摘要：板式轨道结构是我国高速铁路采用的主要轨道结构型式之一,而水泥乳化沥青(CA)砂浆是板式轨道结构的关键工程材料之一。工程实践表明,水的侵害是影响水泥乳化沥青砂浆充填层耐久性的重要因素,服役环境中板式轨道结构常处于干湿循环状态,会引发CA砂浆充填层中水分的迁移和量变,从而影响其力学性能。但有关CA砂浆及其充填层中水分迁移及其影响的研究报道还很鲜见。本文针对干湿循环作用下水泥乳化沥青砂浆的耐久性问题,通过对乳化沥青凝聚膜的表面化学性能以及CA砂浆吸水和失水性能试验研究,探讨干湿循环对CA砂浆力学性能影响。主要完成以下试验内容,并得出相关结论：(1)采用躺滴法测试不同乳化沥青凝聚膜和净浆凝聚膜表面与水的前进接触角,研究乳化沥青和胶凝材料品种、水泥-沥青比值(C/A)、无机盐和水浸泡等因素对凝聚沥青膜亲水性的影响规律,试验结果表明：乳化沥青凝聚膜表面吸附了一层定向排列的乳化剂分子,其疏水基伸入沥青膜内而亲水基朝外,从而使沥青膜表面与水的接触角小于90°,具有亲水性；乳化沥青凝聚膜成膜速度越快,其接触角越大；水泥和无机盐可使乳化沥青凝聚膜的接触角增大,膨润土可使阳离子乳化沥青凝聚膜的接触角增大；且乳化沥青-水泥复合凝聚膜的接触角与水泥品种和乳化沥青品种有关；泡水后,乳化沥青沥青凝聚膜的接触角增大,而乳化沥青-水泥凝聚膜的接触角变小。由此可得乳化沥青凝聚膜的亲水性与其表面吸附的乳化剂分子的量和结构有关,减少量或破坏其定向排列可降低其亲水性。(2)采用真空吸水饱和吸水法测试CA砂浆试件的吸水速度和吸水率,探讨组成、试件厚度对其吸水的影响。试验结果表明：真空条件下CA砂浆的饱和吸水特征是饱和吸水率-时间变化曲线有一明显拐点,早期(24h内)吸水率随时间呈直线快速增加,且其吸水率可达总吸水率的70%以上,2d后非常缓慢,这说明毛细孔壁的亲水性使得CA砂浆中粗毛细孔吸水很快；CA砂浆试件厚度越薄,砂灰比越小,水灰比越大,沥灰比越小,其饱和吸水率越大,吸水速率越快；反之亦然。这说明CA砂浆的吸水主要来自水泥相中毛细孔缝,因此,CA砂浆的组成不同,其体积饱和吸水率约在4-12%间变化。由此可推断高铁服役中板式轨道结构中CA砂浆充填层的吸水深度约为10mmm左右。(3)采用饱和盐溶液恒湿干燥法测试CA砂浆试件的失水性,研究CA砂浆在不同湿度环境中的失水速率和失水率及其影响因素,试验结果表明：CA砂浆在不同湿度的空气中的失水特征是在相对湿度为85%的环境中,其失水率占总失水率的70%以上,将相对湿度降低到75%时,其失水率增加较小,将相对湿度降到33%时,其失水率进一步增加,总失水率略小于真空饱和吸水率；试件厚度、砂灰比、水灰比、沥灰比对失水率的影响规律与他们对饱和吸水率的影响规律基本一致。(4)采用真空干燥和真空饱水的方法,模拟CA砂浆经受干湿循环作用,测试了2组CA砂浆试件经受3个干湿循环后的力学性能,以及干湿循环前后试件的吸水和失水性,试验结果表明：经受3次干湿循环后,CA砂浆试件在真空饱水机中的吸水速率和吸水率均减小,而在盐溶液的恒湿环境中的失水速率和失水率增大,而且其吸水和失水特性的改变与沥灰比和砂子的细度无关,这说明40℃真空干燥箱中干燥可导致CA砂浆试件内毛细孔壁亲水性降低,干湿循环作用对CA砂浆中有机-无机界面的影响较小。(5)饱和吸水后,CA砂浆的抗折和抗压强度均降低,降低幅度与砂子细度、沥灰比有关,分析认为,饱和吸水后CA砂浆强度的降低主要是水对其内部有机-无机相界面的侵蚀作用所致。砂子越细时,砂灰比相同的CA砂浆中砂子-沥青界面越多,CA砂浆强度下降幅度越大；沥灰比小于0.7时,水泥水化物-沥青界面随着沥灰比增大而增加,因而CA砂浆强度下降幅度随着沥灰比增加而增大。经受3个干湿循环后,CA砂浆的抗压强度在因饱水下降的基础上再降低3-8%左右。这说明干湿循环对CA砂浆的强度影响较小。所以,在实际工程中,主要考虑水对CA砂浆充填层的“软化作用”,而改善CA砂浆抵抗水侵害能力的有效途径是增强有机-无机相界面的粘结力以及提高乳化沥青-水泥凝聚膜的憎水性,减小毛细吸水率。