严寒地区水泥乳化沥青砂浆的低温性能及疲劳性能试验研究

第３　２卷，第４期　２　０　１　１年７月　文章编号：ｉｏｏｉ－４６３２（２Ｏｌ　ｉ）ｏ４－ｏｏｏｌ—ｏ７　中　国　铁　道　科　学　ＣＨＩＮＡ　ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＣＩＥＮＣＥ　Ｖｏ１．３２　Ｎｏ．４　Ｊｕｌｙ，２０１１　严寒地区水泥乳化沥青砂浆的低温性能　及疲劳性能试验研究　胡华锋　，邵丕彦。，李海燕。　（１．铁道部科学技术司，北京１００８４４；２．北京交通大学土木建筑学院，北京１０００８１）　１０００８１；　３．中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京摘要：运用试验方法，进行严寒地区用水泥乳化沥青砂浆抗冻性、低温力学性能和低温抗裂性的低温性　能及疲劳性能研究。结果表明，该种砂浆的抗冻性可达６００次以上；随着温度的降低，砂浆的抗压强度、抗折　强度逐渐增加，－４０℃下砂浆的折压比在ｏ．２以上；砂浆出现裂纹时钢球的压人深度均大于１．２　ｍｍ；模拟行车　条件下砂浆的受力情况，进行ｉ０￣４０　Ｈｚ频率３５０万次疲劳试验，砂浆的累积变形量均小于０．０７　ＩＴｆｎ。结合试　验结果和严寒地区试验段的运营考察，考虑到严寒地区一４０℃的极端温度条件和３５０　ｋｍ・ｈ　的运营速度，提　出严寒地区水泥乳化沥青砂浆的低温性能指标为－－４０℃砂浆出现裂纹时钢球的压入深度不小于１．０　ｍｌｎ，低温折　压比不小于０．２０；疲劳性能指标为１２　Ｈｚ加载频率下经１００万次疲劳试验的砂浆累积变形量不大于０．１０　ｍ／ｎ。　关键词：板式无砟轨道；水泥乳化沥青砂浆；严寒地区；低温性能；疲劳性能；试验研究　中图分类号：Ｕ２１３．２４４：Ｕ２１４．９９　文献标识码：Ａ　水泥乳化沥青砂浆层（Ｃｅｍｅｎｔ　Ａｓｐｈａｌｔ　Ｍｏｒ—　ｔａｒ，简称ＣＡ砂浆）处于板式无砟轨道结构中预　制混凝土轨道板与底座之间，主要起支撑和调整作　用，并提供适当的弹韧性，其性能对轨道结构的平　顺性、列车运行的舒适性与安全性、轨道结构耐久　和使用ＣＡ砂浆在世界范围内尚无先例。由于缺乏　相应的试验数据，严寒气候对水泥乳化沥青砂浆的　性能影响、产生破坏的程度及机理、严寒气候下水　泥乳化沥青砂浆的质量控制指标等均没有明确的结　论。本文通过试验进行严寒地区用水泥乳化沥青砂　浆的低温性能以及疲劳性能研究。　性和运营维护成本有重大影响，是高速铁路系统的　关键功能材料之一［】　］。作为一种有机和无机相结　合的复合材料，其使用寿命和耐久性与服役状态下　的环境气候条件密切相关。ＣＡ砂浆在不同气候分　区内使用时，对其性能要求也有所不同。国内率先　１试验内容　在７４号文中，对温暖和寒冷地区的ＣＡ砂浆　的施工性能、力学性能和耐久性能等方面规定了　１２项指标。参考日本寒冷地区ＣＡ砂浆的研发经　验和秦沈线水泥乳化沥青砂浆病害调查分析结果ｌ７　认为，严寒地区用ＣＡ砂浆除了满足７４号文件要　针对温暖和寒冷地区用ＣＡ砂浆制备及施工成套技　术开展了深入系统的研究和工程试验。２００８年颁　布实施的《客运专线铁路ＣＲＴＳ　Ｉ型水泥乳化沥　青砂浆暂行技术条件》（简称７４号文）［６］针对温暖　和寒冷地区用ＣＡ砂浆的各项性能指标要求进行了　详尽的规定，而对严寒地区使用的ＣＡ砂浆应具备　何种性能并未涉及。　求的性能外，应重点研究其低温条件下的使用性能　和耐久性能，低温性能考察低温抗冻性能、低温力　学性能和低温抗裂性；耐久性考察抗疲劳性能。　１．１　抗冻性能　依据我国《铁路工程地质手册》，最冷月平均　气温低于一１５℃，极端最低气温接近一４０℃的地　水泥沥青砂浆表面与水接触后吸水，在负温下　区，属于严寒地区。在严寒地区修建板式无砟轨道　收稿日期：２０１卜Ｏ卜１５；修订日期：２０１１—０５一ＩＩ　基金项目：铁道部科技研究开发计划项目（２００９Ｇ０２３一Ｃ）　水结冰膨胀，产生膨胀压，易使砂浆内部产生裂　作者简介：胡华锋（１９７Ｏ一），男，湖北潜江人，高级工程师，博士研究生。　中国铁道科学　第３２卷　纹。当温度升高时，冰融化成水，进一步渗入到产　生的裂纹中；当温度再降低至负温时，又产生结冰　膨胀，加剧裂纹的扩展和扩大，如此反复，逐步使　砂浆的内部结构发生破坏，产生裂缝，表面逐渐脱　落，导致力学性能下降，质量发生损失。　与寒冷地区相比，严寒地区的年极端最低气温　低，达一４Ｏ℃，低温持续时间较长，发生冻融的　次数更多。为了研究严寒地区砂浆的抗冻性，原计　划模拟环境最低温度一４０℃进行冻融试验，但市　场上没有满足要求的试验设备，考虑到其冻融试验　原理相同，故仍采用７４号文中规定的抗冻性能试　验的温度条件（一１８±２）～（５±２）℃，只是将冻　融循环次数由３００次增加到６００次。　抗冻性能试验进行５组，每组３个试件，５组　试件采用５种砂浆配比。试件尺寸为１００　ｍｍ×　１００　ｍｍ×４００　ｍｍ。养生条件：（２０±３）℃，　６５　±５　９／６　ＲＨ。　１．２低温力学性能　针对严寒地区的低温使用条件，采用低温试验　箱对ＣＡ砂浆试样进行冷冻后，研究温度对其力学　性能的影响及其变化规律，从而评价水泥沥青砂浆　的低温适用性。　低温试验箱最低温度一４０℃。抗压强度及弹　性模量试件为直径５０　ｍｍ，高５０　ｍｍ的圆柱体，　优选６种砂浆配比，共７２组，每组３个试件；抗　折强度、抗压强度及折压比试件尺寸为４０　ｍｍ×　４０　ｍｍ）１６０　ｍｍ；优选６种砂浆配比，共８０组，　每组３个试件。养生条件：（２０±３）℃，６５　±５　ＲＨ。　１．３低温抗裂性　根据相关的试验方法，钢球压人试件的深度值　可以从一定程度上表征砂浆的抗裂性能。在一４Ｏ　℃低温条件下，当钢球压入砂浆试件使其产生裂纹　时，钢球的压人力会发生陡降。用此时钢球的压人　深度评价砂浆的低温抗裂性能。　试件为直径１００　ｍｍ，高５０　ｍｍ的圆柱体，优　选６种砂浆配比，共１２组，每组３个试件。标准　养护２８　ｄ后，整平上下表面，在一４０℃的低温箱　内，采用直径２５　ｍｍ的钢球进行压人试验。　１。４抗疲劳性能　ＣＡ砂浆作为板式轨道中的弹性垫层，主要承　载竖向荷载，列车的载荷和冲击通过轨道板传递到　砂浆上Ｊ　】。服役期间经受这种高频荷载的反复作　用，长期处于应力应变交迭变化状态，致使砂浆累　积变形增加，进而导致基体结构逐渐劣化。在一定　周期性应力作用下，考察砂浆的累积变形量，以此　表征水泥乳化沥青砂浆的抗疲劳性能。　采用ＭＴＳ试验机进行疲劳试验，加载频率范　围为１０￣４０　Ｈｚ，根据水泥乳化沥青砂浆实际受力　状态，在常温（２３±２）℃下进行压缩疲劳试验。　疲劳试验采用６种砂浆配比，共４８组，试样　分为２种，一种试样为直径５０　ｍｍ高５０　ｍｍ的圆　柱体，另一种试样尺寸为１００　ｍｍ×７０　ｍｍ×５０　２试验结果和讨论　２．１　抗冻性能　严寒地区水泥乳化沥青砂浆的３００次和６００次　冻融试验结果如图１和图２所示。　軎＿　掣融臀靛　如　∞　∞　如　∞　网网阂邕ｌ　２　３　４　５　试样编号　圈　闼豳　图１　３００和６００次冻融循环后砂浆的相对动弹模量变化　嗽＝誉冈　困　ｌ　２　３　４　５　试样编号　图２　３００和６００次冻融循环后砂浆的质量损失变化　可见，３００次冻融循环后，砂浆试样的相对动　弹模量基本保持在８０　左右，质量损失率保持在　１．０　～２．Ｏ　左右；而６００次冻融循环后，砂浆试　样的相对动弹模量基本保持在６Ｏ　～７２　左右，　质量损失率保持在２．５　～５　左右，仍能满足７４　号文的要求，证明砂浆具有优越的抗冻性能。　２．２低温力学性能　ＣＡ砂浆作为板式轨道的垫层材料，必须具备　良好的力学性能，以实现其支撑、调整及缓冲协调　　第４期　严寒地区水泥乳化沥青砂浆的低温性能及疲劳性能试验研究　３　的功能。严寒地区用砂浆必须在低温条件下具备足　够的抗压强度和良好的弹韧性。８　Ｏ　２　４　６　８　０６　４　　２　Ｏ　９　　２　４７　５　　６３　　８１　　Ｏ　针对严寒地区的低温使用条件，研究不同负温　Ｌ（～１０，一２０，－－３０，－－４０）℃±０．２℃］条件下，　水泥乳化沥青砂浆的抗压强度、弹性模量及其随温　度的变化规律，试验结果如图３和图４所示。　室　簸　２０　０　～１０　２０　—３Ｏ　一４０　温度／￣Ｃ　图３不同温度条件下的抗压强度　Ｂｄ蒌　爆　捌　融　２０　０　一ｌＯ　一２０　—３０　—４Ｏ　温度／℃　图４不同温度条件下的弹性模量　从图３和图４可见，水泥乳化沥青砂浆的强度　随着温度的降低而增加，但当温度下降到一２Ｏ℃　后强度增加趋于平缓；砂浆的弹性模量随温度降低　略有增加，但增加幅度不明显，且在低温时的弹性　模量值均符合７４号文的要求。　抗折强度与抗压强度之比（折压比）是衡量砂　浆类材料韧性的指标之一，其值越高，表明其韧性　越好。由于严寒地区水泥乳化沥青砂浆充填层一年　中有较长时间在低温条件下使用，故测试不同温度　（２０，０，一１Ｏ，一２Ｏ，一３０，一４０℃）条件下养　护２４　ｈ后ＣＡ砂浆的抗折强度与抗压强度之比随　温度变化的规律，考察砂浆的低温弹韧性。　试验之初，由于国内没有合适的检验设备，因　此，借用高分子材料的检测设备，通过液氮制冷的　方式，将试件放入低温环境箱中进行不同温度的养　护，然后进行抗折和抗压强度测试。在低温环境箱　中进行砂浆抗折强度测试。受低温环境箱的空间限　制，抗压强度难以在低温环境箱中进行测试，因而　改为低温恒温后快速取出在室温下进行测试。试验　结果如图５所示。姗　姗　拗　枷　　ｍ　如　ｏ　丑　图５砂浆的抗压、抗折强度及折压比　试验结果表明，水泥乳化沥青砂浆随着温度的　降低，其抗压和抗折强度均逐渐增加，在～２Ｏ℃　后变化减缓，折压比随温度降低变化不大。经大量　反复的测试，砂浆的折压比数值均在０．５以上。　为了使测试方法更加规范、科学，课题组认为　抗压强度、抗折强度均应在相应的低温环境条件下　进行测试。针对低温试验箱的制冷方式及尺寸规格　等参数与设备厂家反复交流研究，研发出配有低温　环境箱的试验机，并重新进行了测试试验，与前期　的试验结果进行比对，试验结果如图６和图７所　不ｏ　３　２　室２　餐　】　温度／℃　图６不同温度下砂浆的抗折、抗压强度和折压比　幽　测试温度／＇Ｃ　图７不同砂浆折压比与温度的关系　４　中国铁道科学　第３２卷　试验结果表明，采用规定的设备和方法进行测　试，从２Ｏ～一４Ｏ℃，随着温度的降低，砂浆的抗　Ｅｄ　越杈　压强度逐渐增大，抗折强度增长缓慢，折压比逐渐　如　加　ｍ　减小。－－４０℃时折压比在Ｏ．２以上，而不是采用　原来｝贝０试方法得出的０．５以上。　图８是将砂浆在一４０℃养护后取出放置在室　温下，经不同放置时间后砂浆的抗折强度、抗压强　度和折压比的变化情况。　０．６　０．５　０．４　０．３　Ｏ．２　０．１　Ｏ　０　０．５　１　１．５　２４　冻后室温放置时间ｍ　图８－４０℃养护后取出室温放置不同时间后砂浆的抗折　强度、抗压强度和折压比　从图中可以看出，放置０．５　ｈ后进行测试，砂　浆的抗压强度明显降低，而抗折强度变化不大，因　而折压比由－－４０℃时的０．２８升至０．５以上。　经对比分析测试结果，认为产生结果差异的主　要原因在于：前后２种测试方法中，抗折强度均在　低温环境下测试，结果相差不大；而前期抗压强度　是在低温恒温后移到常温环境下测试的，因而比在　低温条件下测的数值偏低，从而造成了折压比相对　较大。在目前的测试方法中，一４０℃的温度下测　得的砂浆抗压强度相对较大，因而低温折压比较　小。　２．３低温抗裂性　低温条件下，ＣＡ砂浆的抗裂性能越好，其使　用寿命越长。　图９为－－４０℃下，６个砂浆试样的钢球压人力　随压入深度的变化曲线。　试验结果表明，在一４Ｏ℃低温条件下，随着　钢球压人深度的增加，压入力逐渐增大，当压入深　度达到某一值时，压入力发生陡降，此时砂浆发生　了开裂现象。大量的试验数据表明，当砂浆产生裂　纹时，其钢球压入深度均大于１．２　ｍｍ。　２．４抗疲劳性能　疲劳试验考虑到水泥乳化沥青砂浆在实际服役　０　图９－４ｏ℃下砂浆试样的钢球压入力随位移的变化曲线　过程中的受力大小，加载应力范围控制在０．０１～　０．１　ＭＰａ之间，有代表性试件的试验结果见表１、　图１Ｏ和图１１。　表１水泥乳化沥青砂浆经１０　ＩＩｚ频率下的３５０万次疲劳后　的累积变形　疲劳次数／万次　５０　ｌＯ０　１５０　２００　２５０　３００　３５０　Ｏ　Ｏ．０ｌ　ｇ一０．０２　０．０３　一０．０４　咪一０．０５　—０．０６　０．０７　图ｌ０　ＣＡ砂浆的累计变形量与疲劳次数的父系　疲劳次数７万次　５０　１００　ｌ５Ｏ　２００　２５０　３００　３５０　０　Ｏ．Ｏ１　图１１不同疲劳频率下累积变形量与疲劳次数的关系　由表１可以看出，试样经过１０　Ｈｚ频率下的　３５０万次疲劳后，其高度变化很小，基本保持稳　ｇⅢ／第４期　严寒地区水泥乳化沥青砂浆的低温性能及疲劳性能试验研究　定，累积变形量均小于０．１　ｍｍ。　由图１０和图１１可以看出，不同水泥乳化沥青　砂浆在不同疲劳频率下的累积变形量均随着疲劳次　数的增加而增加，在前１５万次疲劳内累积变形量　增加较快，５Ｏ万次后变形速度趋缓，１００万次后基　本保持稳定。其原因可能在于砂浆试件上下表面不　是绝对平整，接触面并不完全受压，当疲劳一段时　间后，试件表面逐渐变平整，压力机压头与之吻　合，砂浆处于面受压状态，减少了因局部受压而产　生的变形，随之抵抗疲劳变形的能力增强，因而　１００万次疲劳后，累积变形量基本保持稳定。　由图１１还可以看出，水泥乳化沥青砂浆在　１０￣４０　Ｈｚ的不同疲劳频率下，随着疲劳频率的增　加，其相同疲劳次数时的累积变形量减小。其原因　在于，频率越高，达到相同疲劳次数所需时间越　短，相同应力对砂浆的作用时间相应减少。　３工程验证　２００８年９月中旬，采用满足上述性能指标和　７４号文要求的ＣＡ砂浆配方，在富拉尔基富铁轨　枕厂进行了灌注、揭板试验，效果良好，确定了　ＣＡ砂浆的制备工艺和施工工艺；灌注了２块板并　现场留样，用于砂浆垫层及其性能的长期考察。　２００８年９月下旬，在滨绥线成高子站工程试　验段进行了工程试应用，以进一步考察严寒地区用　ＣＡ砂浆在低温环境、行车条件下的耐久性能。除　了采用灌注袋法施工外，为了便于观察砂浆的耐久　性情况，还采用模板法进行了灌注。　２００９年４月，对富拉尔基现场存放６个月的　试样进行性能测试，其抗压强度增长约２０　，弹　性模量基本不变，其他各项性能均满足７４号文及　上述性能的要求。成高子工程试验段砂浆垫层经过　一个严寒冬季大运量的运营考验，砂浆填充饱满、　密实，与轨道板和底座粘接紧密，状态良好。　４严寒地区用水泥乳化沥青砂浆低温　性能及疲劳性能指标的确定　在大量研究和滨绥线成高子试验段工程实践的　基础上，通过多次专家会议研讨，本研究成果被纳　入《客运专线铁路ＣＲＴＳ　Ｉ型板式无砟轨道水泥　乳化沥青砂浆暂行技术条件一严寒地区补充规定》　（科技基［－２００９］７７号）中Ｌ　］。严寒地区水泥乳化　沥青砂浆的性能除了满足７４号文规定的１２项指标　外，增加了４项性能指标（见表２）及检测方法，　并作为型式检验的补充内容。　表２严寒地区水泥乳化沥青砂浆补充性能指标要求　需要特别说明以下几点。　（１）由于３００次抗冻试验从试件成型到测试完　成，就需要近３个月的时间，则６００次冻融试验所　需的时间更长，故未加入到补充规定中。　（２）根据轨道动力学研究成果，一定频率下加　载疲劳可模拟砂浆在列车经过时的实际动态受力状　况。采用一定疲劳次数后的累积变形量可评价砂浆　在动荷载作用后的变形情况，能够在一定程度上表　征砂浆的抗疲劳Ｉ生能。经有关专家计算，当ＣＲＨ。　列车以时速３５０　ｋｍ运行时，同一车厢、相邻车厢　的转向架中心载荷频率分别为５．５６和１２．７３　Ｈｚ。　综合起来，将疲劳试验的加载频率定为１２　Ｈｚ，疲　劳次数定为１００万次。受设备条件的制约，疲劳试　验在常温下进行。如能进一步考察低温疲劳试验条　件下砂浆的外观变化以及累计变形量，并与常温下　的测试情况进行对比，应该会更全面地反映砂浆在　实际使用情况下的抗疲劳性能。　（３）低温折压比指标受试验初期设备的限制，　定为≥０．５０，后经设备研发改造后测试，其指标定　为０．２以上比较科学、合理。　５结束语　本研究通过对低温条件下砂浆的抗冻性能、力　学性能、抗裂性能以及砂浆的抗疲劳性能的大量研　究，并经工程试验段行车运营考验，制定了严寒地　区水泥乳化沥青砂浆的相关性能指标，并纳入技术　条件，对指导哈大高速铁路充填层砂浆的施工、确　保ＣＡ砂浆的质量起到了良好的作用。今后应该考　虑垫层砂浆在冬季的实际应用情况，结合轨道结构　模拟和耐久性，进行低温抗疲劳试验，并将冻融试　验和抗疲劳等性能综合起来进行研究，对严寒地区　砂浆的性能指标进行不断的补充和完善。　中国铁道科学　第３２卷　参　考　文　献　［１］　ＣＯＥＮＲＡＡＤ　Ｅ．Ｒｅｃｅｎｔ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｓｌａｂ　Ｔｒａｃｋ［Ｊ］．Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｒｅｖｉｅｗ，２００３，９（２）：８１—８５．　ＧＥＲＮ　Ｍ，ＨＩＤＥＹＵＫＩ　Ｔ，ＭＡＳＡＯＵ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｔｒａｃｋ［Ｊ］．Ｊａｐａｎ　Ｒａｉｌｗａｙ　ａｎｄ　［２］　ＳＨＩＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｒｅｖｉｅｗ，１９９８，１５（３）：３８—４５．　［３］　ＴＡＫＡＩ　Ｈ．４０　Ｙｅａｒｓ　Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｌａｂ　Ｔｒａｃｋ　ｏｎ　Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｈｉｇｈ　Ｓｐｅｅｄ　Ｌｉｎｅｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ　ｏｆ　１　ｓｔ　Ｉｎｔ．Ｃｏｆ．Ｖａ—　ｌｅｎｃｉａ：Ｂａｓｑｕｅ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ａｎｄ　Ｐｕｂｌｉｃ　Ｗｏｒｋｓ　Ｅｕｓｋａｌ　Ｔｒｅｎｂｉｄｅ　Ｓａｒｅａ，２００７：２３４—２４６．　［４］　ＭＵＲＡＴＡ　Ｏ．Ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｒｅｃｅｎｔ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒ８ＬＤ　ａｔ　ＲＴＲＩ［Ｊ］．Ｑｕａｒｔｅｒｌｙ　Ｒｅｐｏｒｔ　ｏｆ　ＲＴＲＩ，２００３，４４　（４）：　１３３一ｌ３５．　［５］　ＫＡＴＳＵＯＳＨＩ　Ａ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｌａｂ　Ｔｒａｃｋｓ　ｆｏｒ　Ｈｏｋｕｒｉｋｕ　Ｓｈｉｎｋａｎｓｅｎ　Ｌｉｎｅ［Ｊ］．Ｑｕａｒｔｅｒｌｙ　Ｒｅｐｏｒｔ　ｏｆ　ＲＴＲＩ，　２００１，４２（１）：３５—４１．　［６］铁道部科学技术司．科技基［２００８］７４号客运专线铁路ＣＲＴＳ　Ｉ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件　［ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００８．　［７］　中国铁道科学研究院．秦沈客运专线ＣＡ砂浆垫层现状调查及修补方案［Ｒ］．北京：中国铁道科学研究院，２００６．　（Ｃｈｉｎａ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ．Ａｃｔｕａｌ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｐｒｅｓｅｎｔ　Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒｅｐａｉｒ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ＣＡ　Ｍｏｔａｒ　Ｕｓｅｄ　ｉｎ　Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ－Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ　Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ　Ｌｉｎｅ［Ｒ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙ　ｃｉＳｅｎｃｅｓ，２００６．　ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　［８］　蔡成标，翟婉明，王开云．高速列车与桥上板式轨道动力学仿真分析［Ｊ］．中国铁道科学，２００４，２５（５）：５７—　６Ｏ．　（ＣＡＩ　Ｃｈｅｎｇｂｉａｏ，ＺＨＡＩ　Ｗａｎｍｉｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｋａｉｙｕｎ．Ｄｙｎａｍｉｃｓ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｈｉｇｈ－Ｓｐｅｅｄ　Ｔｒａｉｎ　ａｎｄ　Ｓｌａｂ　Ｔｒａｃｋ　Ｌａｉｄ　ｏｎ　Ｂｒｉｄｇｅ口］．Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　ｃｉＳｅｎｃｅ，２００４，２５（５）：５７—６０．ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　［９］　江成，范佳，王继军．高速铁路无碴轨道设计关键技术口］．中国铁道科学，２００４，２４（２）：４２—４７．　（ＪＩＡＮＧ　Ｃｈｅｎｇ，ＦＡＮ　Ｊｉａ，ＷＡＮＧ　Ｊｉｊｕｎ．Ｋｅｙ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｏｆ　Ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ　Ｔｒａｃｋ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　Ｈｉｇｈ－Ｓｐｅｅｄ　Ｒａｉｌｗａｙ［Ｊ］．　Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００４，２４（２）：４２—４７．ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　［１Ｏ］　铁道部科学技术司．科技基［２００９］７７号客运专线铁路ＣＲＴＳ　Ｉ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术——　严寒地区补充规定［ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００９．　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｌｏｗ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ａｎｄ　Ｆａｔｉｇｕｅ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　Ｃｅｍｅｎｔ＿－Ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｄ　Ａｓｐｈａｌｔ　Ｍｏｒｔａｒ　Ｕｓｅｄ　ｉｎ　Ｓｅｖｅｒｅ　Ｃｏｌｄ　Ｒｅｇｉｏｎ　ＨＵ　Ｈｕａｆｅｎｇ　，ＳＨＡＯ　Ｐｉｙａｎ。，ＬＩ　Ｈａｉｙａｎ。　（１．Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙｓ，Ｂｅｉｉｉｎｇ　１００８４４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８１，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｍｅｔａｌｓ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙ　ｃｉＳｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｐｅｒ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ。ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｃｒａｃｋ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ—ｅｍｕｌｓｉ—　ｌｅｄ　ａｓｐｈａｌｆｔ　ｍｏｒｔａｒ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｓｅｖｅｒｅ　ｃｏｌｄ　ｒｅｇｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｍｏｒｔａｒ　ｃａｎ　ｒｅａｃｈ　ａｔ　ｌｅａｓｔ　６００　ｔｉｍｅｓ．Ｉｔｓ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｒｉｓｅ　ｇｒａｄｕａｌｌｙ　ａｌｏｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｂｅｌｏｗ　４０℃ｉｓ　ａｂｏｖｅ　０．２．Ｔｈｅ　ｄｅｐｔｈ　ｐｒｅｓｓｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｍｏｒｔａｒ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｂａｌｌ　ｉｓ　ａｂｏｖｅ　１．２　ｍｍ　ｗｈｅｎ　ｃｒａｃｋ　ｏｃ—　ｃｕｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｏｒｔａｒ．Ｔｈｅ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　０．０７　ｍｍ　ａｆｔｅｒ　１０￣４０　Ｈｚ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　３．５　ｒａｉｌ—　ｌｉｏｎ　ｔｉｍｅｓ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｔｅｓｔ　ｔｏ　ｓｔｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｒｔａｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｎｄ　第、４期　严寒地区水泥乳化沥青砂浆的低温性能及疲劳性能试验研究　７　ｔｈｅ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｒｔａｒ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｚｏｎｅ　ｉｎ　ｓｅｖｅｒｅ　ｃｏｌｄ　ｒｅｇｉｏｎ　ａｆｔｅｒ　ｔｒａｆｆｉｃ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ，ｃｏｎ—　ｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｅｖｅｒｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ－－４０℃ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｌｄ　ｒｅｇｉｏｎ　ａｎｄ　３５０　ｋｍ・ｈ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓｐｅｅｄ．　ｔｈｅ　ｉｎｄｅｘｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｆｏｒ　ｃｅｍｅｎｔ—ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｄ　ａｓｐｈａｌｔ　ｍｏｒｔａｒ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｓｅｖｅｒｅ　ｃｏｌｄ　ｒｅｇｉｏｎ　ａｒｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｄｅｐｔｈ　ｐｒｅｓｓｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｍｏｒｔａｒ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｂａｌｌ　ａｔ一４０℃ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｎｏ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　１．０　ｍＩｎ　ｗｈｅｎ　ｃｒａｃｋ　ｏｃｃｕｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｏｒｔａｒ，ｔｈｅ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｉｓ　ｎｏ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　０．２，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｆｔｅｒ　１　２　Ｈｚ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　１．０　ｍｉｌｌｉｏｎ　ｔｉｍｅｓ　ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ　ｆａ—　ｔｉｇｕｅ　ｔｅｓｔ　ｉＳ　ｎｏｔ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　０．１０　ｍｍ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｌａｂ　ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ　ｔｒａｃｋ；Ｃｅｍｅｎｔ—ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｄ　ａｓｐｈａｌｔ　ｍｏｒｔａｒ；Ｓｅｖｅｒｅ　ｃｏｌｄ　ａｒｅａ；Ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ；Ｆａｔｉｇｕｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ；Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ　（责任编辑吴彬）　中国铁道科学研究院２０１０年科技成果简介（续一）　５特大跨径悬索桥分体式钢箱梁设计关键技术研究　依托西堠门大桥工程，对特大跨径悬索桥分体式钢箱梁的受力特性进行研究。采用子结构有限元技术建立全桥模型　（可消除局部模型产生的模拟偏差），研究分体式钢箱梁在静风、温度、汽车等作用下的受力特性和传力机理，建立特大跨　径悬索桥钢箱梁精确有效的计算方法，编制相应的解析计算程序。在计算分析的基础上，通过节段实体模型试验，验证并　深入研究分体式钢箱梁关键构造在不同荷载工况下的受力特性和传力机理；并在此基础上进一步研究分体式钢箱梁关键构　造的合理细节。结合国外相关研究结论及我国近年来已发现的桥梁损伤病害特征，对导致我国钢箱梁桥正交异性钢桥面板　疲劳损伤的汽车荷载进行一定范围内的调查并确定合理的疲劳荷载。有针对性地系统开展正交异性钢桥面板构造细节及构　造参数方面的理论分析和试验研究，理论分析与疲劳试验相结合，研究合理的钢箱梁正交异性桥面板的构造细节配置，提　出对已发生的桥梁损伤进行有效修补的方法。开发出《悬索桥空间结构非线性精细化分析软件ＳＢＳＮＡＰ１．０》和缆一鞍座、　散索鞍一锚跨组合单元。提出了面向对象的软件数据模型、适合精细化分析的有限元子结构。采用超级单元及静力凝聚求解　技术和并行计算技术，实现了求解模型的图形交互式、命令流、文本数据文件等３种输入方式；运用该软件了解决了西堠　ｆ３３Ｖ桥结构精细化计算问题。提出了公路钢桥面板疲劳设计车辆荷载简化模型。在国内首次系统开展了正交异性钢桥面板　焊接构造细节疲劳试验研究，首次实现了１　０００万次以上大吨位双点反相位疲劳加载足尺模型试验研究和实桥静动载试验　研究，取得了正交异性钢桥面板系统结构体系设计、构造细节设计、疲劳验算、疲劳裂纹分析和修补加固技术等成套科研　成果，形成了《正交异性钢桥面系统的设计和基本维护指南》。　研究成果达到国际先进水平，目前正推广应用到我国在建的南京四桥、港珠澳大桥等大跨度桥梁工程中，必将产生巨　大的技术、经济效益和社会效益。２０１０年９月通过了浙江省交通运输厅组织的技术鉴定。　６已建大跨径梁桥长期下挠的对策研究　对国内外典型的长期下挠过大梁桥采取现状调研、统计分析、技术总结等方法，研究类似桥梁病害的特点和规律，从　设计、施工、养护和外界环境影响等方面分析大跨径梁桥长期下挠的成因；通过对预应力梁构件进行的长期性能试验，分　析和研究高预应力作用下混凝土的徐变特性和预应力长期损失的规律；研究结构开裂下挠的成因以及下挠和开裂两者之间　的相互影响关系（耦合）。从混凝土桥梁残余应力测试开始，采用应力释放法确定关键截面混凝土的应力状态；研究基于位　移测试的在役缺陷混凝土桥梁的刚度识别方法；通过佛开高速公路动态称重测试，调查车辆活载，并建立实际汽车荷载评　估模型，评估实际汽车超载对结构的受力影响，建立基于动态称重系统的梁桥承载能力全概率评价方法；利用空间有限元　分析，建立混凝土梁桥裂缝扩展的简化模型，即在有限元模型中通过分离节点的方式模拟裂缝，进而得到裂缝模型，并与　原无损结构模型进行比较，得到开裂后结构的应力重分布以及对结构内力的不利影响，分析其对下挠的影响。针对已下挠　和开裂的桥梁提出了加固效率较高并具有应用前景的控制对策，主要包括：①箱内、箱外增设体外预应力加固；②增设斜　拉索，截断跨中部分砼梁结构，置换钢箱梁；③桥面采用轻质混凝土进行减载与增设体外预应力相结合。　研究成果具有创新性和实用性，总体达到国际先进水平，其中“桥梁实际刚度识别方法”居国际领先水平。２０１０年４　月通过了广东省交通运输厅组织的技术鉴定。　７云南省公路边坡灾害区划及适宜防治技术研究　以云南省公路边坡灾害为研究对象，采用理论研究和应用研究相结合的方法，根据边坡灾害类型、发育程度、灾害严　（下转第１８页）