吳韶亮，李洪剛，李海燕，賈恒瓊，魏 曌

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

在高速鐵路建設(shè)過程中，CRTSⅠ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)采用的水泥乳化瀝青砂漿，主要是由水泥、乳化瀝青、細(xì)骨料和其它添加劑等多種組分混合攪拌而成，其主要起到支撐、調(diào)整，并提供適當(dāng)?shù)膹楉g性，同時(shí)對軌道結(jié)構(gòu)的平順性、列車運(yùn)行的舒適性與安全性、軌道結(jié)構(gòu)的耐久性和運(yùn)營維護(hù)成本有重大影響［1］。

為了改善制得水泥乳化瀝青砂漿的力學(xué)性能、耐久性能等，在砂漿制備過程中添加了聚合物乳液。聚合物乳液的加入能改善乳化瀝青和水泥、砂子之間的相容性，使硬化后的水泥乳化瀝青砂漿更細(xì)密并能提高水密性，同時(shí)還能改善砂漿的脆性和耐沖擊性［2］。由于乳化瀝青以及聚合物乳液體系的復(fù)雜性決定了水泥乳化瀝青砂漿與聚合物乳液之間是相互選擇的，因此本文針對不同類型的聚合物乳液進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)器材及試驗(yàn)方法

1.1 主要原材料

乳化瀝青:采用中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所自主研發(fā)的SL-1型陽離子乳化瀝青。

水泥:PⅡ42.5，PⅡ52.5硅酸鹽水泥。

細(xì)骨料:細(xì)度模數(shù)1.45、表觀密度2.65 g/cm3的機(jī)制砂。

試驗(yàn)用各種原材料的性能指標(biāo)均滿足鐵道部科技基 2008［74］號文暫行技術(shù)條件指標(biāo)要求［3］。

1.2 主要試驗(yàn)設(shè)備

攪拌容量16.5 L的品川25AM-Qr中型砂漿攪拌機(jī)，攪拌速度可調(diào);秒表，精度0.1 s;1 000 ml三角燒瓶;電子天平，精度0.1 g。

1.3 試驗(yàn)內(nèi)容

1)聚合物乳液水泥混合性試驗(yàn)

參照J(rèn)TJ052—2000《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中 T0657—1993水泥混合性試驗(yàn)進(jìn)行操作。

2)水泥乳化瀝青砂漿的配制

稱取配合比質(zhì)量的乳化瀝青、水、消泡劑以及待測試的聚合物乳液(試驗(yàn)中聚合物乳液取代乳化瀝青質(zhì)量的11%)，慢速攪拌30 s將液料混合均勻，依次加入干粉料以及引氣劑，高速攪拌180～300 s，然后進(jìn)行流動(dòng)度、含氣量等測試。在性能指標(biāo)滿足科技基［2008］74號文規(guī)定值的前提下，成型 φ50 mm×50 mm的砂漿試樣。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 聚合物乳液水泥混合性試驗(yàn)研究

聚合物乳液主要起改善水泥乳化瀝青砂漿性能的作用，而水泥作為砂漿的主要活性組成材料，其對聚合物乳液有較強(qiáng)的選擇性，因此首先進(jìn)行了聚合物乳液的水泥混合性試驗(yàn)(見圖1)。

圖1 聚合物乳液的水泥混合性測試

聚合物乳液與水泥的混合性試驗(yàn)主要有三種結(jié)果:其中一部分聚合物乳液在與水泥的混合過程中出現(xiàn)了破乳;一部分聚合物乳液雖然與水泥具有相對較好的混合性，但混合物的篩上殘留物大于規(guī)范指標(biāo)1.0%;另一部分聚合物乳液不僅與水泥具有好的混合性，并且混合物篩上殘留物質(zhì)量滿足技術(shù)條件要求［3］。

2.2 摻加聚合物乳液的水泥乳化瀝青砂漿可工作性能研究

對滿足水泥混合性要求的9種聚合物乳液，在20℃條件下進(jìn)行了砂漿的拌合試驗(yàn)，考察聚合物乳液加入后對砂漿可工作性能的影響，見圖2。

圖2 不同聚合物乳液制得砂漿的工作性能

圖2表明:雖然聚合物乳液單獨(dú)與水泥有良好的混合性能，但制得水泥乳化瀝青砂漿的可工作性能仍存在較大的差異。其中3#，5#，11#聚合物乳液制得的水泥乳化瀝青砂漿隨著工作時(shí)間的延長，流動(dòng)性明顯變差;而8#聚合物乳液制得的水泥乳化瀝青砂漿在攪拌過程中出現(xiàn)了材料離析、沉砂現(xiàn)象，由此造成流動(dòng)度明顯降低，經(jīng)檢測8#聚合物乳液制得砂漿的材料分離度為2.7%，遠(yuǎn)大于水泥乳化瀝青砂漿所要求的1%的技術(shù)指標(biāo)。

在滿足水泥乳化瀝青砂漿可工作性能的基礎(chǔ)上，對不同聚合物乳液制得的水泥乳化瀝青砂漿的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了測試，見圖3。

由圖3可得:6#，15#制得水泥乳化瀝青砂漿的1 d抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)低于0.1 MPa，不能較好地滿足施工要求;1#，2#，13#聚合物乳液制得砂漿的抗壓強(qiáng)度較高，其中在砂漿硬化前，13#聚合物乳液制得砂漿的表面有淺白色液體析出、泌膠。由此通過篩選，1#，2#聚合物乳液基本滿足要求。

圖3 不同聚合物乳液制得砂漿的抗壓強(qiáng)度

2.3 聚合物乳液制得水泥乳化瀝青砂漿溫度適應(yīng)性研究

為了考察聚合物乳液的溫度適應(yīng)性，采用 PⅡ42.5，PⅡ52.5兩種規(guī)格的硅酸鹽水泥，分別在5℃，20℃，35℃溫度下進(jìn)行了添加1#，2#聚合物乳液的水泥乳化瀝青砂漿的拌合試驗(yàn)，制得砂漿的工作性能見圖4～圖7。

圖4 不同溫度下，1#聚合物乳液制得砂漿流動(dòng)度隨工作時(shí)間的變化

圖5 不同溫度下，1#聚合物乳液制得砂漿含氣量隨工作時(shí)間的變化

圖6 不同溫度下，2#聚合物乳液制得砂漿流動(dòng)度隨工作時(shí)間的變化

圖7 不同溫度下，2#聚合物乳液制得砂漿含氣量隨工作時(shí)間的變化

通過對5℃，20℃，35℃溫度條件下對添加1#，2#聚合物乳液的水泥乳化瀝青砂漿的可工作性能考察發(fā)現(xiàn):

1)1#聚合物乳液的溫度適應(yīng)性較好，在5℃ ～35℃溫度條件下制得的水泥乳化瀝青砂漿均有較好的可工作性能，在60 min的工作時(shí)間內(nèi)砂漿流動(dòng)度能夠保持在18～26 s之間，含氣量基本保持在8% ～12%;

2)2#聚合物乳液的溫度適應(yīng)性較差，僅在5℃，20℃條件下制得砂漿擁有較好的工作性能，而不能滿足5℃～35℃范圍內(nèi)水泥乳化瀝青砂漿的工作性能。

基于以上試驗(yàn)，1#聚合物乳液與水泥、乳化瀝青等砂漿原材料相容性良好，制備出的水泥乳化瀝青砂漿具有良好的溫度適應(yīng)性?？梢?#聚合物乳液滿足CRTSⅠ型水泥乳化瀝青砂漿的選擇性要求，其物性測試結(jié)果見表1。

表1 1#聚合物乳液物性檢測結(jié)果

3 結(jié)論

通過對聚合物乳液與水泥乳化瀝青砂漿及其原材料的選擇性試驗(yàn)的研究發(fā)現(xiàn)，聚合物乳液與水泥、乳化瀝青以及砂漿之間是具有相互選擇性的，一個(gè)適應(yīng)性良好的水泥乳化瀝青砂漿用聚合物乳液應(yīng)具備以下條件:

1)聚合物乳液與水泥、乳化瀝青等原材料應(yīng)有良好的相容性;

2)聚合物乳液應(yīng)具有良好的溫度適應(yīng)性，能保證5℃～35℃時(shí)制得的水泥乳化瀝青砂漿具有良好的工作性能。

［1］何華武.無砟軌道技術(shù)［M］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［2］中國鐵道科學(xué)研究院.無砟軌道乳化瀝青水泥砂漿的研發(fā)-A分報(bào)告之一:SL-1型水泥乳化瀝青砂漿的研究［R］.北京:中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，2008.

［3］李海燕，江成，吳韶亮，等.客運(yùn)專線鐵路 CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件［M］.北京:中國鐵道出版社，2008.