[发明专利]一种水泥沥青砂浆弹性模量的预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水泥沥青砂浆弹性模量的预测方法。

背景技术

水泥沥青砂浆（CA砂浆）是目前高速铁路建设的关键性材料，起到调整轨道施工误差以及提高列车高速行驶的安全性与乘坐的舒适性的重要作用。CA砂浆之所以能提高行车安全性及舒适性，是因为相对于其它建筑材料其弹性模量较低。但是CA砂浆的弹性模量也是受配合比参数影响的，当采用不恰当的配合比参数时，CA砂浆的弹性模量同样会超过相关技术规定的要求，致使其作用下降甚至失去其意义。因此，要了解CA砂浆性能是否符合相关技术要求，往往需要结过28d以上的实验周期才能确定，而且如果该周期选取的配合比不合适，就需要另一个28d周期。这种模式可能大大延误工程的进度，降低施工质量，造成极大浪费。

发明内容

本发明的目的就是解决测试CA砂浆弹性模量周期长的问题，提供一种方便快捷的方法，通过对配合比参数及原材料密度进行计算，在短时间内获知CA砂浆的弹性模量。

尽管对于二元复合材料，存在一些理论模型可以较准确的对复合材料的弹性模量进行估算。但是，对于CA砂浆这一类多相材料复合体，无任何理论模型可以使用，所以自CA砂浆出现以来，只有研究材料用量对弹性模量的影响，而未见对弹性模量定量计算的报道。发明人根据CA砂浆各相材料的微观尺度，将CA砂浆分解成四个层次的二元复合体。对每一层次的二元复合体，其中一元为单一相，另一元为下一层次中的二元复合材料，直至第四层次为已知的或弹性模量可直接计算的复合材料，这四个层次从宏观尺度（上层）向细观尺度（底层）依次分解为：

第一层次为CA砂浆，由气泡、CA砂浆密实体构成；

第二层次为CA砂浆密实体，由CA净浆、砂构成；

第三层次为CA净浆，由水泥浆、沥青构成；

第四层次为水泥石，由水泥与水水化形成。

通过上述层次划分，根据不同体系的特点由下而上逐层运用不同的二元模型进行递归运算，最终可以计算出CA砂浆的弹性模量。

本发明提供的CA砂浆弹性模量的预测方法，包括以下步骤：

a.列出所有计算参数，包括配合比和原材料物理性质参数。配合比参数指:全部原材料质量用量，包括水泥用量m_C、沥青用量m_A、用水量m_W、砂用量m_S，以及CA砂浆的含气量V_Air；原材料物理参数是指沥青、水泥及水的密度ρ_A、ρ_C、ρ_W、ρ_S；CA砂浆密实体、CA净浆、砂的泊松比μ_CAM’、μ_CA、μ_S，以及砂的弹性模量E_S。

各原材料的密度通过里氏瓶法测试。CA砂浆密实体、CA净浆泊松比与CA砂浆泊松比取0.168，而砂的泊松比及弹性模量取0.22和24Gpa。

参考朱晓斌等《CRTS II型无砟轨道CA砂浆开裂风险有限元计算》中泊松比的测试结果，CA砂浆密实体、CA净浆泊松比与CA砂浆泊松比取0.168。

参考混凝土行业经验以及徐志英编著的《岩石力学》中砂岩、花岗岩等的数据，对砂的泊松比及弹性模量近似取值（参考数据均有一定范围）0.22和弹性模量24Gpa。

含气量V_Air为配合比设计需要直接指定的参数。

b.计算水泥石的弹性模量E_CS：E_CS与用水量m_W与水泥用量m_C的比例m_W/m_C满足如下关系式：

E_CS＝46.399-52.262·(m_Wm_C)   (1)

c.计算CA净浆的弹性模量E_CA：E_CA与水泥石弹性模量E_CS及水泥石在CA净浆中所占的体积分数V_CS满足如下关系：