李興旺

(中鐵十五局集團(tuán)有限公司，河南洛陽(yáng) 471013)

1 概述

CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道水泥瀝青砂漿(下稱，砂漿)是高速鐵路無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，位于軌道板與混凝土底座之間，主要由水泥、乳化瀝青、細(xì)骨料、乳液、外加劑和水等混合組成，屬多級(jí)多相復(fù)合材料［1-4］。該材料固化后，既能為結(jié)構(gòu)提供所需的強(qiáng)度，又能為結(jié)構(gòu)提供一定的彈性，在無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要的作用。根據(jù)以往工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，水泥品種、骨料細(xì)度模數(shù)、乳化瀝青及乳液性能等均會(huì)對(duì)CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道的水泥瀝青砂漿性能產(chǎn)生影響［5-7］?；诖耍疚南到y(tǒng)研究了水泥瀝青砂漿材料組成與其性能之間的影響關(guān)系，對(duì)全面提升水泥瀝青砂漿性能具有一定的借鑒意義。

2 試驗(yàn)材料及設(shè)備

2.1 主要試驗(yàn)材料

主要試驗(yàn)材料包括水泥、細(xì)骨料、乳液、乳化瀝青、鋁粉等。

2.2 主要試驗(yàn)設(shè)備

主要試驗(yàn)設(shè)備包括水泥瀝青砂漿攪拌機(jī)、材料試驗(yàn)機(jī)、耐候箱、凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)、疲勞試驗(yàn)機(jī)、黃銅漏斗、各類試模及其他試驗(yàn)設(shè)備。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 水泥對(duì)水泥瀝青砂漿性能的影響

水泥是砂漿中最重要的原材料之一，其主要影響砂漿的強(qiáng)度形成，同時(shí)也是影響水泥瀝青砂漿其他性能的重要因素。

試驗(yàn)選用了不同品種的水泥和不同的膠凝材料摻加量，測(cè)試結(jié)果如表1、圖1所示。

表1 不同品種水泥對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響 MPa

圖1 膠砂比對(duì)CA砂漿強(qiáng)度的影響

通過(guò)對(duì)每組砂漿的力學(xué)性能測(cè)試表明，相同摻量不同品種以及相同品種不同摻量的水泥，對(duì)砂漿強(qiáng)度影響是不同的。從表1可以看出，采用硫鋁酸鹽水泥對(duì)砂漿1 d強(qiáng)度的發(fā)展同比其他品種水泥更有利;從圖1可以看出，膠凝材料摻量與細(xì)骨料摻量之比對(duì)砂漿28 d強(qiáng)度亦有顯著影響，隨膠砂比的增加而遞增。

3.2 細(xì)骨料對(duì)砂漿性能的影響

細(xì)骨料是砂漿另一重要的組成材料。試驗(yàn)結(jié)果見圖2、圖3。

圖2 細(xì)度模數(shù)對(duì)砂漿材料分離度的影響

圖3 流動(dòng)時(shí)間對(duì)砂漿材料分離度的影響

從圖2中可以看出，細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)小，砂漿材料分離度相應(yīng)變小，這能使材質(zhì)分布越均勻。但并不是細(xì)度模數(shù)越小越好，細(xì)度模數(shù)過(guò)小，會(huì)使砂漿加水量增加，這種因增加額外用水量而導(dǎo)致的流動(dòng)時(shí)間變小，單位體積質(zhì)量變輕，澆筑時(shí)會(huì)有氣泡浮起，產(chǎn)生片狀分層，最終影響砂漿強(qiáng)度、彈性模量和耐久性不足?？梢姡?xì)骨料的細(xì)度模數(shù)對(duì)提高砂漿整體性能有著顯著的影響。因此，在配置砂漿時(shí)要選擇適宜細(xì)度模數(shù)的細(xì)骨料。

圖3反映了流動(dòng)時(shí)間對(duì)砂漿材料分離度的影響。從圖中可以看出，砂漿材料分離度隨流動(dòng)時(shí)間的增加而減小。

綜合細(xì)度模數(shù)及流動(dòng)時(shí)間對(duì)材料分離度的影響分析可知，在材料分離度滿足指標(biāo)要求的情況下，為保證一定的流動(dòng)度，細(xì)骨料適宜的細(xì)度模數(shù)宜選擇在0.8～1.5。

3.3 乳液對(duì)砂漿性能的影響

乳液在砂漿材料中起著改善砂漿物理性能、提高韌性和耐久性的作用。乳液選取時(shí)必須確保與乳化瀝青和水泥的相容性要好。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不同品種的乳液，對(duì)新拌砂漿混合物性能具有不同的影響。

本試驗(yàn)采用3種不同乳液，分別對(duì)2個(gè)不同配合比砂漿拌和物可工作時(shí)間進(jìn)行研究，見表2。結(jié)果表明，1型、2型乳液均會(huì)通過(guò)促進(jìn)乳化瀝青快速破乳，而導(dǎo)致新拌砂漿很快失去流動(dòng)性，以致可工作時(shí)間大幅縮短，不利于現(xiàn)場(chǎng)施工;3型乳液對(duì)新拌砂漿的工作性能則不會(huì)產(chǎn)生任何負(fù)面影響。因此，選擇與乳化瀝青相適應(yīng)的乳液對(duì)改善砂漿的性能具有重要影響。

表2 不同乳液對(duì)新拌砂漿流動(dòng)時(shí)間的影響

3.4 乳化瀝青對(duì)砂漿性能的影響

乳化瀝青是砂漿最重要的組成材料之一，且性能直接決定著砂漿的拌和物性能，同時(shí)對(duì)砂漿材料的早期強(qiáng)度、材料分離度、彈性模量、抗凍性和耐久性都有顯著的影響。一般來(lái)說(shuō)，黏度大、儲(chǔ)存穩(wěn)定、與水泥及骨料混合相容性好的乳化瀝青，配制出的砂漿具有較好的拌和性能、力學(xué)抗凍性及耐久性。

用于砂漿制備的主要乳化瀝青顆粒極性有陽(yáng)離子、陰離子和非離子(兩性離子)。試驗(yàn)表明，顆粒極性為非離子乳化瀝青，能夠較好的發(fā)揮與乳液和水泥的協(xié)同效應(yīng)，從而改善乳化瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性和水泥混合性。因此，本試驗(yàn)選用顆粒極性為非離子的乳化瀝青，并且在同一配合比中，通過(guò)采用不同性能的乳化瀝青的研究，來(lái)考察乳化瀝青與砂漿性能之間的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示。

通常認(rèn)為，砂漿分離度和砂漿流動(dòng)度與瀝青黏度的關(guān)系最為密切。限于篇幅，論文僅對(duì)砂漿分離度與瀝青黏度的關(guān)系，以及砂漿流動(dòng)度與瀝青黏度的關(guān)系進(jìn)行分析，如圖4～圖5所示。結(jié)果表明，砂漿材料分離度隨乳化瀝青黏度的增大而減小，砂漿流動(dòng)度隨乳化瀝青黏度的增大而增大。

圖5 黏度對(duì)流動(dòng)度的影響

圖4 乳化瀝青黏度對(duì)材料分離度的影響

表3 乳化瀝青檢測(cè)指標(biāo)

表4 不同乳化瀝青配制出的砂漿性能

3.5 鋁粉對(duì)砂漿性能的影響

鋁粉是一種發(fā)泡劑，通過(guò)與水泥中的堿發(fā)生反應(yīng)生成氫氣，引起砂漿的膨脹，從而提供一定的預(yù)應(yīng)力，其也是砂漿材料組成中的重要部分。試驗(yàn)測(cè)得的鋁粉用量與砂漿24 h膨脹率之間的關(guān)系如圖6所示。從圖中可以看出，鋁粉含量對(duì)砂漿的膨脹率有一定的影響。隨著鋁粉含量的增加，砂漿的膨脹率有一定的增大。

圖6 鋁粉含量與膨脹率關(guān)系

此外，試驗(yàn)研究結(jié)果表明，鋁粉的用量不僅可以調(diào)整膨脹率的大小，同時(shí)也可以調(diào)整砂漿彈性模量的大小，如圖7所示。從圖中可以看出，砂漿材料膨脹率與彈性模量具有較大的相關(guān)性，主要表現(xiàn)在彈性模量隨膨脹率的增加而降低。

圖7 膨脹率與彈性模量的關(guān)系

4 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)研究和試驗(yàn)結(jié)果分析，得出以下結(jié)論。

(1)CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道用砂漿配制時(shí)宜選用早期強(qiáng)度較高的硫鋁酸鹽水泥，且砂漿強(qiáng)度隨膠砂比增加而增加。

(2)砂漿分離度隨細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)減小而變小，細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)在0.8～1.5為宜。

(3)乳液可以改善砂漿的物理性能、增強(qiáng)韌性和提高耐久性，但乳液的選擇必須與乳化瀝青和水泥具有良好的適應(yīng)性。

(4)乳化瀝青是砂漿制備的關(guān)鍵材料，其性能品質(zhì)對(duì)砂漿具有重要影響，宜采用非離子乳化瀝青配制CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道砂漿。

(5)砂漿靜彈模量與膨脹率具有一定的相關(guān)性，其隨膨脹率的增加而減小，鋁粉可以調(diào)節(jié)膨脹率和彈性模量的大小。

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