李良英，袁 鋒

（蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

CRTSⅠ型板式無砟軌道CA砂漿制備及其性能研究

李良英，袁 鋒

（蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

CA砂漿作為全面支承軌道板的墊層結(jié)構(gòu)，對(duì)板式軌道結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、耐久性與安全性有直接的影響。該試驗(yàn)自行復(fù)配了制備乳化瀝青的乳化劑，采用正交試驗(yàn)確定了乳化瀝青的最佳配方，經(jīng)驗(yàn)證此配方各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)能滿足《客運(yùn)專線鐵路CRTS I型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件》相關(guān)要求，并且具有良好的存貯穩(wěn)定性和水泥適應(yīng)性；用該乳化瀝青在室內(nèi)拌制CA砂漿，其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求，并在此基礎(chǔ)上分析了影響CA砂漿強(qiáng)度的因素。

無砟軌道；CA砂漿；乳化瀝青

0　引言

CA砂漿應(yīng)用于我國客運(yùn)專線鐵路和城市軌道交通建設(shè)中，其生產(chǎn)制備技術(shù)卻被發(fā)達(dá)國家壟斷，轉(zhuǎn)讓費(fèi)昂貴，并且進(jìn)口產(chǎn)品品種單一，不能按照工程的實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，給該種材料的應(yīng)用帶來一定困難，CA砂漿的特點(diǎn)是水泥砂漿強(qiáng)度高、耐久性長、瀝青材料彈性好，然而其性能絕非瀝青材料性質(zhì)和水泥等材料的簡(jiǎn)單組合[1-3]，而是各組成材料相互作用、相互影響的結(jié)果。CA砂漿集工作性能、力學(xué)性能、耐久性等為一體，是用于軌道板與底座之間的填充減振砂漿，其各項(xiàng)性能之間相互聯(lián)系又相互制約。良好的灌注性、均質(zhì)性和自流平密實(shí)性是CA砂漿滿足無砟軌道填充性能的必要條件，而CA砂漿較好的支撐力、彈性性能與長期耐久及耐候性能是滿足軌道的減振性能的必備條件，因而需對(duì)CA砂漿進(jìn)行系統(tǒng)的研究。不同地區(qū)、不同氣候特點(diǎn)的CA砂漿在結(jié)構(gòu)上差異較大。因此，通過試驗(yàn)研究，制備出適合我們國家需要的CA砂漿材料，并對(duì)其強(qiáng)度、工作時(shí)間、膨脹率及分離度等性能進(jìn)行研究，對(duì)于促進(jìn)CA砂漿的國產(chǎn)化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)我國客運(yùn)專線快速發(fā)展、增進(jìn)材料學(xué)的實(shí)踐性應(yīng)用均有重要意義[4-8]。

1　制備CA砂漿專用乳化瀝青

1.1乳化瀝青選擇

在制備乳化瀝青的過程中，原材料的選定十分重要，參照前人的成果并通過實(shí)驗(yàn)室大量的優(yōu)選試驗(yàn)，選取埃索—90#基質(zhì)瀝青為原材料，見表1。

表1　埃索-90#基質(zhì)瀝青性能指標(biāo)

1.2乳化劑

乳化劑是影響乳化瀝青破乳過程的關(guān)鍵因素，使用兩種或兩種以上的乳化劑稱為復(fù)合型乳化劑，在此采用阿克蘇4875慢裂快凝型陽離子乳化劑與NP-40非離子型乳化劑復(fù)配進(jìn)行乳化瀝青的生產(chǎn)，乳化劑見圖1。

圖1　4875乳化劑

1.3其它外加劑

（1）穩(wěn)定劑

為改善乳化瀝青的穩(wěn)定性，經(jīng)常加入穩(wěn)定劑來提高乳化瀝青的穩(wěn)定性能。根據(jù)試驗(yàn)對(duì)比，本實(shí)驗(yàn)最終選用了無機(jī)鹽類氯化銨作為穩(wěn)定劑。

（2）增稠劑

為了滿足制備的客運(yùn)專線鐵路CA砂漿專用乳環(huán)瀝青的黏度，乳化瀝青的增稠劑選用纖維素醚。

（3）pH調(diào)節(jié)劑

乳化劑如需獲得最大的溶解度，得處在一定的pH值狀態(tài)下。每一種乳化劑對(duì)于pH值溶解度的要求不同，本次試驗(yàn)研究選用HCl溶液作為復(fù)合型乳化劑的pH值調(diào)節(jié)劑，見圖2。

圖2　pH調(diào)節(jié)劑

1.4乳化瀝青的制備工藝

生產(chǎn)乳化瀝青時(shí)，先將瀝青加熱至145℃后加入瀝青罐中，設(shè)置保溫145℃，再將配置好的皂液加熱至55℃后加入皂液罐設(shè)置保溫55℃，待儀器流量、溫度控制恒定時(shí)開始生產(chǎn)乳化瀝青。通過蒸發(fā)殘留物含量實(shí)驗(yàn)，計(jì)算測(cè)得生產(chǎn)的乳化瀝青固含量為60%，在規(guī)范要求的60%～70%之間。同時(shí)對(duì)乳化瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性和水泥拌合性也進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

乳化瀝青的制備工藝流程見圖3。

圖3　乳化瀝青制備工藝流程圖

2　 CA砂漿制備

2.1技術(shù)思路

CA砂漿由乳化瀝青、水泥、細(xì)砂、水、鋁粉、引氣劑和消泡劑等多種原材料在特定的拌合條件下拌制而成，其配方的選擇是本研究的核心所在。CA砂漿也需具有特殊的抗凍和耐候的需求，確定配方時(shí)，本研究在京滬高鐵使用的泵送CA砂漿配方的基礎(chǔ)上，對(duì)原有的CA砂漿配方通過添加聚合物乳液和采用復(fù)配乳化劑等方面進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)該配方進(jìn)行強(qiáng)度、流動(dòng)度、分離度、含氣量、彈性模量、耐久性等性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，聚合物乳液可以有效的提高CA砂漿的抗凍性能和彈性模量，自行復(fù)配的乳化劑有效的降低了CA砂漿的分離度，并有助于合理的調(diào)整CA砂漿的含氣量，見圖4。

圖4　CA砂漿制備及其性能研究技術(shù)路線圖

2.2制備過程

由于CA砂漿要求有很高的性能，所以對(duì)其原材料也有很高的要求。試驗(yàn)采用了自行復(fù)配的乳化瀝青、規(guī)范要求的級(jí)配骨料，強(qiáng)度為42.5的硅酸鹽水泥以及其他添加劑作為制備CA砂漿的原材料。通過查閱文獻(xiàn)及相關(guān)專家指導(dǎo)，經(jīng)過大量的對(duì)比試驗(yàn)確定了本項(xiàng)目的CA砂漿配方，CA砂漿拌合工藝流程見圖5。

圖5　CA砂漿拌合工藝流程圖

以上配方制備的CA砂漿進(jìn)行了強(qiáng)度、流動(dòng)度、分離度、含氣量和彈性模量檢測(cè)，并重點(diǎn)分析了影響CA砂漿抗壓強(qiáng)度的因素。CA砂漿強(qiáng)度和各種選料的用量有重要關(guān)系，本實(shí)驗(yàn)制備的CA砂漿5 min時(shí)工作時(shí)間為11 s，30 min時(shí)工作時(shí)間為14.8 s。實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的分離度為0.43%，小于規(guī)范允許值（小于1.0%）。為滿足抗凍性能要求，CA砂漿中必須含有一定的微氣孔，微氣孔含量由CA砂漿的含氣量控制。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的含氣量為11.2%，滿足規(guī)范要求。CA砂漿墊層除了具備一定強(qiáng)度外，還為軌道結(jié)構(gòu)提供彈性，規(guī)范要求CA砂漿彈性模量必須在100～300 MPa之間。本實(shí)驗(yàn)CA砂漿彈性模量為192.4 mPa，滿足規(guī)范要求，見表2。

表2　CA砂漿配方及其作用　（單位：g）

3　結(jié)論

據(jù)本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，水泥、乳化瀝青和砂的用量是影響CA砂漿強(qiáng)度的主次因素；絕對(duì)用水量：水泥=0.78～1.03時(shí)，新拌制的CA砂漿初始流動(dòng)度為23～16 s，其28 d抗壓強(qiáng)度可以滿足1.8～2.5 MPa要求；引氣劑摻量為0.6‰～1.7‰時(shí)，新拌CA砂漿空氣含量8.2%～14.5%，其硬化體28d抗壓強(qiáng)度能滿足1.8～2.5 MPa的要求。

本文研究了水泥、乳化瀝青、砂和引氣劑等材料用量大小對(duì)CA砂漿硬化體強(qiáng)度的影響規(guī)律，研究結(jié)果可對(duì)CA砂漿制備與研究提供一定的參考。

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圖2　清水江風(fēng)雨橋施工照片圖

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U214.3

A

1009-7716（2016）10-0134-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.043

2016-06-20

李良英（1979-），男，山西原平人，講師，從事土木工程教學(xué)、研究工作。