【摘要】：作為高速鐵路無砟軌道的關(guān)鍵工程材料,水泥-乳化瀝青砂漿主要是灌注在無砟軌道的混凝土底座和軌道板之間的狹長結(jié)構(gòu)內(nèi),起到減振的作用效果,從而保證了高速列車(時速大于250km)的安全平穩(wěn)運行。作為一種灌注材料,水泥-乳化瀝青砂漿的施工性能與其早期的流變性能有密切的關(guān)系。然而,在工程實踐中經(jīng)常發(fā)現(xiàn):水泥-乳化瀝青砂漿早期的流變損失較大,直接影響了施工過程。水泥-乳化瀝青漿體是由水泥、乳化瀝青、水和外加劑等組成的一種有機-無機復(fù)合材料,是水泥-乳化瀝青砂漿的重要組成部分,對水泥-乳化瀝青砂漿的流變性能有直接的影響。論文研究了水泥-乳化瀝青漿體各組分的交互作用,探明了水泥-乳化瀝青漿體早期流變損失的主要因素,建立了基于漿體微結(jié)構(gòu)演變的流變模型,并提出了調(diào)控漿體流變行為的技術(shù)措施。論文的主要研究成果如下:1、乳化瀝青延緩了水泥的水化過程在水泥-乳化瀝青漿體中,陰離子乳化瀝青影響水泥的水化過程。凝結(jié)時間、水化熱、漿體電阻率、原位XRD、MIP、X-CT和SEM等研究結(jié)果表明:陰離子乳化瀝青對水泥水化過程具有緩凝效應(yīng)。揭示了陰離子乳化瀝青對水泥水化的緩凝作用機理為:(1)陰離子乳化瀝青通過表面的陰離子乳化劑而選擇性地吸附到水泥顆粒表面,占據(jù)了水泥礦物表面的“活性位點”,影響了水泥顆粒的離子溶出,從而延緩了水泥的水化進程;(2)水泥水化產(chǎn)生的Ca~(2+)進入陰離子乳化瀝青表面雙電層而導(dǎo)致陰離子乳化瀝青破乳團聚,形成瀝青膜而覆蓋在水泥顆粒表面,阻礙了水分向未水化水泥顆粒表面的遷移和離子的溶出;(3)陰離子乳化瀝青周圍的不同水分子之間形成更多的氫鍵,降低了水分子與水泥礦物之間的化學(xué)反應(yīng)活性,從而延緩水泥的水化過程。2、水泥水化促進了陰離子乳化瀝青的破乳在陰離子乳化瀝青中加入模擬CaCl_2電解質(zhì)溶液,結(jié)果表明:陰離子乳化瀝青的平均粒徑顯著增大,光學(xué)顯微鏡觀察到陰離子乳化瀝青發(fā)生明顯的破乳團聚現(xiàn)象;陰離子乳化瀝青表面zeta電位下降,說明表面雙電層被壓縮。在水泥漿體濾液的作用下,陰離子乳化瀝青的平均粒徑隨著時間的延長而逐漸增大,其變化趨勢與陰離子乳化瀝青在CaCl_2模擬溶液中的結(jié)果比較類似,說明水泥水化會導(dǎo)致陰離子乳化瀝青破乳。水泥水化導(dǎo)致陰離子乳化瀝青破乳的主要原因在于:(1)水泥水化產(chǎn)生的Ca~(2+)屏蔽了陰離子乳化瀝青表面的部分負電荷,壓縮了表面雙電層,降低了陰離子乳化瀝青顆粒之間的排斥力;(2)隨著水化產(chǎn)物的生成和水分的逐漸消耗,吸附在水泥顆粒表面的陰離子乳化瀝青顆粒相互聚集,并在水泥顆粒表面破乳而形成連續(xù)的瀝青膜。3、陰離子乳化瀝青和減水劑對水泥顆粒存在競爭吸附關(guān)系向水泥-乳化瀝青漿體中摻入減水劑,隨著減水劑向漿體內(nèi)擴散,水泥顆粒表面吸附的陰離子乳化瀝青含量逐漸減少,表明減水劑導(dǎo)致了已經(jīng)吸附在水泥顆粒表面的陰離子乳化瀝青逐漸發(fā)生脫附,上述結(jié)果證明了減水劑與陰離子乳化瀝青對水泥顆粒表面的競爭吸附關(guān)系。減水劑和陰離子乳化瀝青在水泥顆粒表面的競爭吸附機理為:(1)與陰離子乳化瀝青相比,減水劑分子由于粒徑較小而遷移速度更快,使得減水劑優(yōu)先吸附到水泥顆粒表面;(2)減水劑分子的電荷密度高于陰離子乳化瀝青的電荷密度,使得減水劑分子與水泥顆粒表面之間的靜電吸附作用力更強。4、水泥-乳化瀝青體系的早期流變損失原因、模型及調(diào)控措施陰離子乳化瀝青延緩了水泥的水化,抑制了早期水化產(chǎn)物的形成,表明水泥水化并不是導(dǎo)致水泥-乳化瀝青漿體早期流變損失的主要原因。陰離子乳化瀝青中加入CaCl_2溶液,會直接導(dǎo)致陰離子乳化瀝青的破乳團聚,并導(dǎo)致水泥-乳化瀝青漿體的剪切應(yīng)力和塑性粘度都顯著增加,漿體的流動性下降;但在純水泥漿體中加入CaCl_2溶液,水泥漿體的流變性能沒有明顯變化,證明水泥-乳化瀝青漿體流變損失主要是由于乳化瀝青的破乳而引起的。此外,陰離子乳化瀝青引入的水中存在大量的氫鍵,粘度顯著增加,這可能也是導(dǎo)致水泥-乳化瀝青漿體流變損失的原因之一。建立了基于漿體微結(jié)構(gòu)演變的水泥-乳化瀝青漿體早期流變模型;加入減水劑可以對漿體的早期水化和流變行為進行調(diào)控。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ172.1
【圖文】：

1.1 我國中長期高速鐵路網(wǎng)規(guī)劃示意圖（20planning diagram of the medium and long term Hnetwork in China (2030)北京南站至上海虹橋站，線路全長 1318km，是高速鐵路，也是世界上一次建成線路里程最長國高速鐵路建設(shè)的標(biāo)志性工程[32]。整條線路除大橋采用有砟軌道外[33-34]，其余部分全部采用 青砂漿（Cement-Asphalt Mortar, 簡稱 CA 砂外加劑作為原料，按照一定比例進行攪拌而制料[36]。隨著高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)而得到了廣軌道的關(guān)鍵土木工程材料和核心技術(shù)之一[37-39]用作高速鐵路無碴軌道的填充材料，灌注在軌

圖 1.2 高速鐵路無砟軌道板式結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1.2 The schematic illustration of the ballastless track plate structure inhigh-speed railwayCA 砂漿的流變性不僅影響早期的施工性能，而且對 CA 砂漿漿體微結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展有直接的影響[43-47]。圖 1.3（a）和（b）分別為早期流變性能較好的CA 砂漿和流變性較差的 CA 砂漿硬化后漿體斷面結(jié)構(gòu)的照片，從斷面照片可以看出：對于早期流變性能較好的 CA 砂漿，其優(yōu)異的流變性能不僅有利于 CA 砂漿均勻填充在軌道板與混凝土底座之間的狹長、扁平結(jié)構(gòu)內(nèi)，而且有利于減少硬化 CA 砂漿漿體內(nèi)部孔隙等微結(jié)構(gòu)缺陷的出現(xiàn)，圖 1.3（a）硬化后的斷面照片也表明其結(jié)構(gòu)比較密實，有利于其充分發(fā)揮在無碴軌道填充層的調(diào)平、承載應(yīng)力和減振的作用效果，從而對高速鐵路運行的平穩(wěn)性、乘坐的舒適性、軌道結(jié)構(gòu)的耐久性和降低運營維護成本起到積極的促進作用；反之，如果 CA 砂漿的流變性能

素聚醚羧酸鹽類陰離子型乳化sic chemical structure of the aniolignin polyether carbo青乳液）是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定的的高溫下進行熱熔得到瀝青液行機械分散和化學(xué)作用制備而。圖 2.3 為制備的乳化瀝青的粒

【參考文獻】

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1 高芒芒;熊建珍;李偉;;京滬高鐵濟南黃河橋有砟-無砟過渡段車-線-橋動力特性研究[J];鋼結(jié)構(gòu);2015年06期

2 陳安娜;;中國高鐵對實現(xiàn)國家“一帶一路”戰(zhàn)略構(gòu)想的作用[J];商業(yè)經(jīng)濟研究;2015年09期

3 吳韶亮;李洪剛;賈恒瓊;劉子科;魏f

本文編號：2766611