CRTSⅠ型板式軌道水泥瀝青砂漿試驗研究

2012-05-14 10:32:36李興旺

鐵道標準設計 2012年7期

李興旺

(中鐵十五局集團有限公司，河南洛陽 471013)

1 概述

CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥瀝青砂漿(下稱，砂漿)是高速鐵路無砟軌道結構的重要組成部分，位于軌道板與混凝土底座之間，主要由水泥、乳化瀝青、細骨料、乳液、外加劑和水等混合組成，屬多級多相復合材料［1-4］。該材料固化后，既能為結構提供所需的強度，又能為結構提供一定的彈性，在無砟軌道結構中發揮重要的作用。根據以往工程實踐經驗，水泥品種、骨料細度模數、乳化瀝青及乳液性能等均會對CRTSⅠ型板式無砟軌道的水泥瀝青砂漿性能產生影響［5-7］。基于此，本文系統研究了水泥瀝青砂漿材料組成與其性能之間的影響關系，對全面提升水泥瀝青砂漿性能具有一定的借鑒意義。

2 試驗材料及設備

2.1 主要試驗材料

主要試驗材料包括水泥、細骨料、乳液、乳化瀝青、鋁粉等。

2.2 主要試驗設備

主要試驗設備包括水泥瀝青砂漿攪拌機、材料試驗機、耐候箱、凍融循環試驗機、疲勞試驗機、黃銅漏斗、各類試模及其他試驗設備。

3 試驗結果及分析

3.1 水泥對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度形成，同時也是影響水泥瀝青砂漿其他性能的重要因素。

試驗選用了不同品種的水泥和不同的膠凝材料摻加量，測試結果如表1、圖1所示。

表1 不同品種水泥對砂漿強度的影響 MPa

圖1 膠砂比對CA砂漿強度的影響

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

3.2 細骨料對砂漿性能的影響

細骨料是砂漿另一重要的組成材料。試驗結果見圖2、圖3。

圖2 細度模數對砂漿材料分離度的影響

圖3 流動時間對砂漿材料分離度的影響

從圖2中可以看出，細骨料的細度模數小，砂漿材料分離度相應變小，這能使材質分布越均勻。但并不是細度模數越小越好，細度模數過小，會使砂漿加水量增加，這種因增加額外用水量而導致的流動時間變小，單位體積質量變輕，澆筑時會有氣泡浮起，產生片狀分層，最終影響砂漿強度、彈性模量和耐久性不足。可見，細骨料的細度模數對提高砂漿整體性能有著顯著的影響。因此，在配置砂漿時要選擇適宜細度模數的細骨料。

圖3反映了流動時間對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時間的增加而減小。

綜合細度模數及流動時間對材料分離度的影響分析可知，在材料分離度滿足指標要求的情況下，為保證一定的流動度，細骨料適宜的細度模數宜選擇在0.8～1.5。

3.3 乳液對砂漿性能的影響

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。乳液選取時必須確保與乳化瀝青和水泥的相容性要好。根據實踐經驗，不同品種的乳液，對新拌砂漿混合物性能具有不同的影響。

本試驗采用3種不同乳液，分別對2個不同配合比砂漿拌和物可工作時間進行研究，見表2。結果表明，1型、2型乳液均會通過促進乳化瀝青快速破乳，而導致新拌砂漿很快失去流動性，以致可工作時間大幅縮短，不利于現場施工;3型乳液對新拌砂漿的工作性能則不會產生任何負面影響。因此，選擇與乳化瀝青相適應的乳液對改善砂漿的性能具有重要影響。

表2 不同乳液對新拌砂漿流動時間的影響

3.4 乳化瀝青對砂漿性能的影響

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，同時對砂漿材料的早期強度、材料分離度、彈性模量、抗凍性和耐久性都有顯著的影響。一般來說，黏度大、儲存穩定、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離子、陰離子和非離子(兩性離子)。試驗表明，顆粒極性為非離子乳化瀝青，能夠較好的發揮與乳液和水泥的協同效應，從而改善乳化瀝青的存儲穩定性和水泥混合性。因此，本試驗選用顆粒極性為非離子的乳化瀝青，并且在同一配合比中，通過采用不同性能的乳化瀝青的研究，來考察乳化瀝青與砂漿性能之間的關系。試驗結果如表3、表4所示。

通常認為，砂漿分離度和砂漿流動度與瀝青黏度的關系最為密切。限于篇幅，論文僅對砂漿分離度與瀝青黏度的關系，以及砂漿流動度與瀝青黏度的關系進行分析，如圖4～圖5所示。結果表明，砂漿材料分離度隨乳化瀝青黏度的增大而減小，砂漿流動度隨乳化瀝青黏度的增大而增大。