山砂CA砂漿的正交試驗(yàn)研究

周 靈，楊 松

(貴州中建建筑科研設(shè)計(jì)院有限公司，貴州貴陽 550006)

CA砂漿是水泥瀝青砂漿英文名稱cement asphalt mortar的首字母縮寫，也稱CAM，是一種由水泥、乳化瀝青、細(xì)骨料(砂)、混合料、水、鋁粉和功能外加劑等多種原材料組成，經(jīng)水泥水化硬化與瀝青破乳膠結(jié)共同作用而形成的一種新型有機(jī)—無機(jī)復(fù)合材料。CA砂漿填充于軌道板與混凝土道床之間厚度約50mm的扁平狀空間內(nèi)，主要起到支承軌道板，緩沖高速列車荷載與減振的作用。其中，山砂CA砂漿(MCAM)是一種細(xì)骨料采用機(jī)制山砂(MFA)來制備的CA砂漿。本文主要通過正交試驗(yàn)研究在CRTSⅠ型板中用山砂作為CA砂漿的細(xì)骨料對(duì)材料各項(xiàng)性能的影響。

1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

水泥(C)采用烏江P.O 42.5水泥，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合《通用硅酸鹽水泥》GB 175—2007，具體見表1。

乳化瀝青(A)采用客運(yùn)專線鐵路板式無砟軌道專用的陽離子乳化瀝青，其性能指標(biāo)見表2。

表1 水泥的主要性能

粒子極性低溫貯存性貯存性/% 蒸發(fā)殘留物1 d 25℃5 d 25℃固含量/%針入度/0.01 mm延度/cm 5℃ 15℃+ 合格0.4 1.9 60 91 36.1 69.5

機(jī)制山砂系巖石經(jīng)專門機(jī)械破碎篩分制成，試驗(yàn)用山砂采用打砂機(jī)自制并進(jìn)行篩分處理，使其細(xì)度模數(shù)和級(jí)配可根據(jù)試驗(yàn)要求隨時(shí)調(diào)整，其基本物理性能見表3。

表3 山砂的主要性能

外加劑包括:貴州中建建筑科研設(shè)計(jì)院研制高效減水劑、上海箭宇化工生產(chǎn)有機(jī)硅消泡劑、新沂飛皇化工生產(chǎn)TC-R引氣劑和河南遠(yuǎn)洋鋁業(yè)生產(chǎn)200目微細(xì)球形鋁粉等。

1.2 山砂的特點(diǎn)

山砂顆粒級(jí)配分Ⅰ，Ⅱ兩區(qū)，具體見表4。

從山砂的級(jí)配中可以看出，山砂中含有一定量的粉末，這對(duì)于改善新拌CA砂漿的稠度，增強(qiáng)其流動(dòng)性有所幫助，但若粉末含量過多，又會(huì)對(duì)CA砂漿帶來一定的不利影響。

1.3 試驗(yàn)方法

CA砂漿的試驗(yàn)研究，主要依據(jù)《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》科技基［2008］74號(hào)進(jìn)行，有以下幾項(xiàng)試驗(yàn):

1)流動(dòng)度:是指將攪拌好的砂漿注入特制漏斗(上口直徑φ70mm，下口直徑φ10mm，高度450mm)至規(guī)定容積，砂漿從漏斗全部流出所經(jīng)歷的時(shí)間。其流動(dòng)度應(yīng)在18～26 s。

2)可工作時(shí)間:是指砂漿處于規(guī)定的流動(dòng)度范圍內(nèi)(18～26 s)所經(jīng)歷的時(shí)間，其可工作時(shí)間一般要求不少于30min。

3)泛漿率與分離度:將流動(dòng)度試驗(yàn)時(shí)經(jīng)30min拌合的CA砂漿，用直徑50mm，長500mm以上的聚乙烯袋取樣，24 h以后目測(cè)，以材料是否分離以及是否有浮水為判定標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)將攪拌好的砂漿澆入φ50×50mm的圓柱體模具中，22 h左右拆模，24 h時(shí)用游標(biāo)卡尺量取試樣兩底面之間的距離，然后將其均分為上、下兩等分并稱其重量，以判定材料的分離度。

4)抗壓強(qiáng)度:試塊尺寸為φ50×50mm的圓柱體，加載速率為1 mm/min，測(cè)試各齡期的抗壓強(qiáng)度，養(yǎng)生條件:(20±3)℃，(90±2)%RH。CA砂漿的強(qiáng)度要求為1 d抗壓強(qiáng)度 ＞0.1 MPa，7 d抗壓強(qiáng)度 ＞0.7 MPa，28 d 抗壓強(qiáng)度 ＞1.8 MPa。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

課題組按照山砂CA砂漿研究計(jì)劃進(jìn)行了正交試驗(yàn)，并從9組配比中選擇了3組作為主要材料的基準(zhǔn)配比，為下一步優(yōu)化CA砂漿的性能奠定了基礎(chǔ)。試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到預(yù)期效果。CA砂漿正交配合比，正交試驗(yàn)結(jié)果和各因素水平趨勢(shì)分別見表5、表6和圖1。

CA砂漿的流動(dòng)度與可工作時(shí)間是保證板式軌道CA砂漿現(xiàn)場(chǎng)灌注施工質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)。流動(dòng)度過大，CA砂漿會(huì)增加離析的可能性;流動(dòng)度過小，CA砂漿較為黏稠，難以填充密實(shí)，影響灌注質(zhì)量。從圖2中可以看出，山砂CA砂漿在拌合后20min內(nèi)的流動(dòng)度損失并不明顯，在40min后流動(dòng)度損失較為迅速。山砂CA砂漿的這一特性決定了其目前的施工工藝必須是在現(xiàn)場(chǎng)攪拌生產(chǎn)，才能滿足現(xiàn)場(chǎng)澆注對(duì)其流動(dòng)性的要求。

表5 山砂CA砂漿正交配比

表6 山砂CA砂漿正交試驗(yàn)結(jié)果

2.2 結(jié)果分析

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出:

1)對(duì)CA砂漿28 d抗壓強(qiáng)度影響因素由大到小依次為:水泥、乳化瀝青和山砂，在相同水灰比的情況下，水泥與乳化瀝青間的比值是影響CA砂漿抗壓強(qiáng)度的主要因素，而山砂的摻量對(duì)強(qiáng)度的影響最弱。

2)從各因素水平趨勢(shì)圖上可以看出，隨著水泥用量的增加，CA砂漿的強(qiáng)度急劇上升;而隨著乳化瀝青用量的增加，CA砂漿的強(qiáng)度急劇下降。而CA砂漿自身既需要一定的強(qiáng)度，又需要一定的柔韌性，其強(qiáng)度不能過高或過低。據(jù)此，基準(zhǔn)水乳比(水泥與乳化瀝青的比值)C/A值宜控制在0.6～0.7之間。這也契合了在《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》中要求乳化瀝青與水泥的比值應(yīng)不小于1.4的規(guī)定。

3)CRTSⅠ型板對(duì)CA砂漿的28 d抗壓強(qiáng)度的要求為＞1.8 MPa。據(jù)此，在9組配比中優(yōu)選出3組(試驗(yàn)號(hào)4，7，8)作為進(jìn)一步試驗(yàn)的基準(zhǔn)配合比。用以試驗(yàn)研究各組成材料對(duì)山砂CA砂漿性能的影響，從而為配合比的優(yōu)化提供依據(jù)。同時(shí)，這3組配合比在泛漿率與分離度測(cè)試中均為合格。

3 結(jié)語

CA砂漿組成材料復(fù)雜，水泥在瀝青乳液環(huán)境中水化，乳化瀝青在水泥水化環(huán)境中破乳，再加上各種外加劑和山砂粉末的影響，這本身對(duì)材料的相適性就有較高的要求。本試驗(yàn)研究正是基于以上考慮，選擇了應(yīng)用正交試驗(yàn)的方法初選配合比，再進(jìn)一步優(yōu)化的方式，以節(jié)約試驗(yàn)次數(shù)與成本。

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