CA 砂漿流動(dòng)度的影響因素研究

程 彥 鄭延昭(衢州方圓檢測(cè)有限公司，浙江 衢州324004)

1 前言

水泥乳化瀝青砂漿（cement and emulsified asphalt mortar， 簡(jiǎn)稱(chēng)CA 砂漿）是板式無(wú)砟軌道系統(tǒng)軌道板與底板之間的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料，厚度為30～60mm，起支撐、調(diào)節(jié)、吸振和隔振等作用，是高速鐵路系統(tǒng)的關(guān)鍵功能材料之一。新拌CA 砂漿為水泥、乳化瀝青、砂、水和各種外加劑等形成的介穩(wěn)懸浮體[1-2]。流動(dòng)度是CA 砂漿實(shí)現(xiàn)其灌注施工的首要參數(shù)，也是CA 砂漿拌合時(shí)最先控制的參數(shù)，流動(dòng)度將直接關(guān)系到砂漿充填層的灌注飽滿(mǎn)度，從而對(duì)施工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響，流動(dòng)度不合格將導(dǎo)致分層與離析而影響砂漿的穩(wěn)定性與耐久性[3]。根據(jù)《CRTS Ⅰ型板式無(wú)砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件》的要求，CA 砂漿“J”型漏斗流下時(shí)間（流動(dòng)度）須控制在18～26s 之間，以滿(mǎn)足灌注施工時(shí)注入高度為50mm，而長(zhǎng)度為4962mm 的空間。

論文通過(guò)試驗(yàn)，研究了水膠比、砂膠比、聚膠比、外加劑的種類(lèi)和摻量等對(duì)CA 砂漿流動(dòng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果對(duì)CA 砂漿的配合比設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)拌制具有一定的指導(dǎo)意義。

2 . 試驗(yàn)結(jié)果與討論

（1）水膠比

采用自來(lái)水研究水膠比（水/膠凝材料）對(duì)CA 砂漿流動(dòng)度的影響。圖1 表明當(dāng)水膠比從0.7增大到0.85，流動(dòng)時(shí)間由30s 減小到13s，隨著水膠比的增大，砂漿的流出時(shí)間減小，流動(dòng)度變大。這是因?yàn)樗z比增大，新拌砂漿固體顆粒間的距離增大，顆粒間的粘聚力、范德華力、內(nèi)摩擦力均減小，從而導(dǎo)致新拌從“J”型漏斗流下所需時(shí)間的減小，流動(dòng)度也相應(yīng)變小[4]。但當(dāng)水膠比過(guò)大時(shí)，砂漿的流動(dòng)度甚至?xí)∮?8s，新拌砂漿的穩(wěn)定性將較差，以致出現(xiàn)砂的下沉與氣泡的上浮，發(fā)生離析與泌水，給硬化砂漿的力學(xué)與耐久性能帶來(lái)嚴(yán)重影響。因此，流動(dòng)度并非越小越好。

圖1 水膠比對(duì)流動(dòng)度的影響

（2）砂膠比

采用細(xì)度模數(shù)為1.4～1.8 的機(jī)制硅砂研究砂膠比（砂/膠凝材料）對(duì)CA 砂漿流動(dòng)度的影響。圖2 的結(jié)果表明，砂膠比越大，砂漿的流動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，流動(dòng)度越大。當(dāng)水膠比確定為0.75 時(shí)，砂膠比從1.0 增大到2.0，砂漿的流動(dòng)時(shí)間從12s 增加到37s。在新拌CA 砂漿中，膠漿除填充骨料的空隙外，還包裹在細(xì)骨料的周?chē)纬梢欢ê穸鹊臐?rùn)滑層，借以減小骨料顆粒間的摩擦力。在水膠比不變的條件下，單純?cè)黾覥A 砂漿單位體積中砂的用量，則砂漿單位體積中的瀝青水泥膠漿相應(yīng)地有所減少，這勢(shì)必會(huì)減少骨料表面包裹層的厚度，用以包裹砂滾動(dòng)的膠漿漸漸變少，砂漿的粘度增大，減小潤(rùn)滑作用，砂漿會(huì)顯得比較干稠，致使流動(dòng)度變大[5]。

圖2 砂膠比對(duì)流動(dòng)度的影響

（3）聚膠比

圖3 表明，在固定水膠比和砂膠比的情況下，單純?cè)黾訂挝惑w積中瀝青（固含量）的含量，會(huì)導(dǎo)致新拌CA砂漿的流動(dòng)度增加，這主要是瀝青（固含量）的增加，瀝青水泥復(fù)合膠漿體系的粘度增大，導(dǎo)致漿體流出時(shí)間變小，流動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)，流動(dòng)度變大。

圖3 聚膠比對(duì)流動(dòng)度的影響

（4）減水劑

在新拌CA 砂漿中其他組分不變的情況下，加入一定量的聚羧酸減水劑，以研究減水劑對(duì)CA砂漿流動(dòng)度的影響。圖4 表明隨著減水劑摻量的增加，砂漿的流動(dòng)時(shí)間逐漸變小，流動(dòng)度也相應(yīng)變小，而且減小比較顯著。這是因?yàn)樗嗉铀韬虾螅捎谒囝w粒間范德華力和靜電力的作用，使水泥漿形成絮凝結(jié)構(gòu)，有部分的拌合水（游離水）被包含在其中，從而降低了砂漿的流動(dòng)性。當(dāng)加入適量的減水劑后其憎水基團(tuán)定向吸附于水泥顆粒表面，在電荷斥力與空間位阻力等的作用下，使形成的絮凝結(jié)構(gòu)解體，釋放出原先封閉與其中的游離水，有效地提高了砂漿的流動(dòng)性。

圖4 減水劑對(duì)流動(dòng)度的影響

（5）增稠劑

由顆粒沉降的stokes 定律可知，增大液相的粘度將降低顆粒在漿體中的沉降速度，進(jìn)而提高漿體的穩(wěn)定性，因此CA 砂漿中通常加入一定量的增稠劑來(lái)提高砂漿粘度，避免新拌砂漿的離析與泌水。但同時(shí)增稠劑摻量不能過(guò)高，不能影響砂漿的流動(dòng)性和使最大用水量超標(biāo)。如圖5 所示，在加入一定量的纖維素醚類(lèi)增稠劑的情況下，CA砂漿的流動(dòng)時(shí)間明顯增加。增加砂漿稠度，并有效克服復(fù)合膠凝材料漿體的離析現(xiàn)象，在適當(dāng)摻量的增稠劑作用下，砂漿的流動(dòng)性和保水性方面都有較好表現(xiàn)[6]。

圖5 增稠劑對(duì)流動(dòng)度的影響

3 結(jié)論

新拌CA 砂漿的流動(dòng)度受到液相的粘度、膠凝材料和砂子等固相粒子的體積分?jǐn)?shù)以及液相與固相間的作用力等有關(guān)。在CA 砂漿體系中，液相的粘度可以通過(guò)增稠劑來(lái)調(diào)節(jié)，而液相與固相間的作用力可以通過(guò)減水劑來(lái)調(diào)節(jié)。通過(guò)“J”型漏斗試驗(yàn)得到CA 砂漿流動(dòng)度與組成配比的關(guān)系規(guī)律如下：

（1）在新拌CA 砂漿中，水膠比將使體系固相粒子的體積分?jǐn)?shù)減小而使砂漿的流動(dòng)度減小，而砂膠比、聚膠比將使體系固相粒子的體積分?jǐn)?shù)增大而使砂漿的流動(dòng)度增大。

（2）增稠劑將增大新拌CA 砂漿液相的粘度，而使其流動(dòng)度增大，同時(shí)砂漿的抗離析與泌水能力增強(qiáng)。

（3）減水劑將導(dǎo)致水泥加水后形成的絮凝結(jié)構(gòu)解體，釋放出游離水，削弱液相與固相間的作用力而使新拌CA 砂漿的流動(dòng)度增加。

[1]曾曉輝,謝友均,鄧德華,等．新拌水泥乳化瀝青砂漿導(dǎo)電特性及其應(yīng)用[J]．建筑材料學(xué)報(bào),2011,14(1):55-60．

[2]KATSUOSHI A． Development of slab tracks for Hokuriku Shinkansen line[J]．Quarterly Report of RITI(Railway Technical Research Institute),2001,42(1):35-41．

[3] 曾 曉 輝, 鄧 德 華, 謝 友 均．CRTS Ⅰ型 水 泥 乳化瀝青砂漿的毛細(xì)吸水特性[J]． 西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),2011,46(2):24-29．

[4]趙東田, 王鐵成,劉學(xué)毅,伍林．板式無(wú)碴軌道CA 砂漿的配制和性能 [J]．天津大學(xué)學(xué)報(bào),2008,41(7):793-799．

[5]左景奇，姜其斌，蔡彬芬．板式軌道CA 砂漿專(zhuān)用瀝青乳液的試驗(yàn)研究[J]．鐵道建筑技術(shù),2005,2:68-71．

[6]王發(fā)洲,王濤,胡曙光等．CA 砂漿的流變特性[J]．武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2008,41(4):69-72．