外加劑對(duì)無砟軌道快速搶修砂漿性能的影響

羅桂秀

(中鐵十九局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧遼陽(yáng)111000)

外加劑對(duì)無砟軌道快速搶修砂漿性能的影響

羅桂秀

(中鐵十九局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧遼陽(yáng)111000)

研究了不同早強(qiáng)劑和流變改性劑對(duì)快速搶修砂漿抗壓強(qiáng)度和可工作性能的影響。結(jié)果表明:合適的早強(qiáng)劑能夠使得快速搶修砂漿具有良好的小時(shí)強(qiáng)度;適宜的流變改性劑能夠保證快速搶修砂漿具有較好的可工作性能;隨著溫度條件改變，早強(qiáng)劑和流變改性劑的復(fù)配比例也要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以保證制得的快速搶修砂漿既能具有適宜的可工作性能，又能在短時(shí)間內(nèi)形成結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)快速硬化，并且有利于長(zhǎng)齡期抗壓強(qiáng)度的穩(wěn)定增長(zhǎng)。

快速搶修砂漿;外加劑;早強(qiáng)劑;流變改性劑;制備技術(shù);無砟軌道

水泥乳化瀝青砂漿充填層是板式無砟軌道結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的功能材料和薄弱環(huán)節(jié)之一。隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的推移，軌道結(jié)構(gòu)和砂漿充填層難免會(huì)發(fā)生變化或破損，進(jìn)而影響軌道的壽命和行車的安全。

當(dāng)砂漿充填層邊角破損或與軌道板有較小離縫時(shí)，采用有機(jī)樹脂就能取得較好的維修效果［1］。當(dāng)路基沉降造成連續(xù)幾塊或者幾十塊軌道板與砂漿產(chǎn)生較大離縫，或突發(fā)事件導(dǎo)致需要再次灌注充填層砂漿并盡快恢復(fù)通車運(yùn)營(yíng)時(shí)，采用有機(jī)樹脂則難以達(dá)到維修要求。為了更好地實(shí)施上述較大規(guī)模砂漿充填層的搶修和維護(hù)，進(jìn)行了有機(jī)-無機(jī)復(fù)合快速搶修材料的制備研究［2-5］。在研究過程中發(fā)現(xiàn)，快速凝結(jié)硬化性能與可工作性能是影響快速搶修砂漿制備的主要因素。因此，本文重點(diǎn)考察了復(fù)合早強(qiáng)劑與流變改性劑對(duì)快速搶修砂漿可工作性能和抗壓強(qiáng)度的影響，以期制備出小時(shí)抗壓強(qiáng)度與可工作性能均滿足要求的快速搶修砂漿。

1　試驗(yàn)部分

1.1主要原材料

乳化瀝青采用CRTSⅠ型高鐵陽(yáng)離子乳化瀝青;聚合物乳液為TD-08型聚丙烯酸乳液;干粉料由42.5快硬硫鋁酸鹽水泥和細(xì)度模數(shù)為1.6、表觀密度為2.65 g/cm3的機(jī)制砂以及適量的發(fā)氣劑機(jī)械混合而成;早強(qiáng)劑和流變改性劑由實(shí)驗(yàn)室采購(gòu)后復(fù)配而成。

1.2試驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1砂漿的配制

在基準(zhǔn)配合比(表1)的基礎(chǔ)上，分別添加一定比例的復(fù)合早強(qiáng)劑或流變改性劑，適當(dāng)調(diào)整拌合水量以及制備工藝，以保證制備的快速搶修砂漿的性能指標(biāo)滿足《高速鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道用水泥乳化瀝青砂漿》(Q/CR 469—2015)的規(guī)定要求［6］，分別成型50 mm×50 mm圓模，并在規(guī)定條件下養(yǎng)護(hù)。

表1　水泥乳化瀝青砂漿的基準(zhǔn)配合比kg

1.2.2砂漿性能測(cè)試

制得快速搶修砂漿的抗壓強(qiáng)度、可工作性能均按照Q/CR 469—2015相關(guān)附錄進(jìn)行測(cè)試。

2　結(jié)果討論與分析

2.1復(fù)合早強(qiáng)劑的試驗(yàn)研究

經(jīng)測(cè)試，試驗(yàn)用快硬硫鋁酸鹽水泥按比例與乳化瀝青和聚合物乳液混合制得砂漿的初凝時(shí)間＞240 m in，不能滿足鐵路維修天窗的時(shí)間要求。為了使砂漿能夠?qū)崿F(xiàn)快速凝結(jié)硬化，在快速搶修砂漿制備過程中進(jìn)行了添加早強(qiáng)劑的試驗(yàn)研究。選擇了多種單一或?qū)嶒?yàn)室復(fù)配的早強(qiáng)劑進(jìn)行了砂漿制備試驗(yàn)，20℃條件下砂漿的2，4 h抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見圖1。

由圖1可知:6#，8#，9#這3種復(fù)合早強(qiáng)劑制得砂漿的2 h抗壓強(qiáng)度能達(dá)到0.1 MPa以上，顯示出較好的早強(qiáng)效果，而其他幾種復(fù)合早強(qiáng)劑制得砂漿的2 h抗壓強(qiáng)度達(dá)不到要求。在此基礎(chǔ)上，對(duì)添加6#，8#，9#3種早強(qiáng)劑制得砂漿的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了長(zhǎng)齡期觀測(cè)，結(jié)果見圖2。

圖1　不同早強(qiáng)劑對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

圖2　不同早強(qiáng)劑制得砂漿抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)趨勢(shì)

由圖2可知，隨著齡期的增長(zhǎng)，6#，8#，9#3種早強(qiáng)劑制得砂漿的抗壓強(qiáng)度的發(fā)展趨勢(shì)各不相同。其中9#早強(qiáng)劑制得的砂漿雖然小時(shí)抗壓強(qiáng)度能夠滿足＞0.1 MPa的要求，但后期抗壓強(qiáng)度發(fā)展較為緩慢，28 d抗壓強(qiáng)度仍＜1.8 MPa;6#，8#2種早強(qiáng)劑制得砂漿的抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)穩(wěn)步增大，其中8#早強(qiáng)劑制得砂漿的各齡期抗壓強(qiáng)度均優(yōu)于6#。因而初步選定8#作為快速搶修砂漿用復(fù)合早強(qiáng)劑。

2.2流變改性劑試驗(yàn)研究

合適的早強(qiáng)劑能夠促進(jìn)水泥早期快速水化，實(shí)現(xiàn)較好的小時(shí)抗壓強(qiáng)度。但早強(qiáng)劑的添加會(huì)使水泥短時(shí)間內(nèi)快速水化并釋放出大量的水化熱，從而進(jìn)一步加速了水泥的水化，使制得砂漿的可工作時(shí)間顯著變短，同時(shí)由于水泥凝結(jié)時(shí)間和乳化瀝青、聚合物乳液破乳時(shí)間的顯著差異可能會(huì)導(dǎo)致砂漿結(jié)構(gòu)形成的無序性，進(jìn)而使得所制得砂漿的長(zhǎng)齡期抗壓強(qiáng)度有一定程度的降低［7-8］。

為了使砂漿在具有小時(shí)抗壓強(qiáng)度的同時(shí)，還具有較好的可工作性能，在復(fù)合早強(qiáng)劑試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了添加不同流變改性劑的試驗(yàn)研究。其中，1#～5#流變改性劑制得砂漿的流動(dòng)度測(cè)試結(jié)果見圖3，制得砂漿的2，4 h抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見圖4。

由圖3可知，1#，5#流變改性劑的加入對(duì)改善砂漿的流動(dòng)度沒有明顯作用;2#，4#流變改性劑制得砂漿的流動(dòng)度隨攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)略有降低，但經(jīng)測(cè)試砂漿的材料分離度較基準(zhǔn)明顯增大，因此2#，4#流變改性劑雖然能夠改善砂漿可工作性能，卻造成了砂漿的材料離析;3#流變改性劑明顯改善了砂漿的可工作性能，同時(shí)保證了砂漿的整體性能良好。

由圖4可知，1#，4#流變改性劑使砂漿的2 h抗壓強(qiáng)度有較大減小，且1#改性劑制得砂漿的4 h抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢;2#，5#制得砂漿的2 h抗壓強(qiáng)度良好，但4 h時(shí)抗壓強(qiáng)度增幅較小，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度發(fā)展緩慢;3#制備的砂漿2 h抗壓強(qiáng)度能夠較好地滿足快速搶修的要求，并且4 h抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)較明顯。綜上所述，初步選定3#流變改性劑作為試驗(yàn)用外加劑。

2.3復(fù)合早強(qiáng)劑與流變改性劑復(fù)配試驗(yàn)研究

在復(fù)合早強(qiáng)劑和流變改性劑性能測(cè)試的基礎(chǔ)上，固定復(fù)合早強(qiáng)劑為干粉料的0.2‰。首先進(jìn)行了20℃條件下復(fù)合早強(qiáng)劑/流變改性劑比例分別為2/1，1/1，1/2時(shí)砂漿流動(dòng)度的測(cè)試，結(jié)果見圖5。然后進(jìn)行了35℃條件下復(fù)合早強(qiáng)劑/流變改性劑比例分別為1/1，1/2，1/3，1/4時(shí)砂漿流動(dòng)度的測(cè)試，結(jié)果見圖6。

圖3　不同流變改性劑對(duì)砂漿流動(dòng)度的影響

圖5　20℃條件下不同復(fù)合早強(qiáng)劑/流變改性劑比例對(duì)砂漿流動(dòng)度的影響

圖6　35℃條件下不同復(fù)合早強(qiáng)劑/流變改性劑比例對(duì)砂漿流動(dòng)度的影響

由圖5、圖6可知，隨著復(fù)合早強(qiáng)劑/流變改性劑比例的降低，制得砂漿的流動(dòng)度變化幅度總體上逐漸變緩，砂漿的可工作性能得到改善。

其中，圖5中當(dāng)復(fù)合早強(qiáng)劑/流變改性劑比例為1/2時(shí)，制得砂漿的流動(dòng)度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸變小。分析可知，在該試驗(yàn)溫度條件下，增加流變改性劑使得其在水泥顆粒表面形成的屏蔽層增強(qiáng)，嚴(yán)重影響了水泥水化的進(jìn)行，使得砂漿體系的黏度無法增大，容易造成砂漿體系材料分離，但復(fù)合早強(qiáng)劑/流變改性劑為2/1時(shí)，在工程化試驗(yàn)過程中由于體積放大效應(yīng)，外加劑不能較好地保證制得砂漿的可工作性能，無法保證施工的順利進(jìn)行。由此初步確定20℃條件下復(fù)合早強(qiáng)劑與流變改性劑較適宜的復(fù)配比例為1/1。

圖6中當(dāng)復(fù)合早強(qiáng)劑/流變改性劑比例為1/3時(shí)，制得砂漿的流動(dòng)度變化幅度顯著變小，滿足可工作時(shí)間＞30 m in的技術(shù)要求。當(dāng)復(fù)合早強(qiáng)劑/流變改性劑比例繼續(xù)變小時(shí)，對(duì)砂漿可工作性能的改善不明顯，由此初步確定35℃條件下復(fù)合早強(qiáng)劑與流變改性劑較適宜的復(fù)配比例為1/3。

分別進(jìn)行20，35℃條件下適宜配比的快速搶修砂漿的制備，并進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果見圖7。

圖7　20，35℃條件下適宜配比的快速搶修砂漿不同齡期抗壓強(qiáng)度

由圖7可知，按照20，35℃條件下復(fù)合早強(qiáng)劑/流變改性劑適宜配比制得的快速搶修砂漿具有較好的小時(shí)抗壓強(qiáng)度，并且隨著齡期的增長(zhǎng)抗壓強(qiáng)度發(fā)展趨勢(shì)良好。

早強(qiáng)劑的存在會(huì)提高水化環(huán)境的堿度，降低成核自由能和晶核的臨界尺寸，從而使得晶核的生成速率增大，大大加快水泥的水化速度，縮短水泥硬化時(shí)間。而同時(shí)一定比例存在的流變改性劑會(huì)在水泥顆粒表面形成一層厚而致密的鈣化包裹膜，抑制水泥的水化，使包裹膜內(nèi)外的液相長(zhǎng)時(shí)間處于一種靜止的狀態(tài)，從而一方面實(shí)現(xiàn)了延長(zhǎng)可工作時(shí)間的目的［9］，另一方面減少了水泥水化和聚合物破乳的時(shí)間差，有利于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的形成。復(fù)合早強(qiáng)劑與流變改性劑相互協(xié)調(diào)，相互促進(jìn)，既保證了快速搶修砂漿結(jié)構(gòu)體系快速形成、具有較好的小時(shí)強(qiáng)度，又使得快速搶修砂漿具有合適的可工作性能，有利于長(zhǎng)齡期砂漿結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定發(fā)展。

3　結(jié)論

1)合適的早強(qiáng)劑能夠使得快速搶修砂漿具有良好的小時(shí)強(qiáng)度，從而可以滿足鐵路維修天窗時(shí)間節(jié)點(diǎn)的要求;

2)適宜的流變改性劑能夠保證快速搶修砂漿具有較好的可工作性能，從而滿足施工性能的要求;

3)隨著溫度條件改變，早強(qiáng)劑和流變改性劑的復(fù)配比例也要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以保證制得的快速搶修砂漿既能具有適宜的可工作性能，又能在短時(shí)間內(nèi)形成結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)快速硬化，并且有利于長(zhǎng)齡期抗壓強(qiáng)度的穩(wěn)定發(fā)展。

［1］吳紹利，吳智強(qiáng)，王鑫，等．板式無砟軌道軌道板與砂漿層離縫快速維修技術(shù)研究［J］．鐵道建筑，2012(3):115-117．

［2］中國(guó)鐵道科學(xué)研究院．工務(wù)工程運(yùn)用維護(hù)技術(shù)研究—高速鐵路板式無砟軌道充填層快速搶修技術(shù)研究［R］．北京:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2013．

［3］姜子清，施成，趙坪銳．CRTSⅡ型板式無砟軌道砂漿層離縫檢查及傷損限值研究［J］．鐵道建筑，2016(1):53-58．

［4］姜子清，江成，王繼軍，等．CRTSⅡ型板式無砟軌道砂漿層傷損修復(fù)研究［J］．鐵道建筑，2013(2):118-122．

［5］何川．CRTSⅡ型板式無砟軌道砂漿離縫的影響及維修指標(biāo)研究［M］．成都:西南交通大學(xué)出版社，2013．

［6］中國(guó)鐵路總公司．Q/CR 469—2015高速鐵路CRTSⅠ型無砟軌道用水泥乳化瀝青砂漿［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2015．

［7］韓建國(guó)，閻培渝．碳酸鋰對(duì)硫鋁酸鹽水泥水化特性和強(qiáng)度發(fā)展的影響［J］．建筑材料學(xué)報(bào)，2011，14(1):6-9．

［8］賈恒瓊，魏曌，王濤，等．板式無砟軌道充填層快速搶修砂漿微膨脹性能研究［J］．鐵道建筑，2013(10):130-132．

［9］夏強(qiáng)，蔣林華，仲超，等．硼砂對(duì)脫硫建筑石膏水化的影響及其機(jī)理分析［J］．新型建筑材料，2011(10):5-8．

(責(zé)任審編 周彥彥)

Influence of Additives on Performance of Rapid Repair M ortar Used for Ballastless Track

LUO Guixiu
(China Railway 19th Bureau Group，F(xiàn)irst Engineering Co．，Ltd．，Liaoyang Liaoning 111000，China)

The influence of different early strength agent and retarder on the com pressive strength and the working performance of rapid repair mortar were studied．The results show that the suitable early strength agent ensures favorable hour strength of rapid repair mortar．Suitable retarder ensures good working performance of rapid repair mortar．On the different temperature conditions，the mix ratios of early strength agent and retarder aread justed accordingly to ensure rapid repair mortar having proper working performance，forming structure in short time and hardening rapidly，and the compressive strength of rapid repair mortar develops stably with the grow th of the age．

Rapid repair mortar;Additive;Early strength agent;Retarder;Preparation technology;Ballastless track

U214．1+8

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．11．35

1003-1995(2016)11-0133-04

2016-06-01;

2016-08-17

羅桂秀(1984—)，女，助理工程師。