[发明专利]一种抗水性优良的板式无砟轨道用水泥乳化沥青砂浆

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗水性优良的水泥乳化沥青砂浆，尤其涉及一种抗水性优良的CRTS II型板式无砟轨道用水泥乳化沥青砂浆，属于板式无砟轨道建造和建筑材料交叉技术领域。

背景技术

我国时速在300km以上的高速铁路主要采用板式无砟轨道，如CRTS I型(单元)和CRTS II型(纵连)板式无砟轨道。这两种板式无砟轨道结构自上而下主要由钢轨与扣件、预制混凝土轨道板、水泥乳化沥青砂浆充填层、混凝土底座板或支撑层等构成。水泥乳化沥青砂浆充填层位于轨道板与底座板或支撑层间，其厚度为40～60(CRTSI型)mm或20～40(CRTS II型)mm，它们主要起调整、支撑、传力和缓冲等作用，是板式无砟轨道结构中的重要部件，对高速铁路板式轨道结构的平顺性、列车运营的舒适性与安全性、轨道结构耐久性等起至关重要的作用。对于CRTS I型板式轨道，其砂浆充填层采用袋注法，将新拌水泥乳化沥青砂浆注入放置在轨道板与底座板间空隙的灌注袋中，硬化后形成的砂浆充填层与轨道板、底座板不发生粘结；对于CRTS II型板式无砟轨道，其砂浆充填层采用封边模腔法，将新拌水泥乳化沥青砂浆灌入轨道板与底座板或支撑层间空隙中，硬化后形成的砂浆充填层上表面与轨道板粘结，其下表面与底座板或支撑层粘结，并形成层间粘结界面。其侧表面直接暴露在大气环境中。由于这两种板式轨道结构不同，其砂浆充填层的组成、性能和功能要求也有所不同。CRTS II型板式轨道结构要求砂浆充填层与轨道板、底座板或支撑层的界面有较高的粘结强度，以限制轨道板的纵横向位移。

我国高速铁路板式轨道运行几年后发现，因环境温度、湿度、雨水和高速列车动荷载的作用，板式轨道结构中水泥乳化沥青砂浆充填层是最易发生过早劣化和破坏的部件，尤其是CRTS II型板式轨道结构中的水泥乳化沥青砂浆充填层更易过早劣化，其主要劣化和破坏形式有轨道板或底座板或支撑层与砂浆充填层层间离缝、界面钙溶蚀、开裂与剥落和边缘区碎裂，这些劣化现象均与水及其与列车动荷载的耦合作用有关。

CRTS II型板式轨道结构特点是纵向连续和竖向层叠，因环境温度与湿度变化，轨道板、砂浆充填层和底座板的热胀冷缩、湿胀干缩变形而导致轨道板与砂浆充填层、砂浆充填层与底座板或支撑层、轨道板与宽窄缝混凝土间的粘结界面发生层间离缝，雨水将侵入层间缝隙，并通过亲水性的毛细孔隙渗入砂浆充填层内，这会产生两个破坏作用，其一，砂浆充填层中硅酸盐水化物——氢氧化钙溶于水中，发生钙溶蚀现象；其二，水削弱砂浆充填层内沥青-水泥水化物、沥青-砂子等有机-无机相界面的结合力，从而导致砂浆充填层强度降低20～40％，发生“软化”现象。另一方面，在列车动荷载的作用下，又会产生两种破坏现象，其一，层间雨水被快速挤出，使层间界面被冲蚀并使层间离缝向内扩展，同时还加剧钙溶蚀；其二，砂浆充填层内毛细孔水产生动水压，导致砂浆充填层内孔缝扩展，甚至使砂浆充填层碎裂。由此可以看出，水是导致砂浆充填层过早劣化或破坏的根源，层间离缝是起因，列车动荷载是推手。如果水不进入砂浆充填层，则过早劣化和破坏现象就会大大减轻或根本不会发生。水是通过连通的毛细孔隙渗入水泥乳化沥青砂浆内的，水的渗入与水泥乳化沥青砂浆内毛细孔壁的亲水性有关。新拌水泥乳化沥青砂浆由水泥、乳化沥青、砂子、水和一些添加剂等组份材料搅拌而成，凝结硬化后的砂浆主要物相有沥青、水泥水化物、砂子和孔隙等，而毛细孔壁是由沥青与水泥水化物复合膜或富沥青膜组成的。虽然沥青是憎水性的有机材料，其与水的接触角一般大于100°。但在水泥乳化沥青砂浆中的沥青膜是由乳化沥青颗粒凝聚而成的，而分散在新拌砂浆中的乳化沥青颗粒表面包裹一层乳化剂分子，其憎水基朝内，亲水基朝外，当乳化沥青颗粒凝聚成沥青膜时，沥青膜表面会吸附乳化剂分子层，且亲水基朝外，从而使得水泥乳化沥青砂浆表面和毛细孔壁是亲水性的，其与水的接触角小于90°，只有20～30°，饱和吸水率可达30％左右。