魏 曌，賈恒瓊，吳韶亮，李洪剛

(中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，北京 100081)

CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿膨脹劑摻量研究

魏 曌，賈恒瓊，吳韶亮，李洪剛

(中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，北京 100081)

為防止板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿收縮開裂，需要摻入膨脹劑，對國內(nèi)主要膨脹劑進行選擇，研究其摻量對CA砂漿自由膨脹及抗壓強度的影響規(guī)律。結(jié)果表明，9#國產(chǎn)膨脹劑拌合性能、力學(xué)性能和膨脹性能與日本膨脹劑吻合，膨脹劑的加入能在一定程度內(nèi)補償砂漿收縮，其膨脹量隨著膨脹劑摻量增加而增加，但是膨脹劑替換了水泥后導(dǎo)致砂漿的抗壓強度降低。綜合考慮，9#膨脹劑適宜摻量為6%。

板式無砟軌道 CA砂漿 膨脹劑 膨脹率 抗壓強度

CA砂漿是板式無砟軌道的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)性墊層材料。為滿足CA砂漿的高流動度要求，制備時引入了大量的自由水分，隨著砂漿的硬化，大量自由水蒸發(fā)或參與水化，將會引起較大的體積收縮，容易導(dǎo)致CA砂漿開裂，嚴(yán)重降低了鐵路線路穩(wěn)定性，從而影響運營安全。

針對上述引起體積變形的原因，需要通過摻入膨脹劑補償砂漿收縮。本文研究了膨脹劑種類、摻量對CA砂漿膨脹率和抗壓強度的影響。

1 原材料及其配合比

乳化瀝青為陽離子型乳化瀝青;水泥為PⅡ52.5的硅酸鹽水泥;砂為最大粒徑＜2.50 mm，細度模數(shù)1.4～1.8的機制砂;膨脹劑為硫鋁酸鈣類膨脹劑;鋁粉為鱗片狀鋁粉;消泡劑為有機硅類消泡劑;引氣劑為松香類引氣劑;聚合物乳液為高分子聚合物乳液。CA砂漿原材料基本配合比見表1。

表1 CA砂漿原材料配合比%

2 試驗方法

2.1 自由膨脹率測定

砂漿拌好后，澆入試模內(nèi)，帶模放置溫度(20±1)℃，濕度90%養(yǎng)護室內(nèi)進行養(yǎng)護。24 h后拆模編號，標(biāo)明測試方向。測量前用標(biāo)準(zhǔn)棒校正測長儀，將試件測頭擦凈，將記有編號的一面朝上，面向測量者，其方向和位置要固定一致，不得隨意變動，使試件測頭與測量儀測頭正確接觸。立即測量試件的初始長度值，每組成型3個試件，取其算術(shù)平均值作為長度變化。試模尺寸為40 mm×40 mm×160 mm，測頭為黃銅，測量精度為0.001 mm，標(biāo)準(zhǔn)桿長度為176 mm，測量期間試件養(yǎng)護條件為溫度(20±3)℃，濕度50%。

2.2 抗壓強度測定

①將流動度、含氣量調(diào)整合適的水泥瀝青砂漿，注入φ50 mm×50 mm的模型內(nèi)，約24 h左右拆模，然后在(20±3)℃，(65±5)%RH條件下養(yǎng)護;②到達相應(yīng)齡期后，用石膏粉對砂漿試樣的上表面進行處理，使其表面平滑，用游標(biāo)卡尺測量試樣底面的直徑，準(zhǔn)確至0.02 mm，測量3次取其平均值;③將試樣平放在試驗機壓板的中央，以1.0 mm/min加載速率施加荷載;④按1 d，7 d，28 d齡期進行單軸壓縮試驗，當(dāng)壓力達到最大值后停止加載;⑤取同批次三個試件抗壓強度的算術(shù)平均值作為該組試件的抗壓強度值，精確到0.01 MPa。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 膨脹劑選擇

通過與日本資料中規(guī)定的性能比較，本文從國產(chǎn)膨脹劑中選擇了有可靠來源的10種膨脹劑進行替換試驗。

1#，2#，3#膨脹劑等量替換日本膨脹劑后，在 CA砂漿加料過程中即出現(xiàn)了破乳現(xiàn)象。4#，5#，6#膨脹劑制得的CA砂漿24 h抗壓強度分別為0.04 MPa，0.08 MPa，0.06 MPa，達不到CA砂漿規(guī)定的力學(xué)性能。課題組對其余4種拌合性能和力學(xué)性能合適的膨脹劑(7#～10#)進行了自由膨脹率試驗，以期選擇拌合性能、力學(xué)性能和膨脹性能均能與日本膨脹劑吻合的國產(chǎn)膨脹劑。試驗結(jié)果見圖1，正表示膨脹，負(fù)則為收縮。

圖1 國產(chǎn)膨脹劑與日本膨脹劑自由膨脹率比較

根據(jù)上述拌合性能、力學(xué)性能和圖1中的膨脹率結(jié)果，選擇了三項性能與日本膨脹劑相近的9#膨脹劑。

3.2 膨脹劑摻量對自由膨脹率的影響

膨脹劑的摻量不是越多越好，膨脹劑反應(yīng)需水量較大，且受養(yǎng)護條件的限制。因此本文選擇9#膨脹劑來研究膨脹劑在不同摻量下砂漿的自由膨脹率，以選擇一個合適的膨脹劑摻量，為實際應(yīng)用提供理論參考。圖2是不同摻量下砂漿自由膨脹率隨齡期變化曲線。

圖2 不同摻量下自由膨脹率比較

由圖2可見，膨脹劑的加入能在一定程度內(nèi)補償砂漿收縮，其膨脹量隨著膨脹劑摻量的增加而增加。3%摻量的膨脹劑膨脹效果不明顯，6%和9%摻量時先膨脹后收縮，9%摻量時7 d內(nèi)砂漿膨脹率達到最大，隨后產(chǎn)生收縮，在150 d齡期收縮幅度明顯減緩。

3.3 膨脹劑摻量對砂漿抗壓強度的影響

根據(jù)許多工程實際經(jīng)驗，膨脹劑的摻加會不同程度地引起強度降低。砂漿抗壓強度隨9#膨脹劑摻量變化如表2所示。膨脹劑替換了水泥后會導(dǎo)致砂漿的抗壓強度降低，摻量越大，砂漿抗壓強度降低幅度越大。

表2 膨脹劑不同摻量下砂漿抗壓強度變化率 %

實際工程中，灌注水泥乳化瀝青砂漿1 d后，強度達到技術(shù)指標(biāo)，就會卸下上面軌道板支撐螺栓，因此1 d強度比較重要。從表2中可以看出，1 d砂漿抗壓強度3%摻量較不摻的降低17.14%，6%摻量較不摻的降低31.43%，9%摻量較不摻的降低37.14%，隨著齡期變長，膨脹率摻量對抗壓強度的影響逐漸變小。

4 結(jié)論

1)從10種國產(chǎn)膨脹劑中選擇拌合性能、力學(xué)性能和膨脹性能與日本膨脹劑吻合的9#膨脹劑。

2)膨脹劑的加入能在一定程度內(nèi)補償砂漿收縮，其膨脹量隨著膨脹劑摻量的增加而增加，3%摻量的膨脹劑膨脹效果不明顯，6%和9%摻量時先膨脹后收縮，9%摻量7 d內(nèi)砂漿膨脹率達到最大，隨后產(chǎn)生收縮，在150 d齡期收縮幅度明顯減緩。

3)膨脹劑替換了水泥后會導(dǎo)致砂漿的抗壓強度降低，摻量越大，砂漿抗壓強度降低幅度越大。隨著齡期變長，膨脹率摻量對抗壓強度的影響逐漸變小。

綜上所述，9#膨脹劑適宜摻量為6%。

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TU528.042.4

A

1003-1995(2012)06-0128-02

2011-12-10;

2012-03-14

科技部863計劃項目(2008AA030708);鐵道部科技研究開發(fā)計劃項目(2009G023-A)

魏曌(1976— )，女，浙江諸暨人，助理研究員，碩士。

(責(zé)任審編 葛全紅)