分析当前国内外CA砂浆的配合比设计、静动态力学性能、耐久性及CA砂浆与板式轨道动力学匹配的研究现状,指出在这些研究方面的不足,在此基础上对CA砂浆的研究方向作出了展望。     

极端温度下CRTS Ⅰ型板式无砟轨道CA砂浆受压伤损试验

CA砂浆是一种温度敏感性材料,温度变化将直接影响其受压承载的性能。为了研究极端温度对CA砂浆性能产生的影响,将CRTSⅠ型CA砂浆分别放在-50、-40、-30、20、40、60、80℃环境下进行单轴压缩试验,分析CA砂浆在不同极端温度下受压的规律以及伤损特性。结果表明:随着温度的升高,CA砂浆的抗压强度和弹性模量变小,并利用模量-温度曲线更直观地表现出CA砂浆由脆性逐渐转变为塑性,同时给出了受温度影响的CA砂浆温度-抗压强度的经验公式。以切线模量的变化来判断CA砂浆的温度损伤程度,分析CA砂浆温度损伤规律和伤损槛值随温度的变化规律,随着温度的升高,CA砂浆损伤应力槛值减小,当温度增大到一定时,CA砂浆的应力槛值与抗压强度的比值RC受温度的影响不是很明显。     

一种基于GBRT算法的CA砂浆脱空检测方法

不同于现有检测方法,利用CA砂浆脱空和非脱空情况下采集到的声音信号不同,提出把机器学习领域中的GBRT算法应用到CA砂浆脱空检测领域。利用脱空和非脱空情况下采集到的数据,使用GBRT算法训练出一个二分类模型;通过对输入数据做类别决策,判断对应的采集位置是否脱空。介绍算法原理,并结合CA砂浆脱空问题,分析模型的使用技巧;引入其他主流机器学习分类算法进行比较分析。实验结果证明,GBRT算法构造的模型性能较好,在CA砂浆脱空检测领域具有应用前景。     

CA砂浆的干燥收缩及补偿研究

为保持板式无砟轨道关键弹性垫层CA( cement asphalt)砂浆的后期体积稳定性,研究了乳化沥青、水泥及水灰比对CA砂浆干燥收缩的影响规律以及CA砂浆体积稳定性的补偿技术.结果表明,提高乳化沥青用量或降低水泥用量有利于降低CA砂浆的干燥收缩,水灰比对CA砂浆的干燥收缩影响不明显.氧化钙类膨胀剂和钙矾石类膨胀剂能有效减少CA砂浆干燥收缩,且前者减缩效果优于后者.PP纤维对改善CA砂浆的干燥收缩效果不明显.     

新建铁路线CA砂浆施工质量控制的研究

优选了原材料,试验确定了CA砂浆的基准配合比,提出了CA砂浆配合比的调整说明;进行大量的现场试验,根据试验结果优选了CA砂浆的搅拌速度和搅拌时间等搅拌工艺参数,优化了CA砂浆的搅拌工艺,配制了满足施工要求的CA砂浆,进行了型式试验;从原材料、配合比、搅拌工艺和施工控制等几个方面提出了CA砂浆施工质量控制要点。     

抗冻性CA砂浆性能研究

介绍在普通CA砂浆的基础上引入定量微小气泡，改善组织机构，开发出抗冻性CA砂浆，适用于寒冷地区的板式无碴轨道。     

Ⅰ型板式无砟轨道CA砂浆抗冻性初步研究

针对CA砂浆含气量大的特点,通过引入消泡剂和引气剂控制CA砂浆含气量的方法,进行了CRTS Ⅰ型CA砂浆抗冻性能的试验研究.试验结果表明,采用双掺消泡剂和引气剂,可以明显提高CA砂浆的抗冻性.     

水泥沥青砂浆车搅拌质量控制

水泥沥青砂浆搅拌车是高速铁路CRTSⅠ型板式轨道施工的关键设备,主要是将沥青、水、干粉(细沙、水泥等)、各种添加剂等在一定条件下,精确计量并均匀搅拌成流动性较好的一种填充材料,即水泥沥青砂浆(简称CA砂浆)。然后把沥青砂浆灌注到轨道板和底座之间,起到填充、支撑、承力和适当的缓冲功能。分析、探讨影响水泥沥青砂浆因素及搅拌控制措施,以提高CA砂浆质量,提高轨道板使用的耐久性和可维护性,确保高速列車行使的舒适性和安全性。     

CRTS Ⅰ型水泥乳化沥青砂浆充填层服役现状

为考察CRTS Ⅰ型板式无砟轨道水泥乳化沥青(CA)砂浆充填层的服役现状,对严寒/高寒、寒冷及温暖地区的典型线路进行调研。调研结果显示:温暖和寒冷地区的高速铁路CA砂浆充填层性能良好,仅存在少量充填层板角离缝等问题;而严寒地区的高速铁路CA砂浆充填层向阳面的砂浆灌注袋破损比较明显,而且部分线路的CA砂浆充填层灌注口处或充填层纵向中部位置出现少量竖向裂纹。综合分析认为,运营线路所处的气候环境是影响CA砂浆充填层服役性能的关键因素。     

CA砂浆强度的影响因素及作用机理研究

CA砂浆水泥含量越高、乳化沥青含量越低、含气量越低、养护温度越高、养护湿度适当则CA砂浆的强度越高,同时乳化沥青种类也会对CA砂浆的强度造成影响。机理研究认为乳化沥青主要是通过包裹水泥颗粒,影响了水泥水化进程,以及沥青与水化产物或集料的黏度性或界面力,从而影响了CA砂浆的强度,然而不同乳化剂的影响程度不同,因此其砂浆强度不同。