CRTS Ⅰ和Ⅱ型板式轨道充填层用快硬聚合物水泥修补砂浆研究

作     者：姜孟杰 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：元强;郑新国

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：板式无砟轨道 充填层 聚合物修补砂浆 硫铝酸盐水泥 SBR乳液 配合比设计 

摘      要：CRTS Ⅰ和Ⅱ型板式轨道结构是我国高速铁路的主要结构型式,长期服役过程中不可避免地出现了各类病害,CA砂浆充填层是其中的薄弱部位。标准Q/CR 659-2018《高速铁路混凝土结构用修补砂浆》规定了CA砂浆充填层缺损修复或更换宜采用聚合物水泥砂浆,应具有超早强、与原CA砂浆弹性模量相近等特点。硫铝酸盐水泥是一种强度发展快、收缩变形小的水泥,被广泛应用于快速抢修工程。SBR乳液与水泥具有良好相容性,在调节水泥砂浆力学性能等方面具有显著优势。本文以硫铝酸盐水泥和SBR乳液为主要原料,研究了不同掺量SBR乳液对硫铝酸盐水泥凝结时间、水化热、流变性能、力学性能、干燥收缩等早期性能的影响,并分析了其物相和微观形貌的变化规律,研发了符合标准Q/CR 659-2018各项技术要求的CRTS Ⅰ型和Ⅱ型轨道结构充填层修补材料;进一步探究了不同搅拌工艺对聚合物水泥砂浆流变性能、力学性能、水化程度及孔结构的影响规律,确定了SBR聚合物水泥砂浆的搅拌工艺。主要结论如下:(1)SBR乳液对硫铝酸盐水泥的凝结时间影响较小。在较低聚灰比(P/C≤20%)下,SBR聚合物颗粒能够降低浆体的动态屈服应力,提高浆体的流动度;而在较高聚灰比(P/C≥30%)下,聚合物水泥浆体的动态屈服应力提高,水泥浆体的流动度降低。随着P/C的增大,聚合物水泥净浆的抗折强度显著提高,而抗压强度逐渐降低,当P/C≥40%时,硬化聚合物水泥净浆呈现明显的粘塑性特点。SBR乳液细化了硫铝酸盐水泥的孔径。当P/C≤20%时,SBR聚合物能够有效抑制聚合物水泥浆体的收缩,而当P/C≥30%,会造成聚合物水泥浆体急剧收缩。(2)通过优选膨胀剂(N1)、缓凝剂(酒石酸)、消泡剂(聚醚、矿物油),制备了力学性能、工作性能和体积稳定性符合标准Q/CR659-2018技术要求的CRTS Ⅰ和Ⅱ型板式轨道充填层用快硬聚合物水泥砂浆。其中,CRTS Ⅰ型板式轨道充填层修补砂浆的基本配合比:水灰比(W/C)为0.5,砂灰比(S/C)为1.5,P/C为50%,缓凝剂掺量0.175%,膨胀剂掺量8%,消泡剂掺量0.1%;CRTSⅡ型板式轨道充填层修补砂浆的基本配合比:W/C为0.45,S/C为2.0,P/C为20%,缓凝剂掺量0.2%,膨胀剂掺量2%,减水剂掺量0.16%,消泡剂掺量0.1%。(3)搅拌工艺主要影响聚合物砂浆的早期流变行为,对聚合物砂浆的力学性能影响较小。在掺有缓凝剂的条件下,搅拌速率和搅拌时长的提高能够延缓聚合物砂浆中水泥颗粒的早期水化及结构构筑,提高其早期流动性。聚合物砂浆中的团聚现象随着搅拌时间的延长和搅拌速率的提高逐渐降低。相对于高速搅拌(176rpm),中低速搅拌(142和108rpm)更利于新拌砂浆中气泡的稳定。以本研究采用的搅拌机为例,针对快速搅拌阶段,108rpm搅拌10min、142rpm搅拌6-10min及176rpm搅拌2-4min时具有相当的分散效果。本文共有图97幅,表14个,参考文献114篇