水泥-乳化沥青交互作用对浆体微结构形成及渗透性的影响研究

Cement-asphalt mortar is the key civil engineering material filled in the ballastless track, however, water and other erosive medium from outside would penetrate into the cement-asphalt paste during the long service process, which would lead to the damage of the microstructure of cement-asphalt paste due to the physical and chemical actions, and thus degraded the durability of the paste seriously. Therefore, cement-asphalt mortar with excellent impermeability was employed to repair the original structural, and it is of great significance for further improving the durability of cement-asphalt paste. The project would investigate the interaction process between the hydration of cement and the demulsification of asphalt emulsion firstly, and then illustrate the mechanism of the interaction process, finally, the formation and evolution of the microstructure of cement-asphalt paste would be disclosed, and also the interaction model would be established between the microstructure and the permeability of cement-asphalt paste. Based on the above, the control parameters of microstructure of cement-asphalt paste are put forward, and thus it could provide a theoretical support for preparing the cement-asphalt mortar with high impermeability.

水泥-乳化沥青砂浆是用于填充板式无砟轨道的关键土木工程材料，然而，在长期服役过程中，外界的水分和侵蚀性介质会逐渐渗透到水泥-乳化沥青浆体内部，通过物理、化学作用而导致浆体内部微结构的破坏，从而严重影响浆体的耐久性。因此，使用具有抗渗性能优异的水泥-乳化沥青砂浆对原有结构进行修复，对于进一步提升水泥-乳化沥青浆体的耐久性具有重要意义。本项目基于研究水泥水化和乳化沥青破乳的交互作用过程,探明水泥水化和乳化沥青破乳的交互作用机制,揭示水泥-乳化沥青浆体微结构形成与演变规律,建立微结构与渗透性之间的作用模型。在此基础上，提出基于水泥-乳化沥青砂浆渗透性能的微结构控制参数，为制备高抗渗的水泥-乳化沥青砂浆提供理论支撑。

水泥-乳化沥青浆体是采用乳化沥青对水泥基材料进行改性而制备的一种“刚柔并济”的新型土木工程材料，克服了水泥基材料易开裂和沥青强度不足的缺点，广泛应用于高速铁路的垫层、半柔性路面和修补工程等领域。作为一种有机-无机复合材料，乳化沥青直接影响水泥的水化进程和微结构的形成，从而影响水泥-乳化沥青浆体内部的水分传输行为，进而对浆体的渗透性和耐久性产生直接影响。本项目首先研究了水泥和乳化沥青的交互作用，即乳化沥青对水泥水化过程和水泥水化对乳化沥青破乳成膜的影响。揭示了乳化沥青延缓水泥水化过程及作用机理，探明了水泥水化产生的离子和水分消耗对乳化沥青破乳成膜的影响，阐明了水泥-乳化沥青浆体微结构的形成与演变规律。乳化沥青破乳成膜覆盖在水泥颗粒表面而抑制水泥水化过程，降低了水泥-乳化沥青浆体的抗压强度，但浆体的折压比随乳化沥青增加而增大，说明乳化沥青改善了浆体的韧性；乳化沥青抑制水泥水化，增大了浆体的孔径，但乳化沥青在水泥水化产物表面破乳成膜，封闭孔隙而导致孔的连通性下降，且沥青膜导致水泥浆体孔结构的表面由亲水性逐渐向憎水性过渡，抑制了水分在浆体内的传输，从而显著降低水泥-乳化沥青浆体的吸水性；水泥-乳化沥青浆体的抗渗性和抗硫酸盐侵蚀性能随乳化沥青含量的增加而明显改善，表明水泥-乳化沥青复合材料可以作为防腐砂浆，具有潜在的应用研究价值；但水泥-乳化沥青浆体的抗冻性随着乳化沥青掺量的增加而降低，主要原因在于：在冻融循环作用下，覆盖在水泥水化产物表面的沥青膜由于和基体的变形不一致而削弱二者的界面连接，且沥青膜在低温作用下脆性增加，在反复冻融作用下容易破坏而从水化产物表面剥落，破坏水泥-乳化沥青浆体的微结构，从而降低其抗冻性能。