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CRTS II型板式轨道结构封缝材料的试验研究

作　者: 王世雄
导　师: 邓德华
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程
关键词: 板式轨道结构封缝处理沥青基封缝材料水凝胶封缝材料憎水型封缝剂
分类号: U213.244
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

摘要：板式无砟轨道结构是我国高速铁路(客运专线)采用的主要轨道结构型式之一,它是由混凝土底座板或支承层、水泥乳化沥青砂浆充填层(简称砂浆充填层)、预制混凝土轨道板、扣件和钢轨等部件构成的层叠结构。因各种因素的作用,板式轨道结构服役中会产生各种裂缝,主要有轨道板与砂浆充填层间离缝、轨道板之间宽窄接缝处裂缝、轨道板上的沟槽缝和底座板裂缝等。这些缝隙宽度较小且呈动态变化。前期研究表明,这些缝隙不但影响轨道结构的整体性能,更重要的是雨水进入轨道结构内部的通道,进而加速轨道结构的劣化过程,因此,应采用封缝材料对其进行封缝处理。根据这些缝隙的特点,认为封缝材料应具有密封性好、粘结力强、弹性变形较大、耐久性良好等特性。本文提出了沥青基封缝材料、水凝胶封缝材料和憎水性封缝剂等三种封缝材料,通过大量试验研究,得出如下主要结论。(1)本文采用内掺和外掺两种沥青改性方法,进行沥青基封缝材料试验研究。采用内掺法,将两种不同分子量的聚异丁烯橡胶(M-PIB、 D-PIB)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、SBS树脂、石油树脂和萜烯树脂分别与90号重交沥青热熔混合改性,其相关性能测试结果表明,4%的M-PIB或5%的萜烯树脂能明显改善沥青的温度敏感性、弹性和粘结性能；采用外掺法,将聚丙烯酸乳液(P乳剂)和3000目石灰石粉或P-1142.5硅酸盐水泥与乳化沥青常温混合改性,其相关性能测试结果表明,占乳化沥青固体质量30%的P乳剂和10%的硅酸盐水泥不仅能显著改善乳化沥青薄膜变形能力和弹性,而且能使沥青薄膜获得良好的抗剥离性能和抗垂直流淌性能。通过试验对比与分析,确定由外掺法制备的改性沥青乳液作为水乳型沥青基封缝材料,用于板式轨道结构中层间离缝和宽窄缝处裂缝的封缝材料。(2)采用高吸水性树脂为基料,并用聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和Cu2+离子改性,形成柔性水凝胶。对其进行吸水膨胀、封缝阻水能力以及盐溶液、干湿循环作用、雨水冲刷作用、紫外光照射等对吸水膨胀和阻水能力的影响等试验,测试结果表明,采用浓度为0.01g/L的CaCl2、质量分数为1%的聚丙烯酰胺和高吸水性树脂混合配制的吸水倍数为25倍的柔性水凝胶具有最佳的吸水膨胀和封缝阻水性能,Cu2+离子的掺入可明显提高其耐紫外光照射能力。这种柔性水凝胶可用于板式轨道结构中层间离缝和宽窄缝处裂缝的封缝处理。但其耐雨水冲刷性和耐候性还有待进一步提高。(3)本文配制了有机酸Y乙醇溶液、油酸乙醇溶液和二甲基硅油四氯化碳溶液等三种憎水封缝剂,将其喷涂在水泥砂浆试件和CA砂浆试件表面,分别测试水在处理表面上的接触角以评价其憎水效果,并研究了憎水封缝剂浓度、喷涂遍数、雨水冲刷、紫外光照射和60℃高温处理等因素对憎水效果的影响,结果表明,质量分数为2%或3%的有机酸Y乙醇溶液在喷涂两遍时,处理后的试件表面与水的接触角大于130°,有明显的憎水效果；紫外光照射和60℃高温处理对其憎水效果基本没有影响。现场试验结果说明,憎水封缝剂对层间离缝和轨道板、底座板上的微细裂缝有明显的封缝阻水效果,但耐雨水冲刷作用有待进一步改善。(4)通过大量试验研究和工程实践,表明水乳型改性沥青封缝材料、水凝胶封缝材料和憎水型封缝剂的基本性能可满足板式轨道结构中各种裂缝的封缝阻水处理,且成本适宜,施工操作简便。通过进一步试验研究,完善其技术性能,可为高速铁路板式轨道结构的维护和保养。图73幅,表20个,参考文献67篇。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-9
目录  9-11
1 引论  11-24
  1.1 高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道结构简介  11-12
  1.2 CRTSⅡ型板式无砟轨道缝隙种类和特点  12-15
    1.2.1 层间离缝  12-13
    1.2.2 宽窄接缝处裂缝  13-14
    1.2.3 轨道板的沟槽裂缝  14
    1.2.4 底座板裂缝  14-15
  1.3 缝隙对CRTSⅡ型板式无砟轨道结构耐久性的影响  15-16
  1.4 国内外防水材料的研究与应用现状  16-22
    1.4.1 改性沥青防水材料  16-17
    1.4.2 高吸水性树脂  17-18
    1.4.3 表面憎水处理技术  18-22
  1.5 本文主要研究内容与技术路线  22-24
    1.5.1 技术路线  22-23
    1.5.2 本文的主要研究内容  23-24
2 沥青基封缝材料  24-47
  2.1 试验部分  24-32
    2.1.1 原材料及基本性质  24-26
    2.1.2 主要实验仪器  26-27
    2.1.3 主要实验方法  27-32
  2.2 结果与讨论  32-46
    2.2.1 PIB和DOP改性基质沥青性能的影响  32-36
    2.2.2 SBS树脂、石油树脂和萜烯树脂对沥青性能的影响  36-41
    2.2.3 改性乳化沥青  41-46
  2.3 本章小结  46-47
3 水凝胶柔性封缝材料  47-62
  3.1 试验部分  47-50
    3.1.1 原材料及基本性质  47
    3.1.2 主要实验仪器  47-48
    3.1.3 主要实验方法  48-50
  3.2 水凝胶封缝阻水的原理  50-52
  3.3 结果与讨论  52-61
    3.3.1 高吸水性树脂基本性能试验  52-55
    3.3.2 改性高吸水性树脂基本性能试验  55-56
    3.3.3 高吸水性树脂吸水凝胶的耐久性试验  56-61
  3.4 本章小结  61-62
4 憎水密封剂  62-79
  4.1 试验部分  62-64
    4.1.1 原材料及基本性质  62-63
    4.1.2 主要实验仪器  63
    4.1.3 主要实验方法  63-64
  4.2 结果与讨论  64-75
    4.2.1 憎水机理  64
    4.2.2 憎水剂配制  64-65
    4.2.3 表面张力测试  65-66
    4.2.4 表面憎水处理及接触角测量  66-71
    4.2.5 耐久性实验  71-74
    4.2.6 红外光谱实验  74-75
  4.3 现场应用情况  75-78
    4.3.1 憎水密封剂处理层间离缝  75-77
    4.3.2 憎水密封剂处理轨道板沟槽缝和宽窄接缝处的缝隙  77-78
  4.4 本章小结  78-79
5 结论与展望  79-81
  5.1 结论  79-80
  5.2 展望  80-81
参考文献  81-85
致谢  85-86
攻读学位期间主要的研究成果  86

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