CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的主要影響因素研究

李書明，謝永江，鄭新國，劉 競(jìng)

(中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的主要影響因素研究

李書明，謝永江，鄭新國，劉 競(jìng)

(中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

以2～56 d的收縮率為考察指標(biāo)，研究了水膠比(W/B)、瀝青與膠材之比(A/B)和單方無機(jī)膠材用量對(duì)CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿硬化體收縮性能的影響。結(jié)果表明：CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿硬化體的收縮率隨著W/B及單方無機(jī)膠材用量的增加而增大，隨著A/B的增加而減小;為控制CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿硬化體收縮率，W/B不宜超過0.51，A/B不宜低于0.29，無機(jī)膠凝材料用量不宜超過540 kg/m3。

CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿 收縮性能 水膠比

CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)是我國高速鐵路采用的主要軌道結(jié)構(gòu)形式之一，其上部結(jié)構(gòu)主要由鋼軌、扣件、軌道板、水泥瀝青砂漿、混凝土底座或混凝土支承層等組成，具有高穩(wěn)定性、高平順性及高耐久性［1］的特點(diǎn)，其中水泥乳化瀝青砂漿在結(jié)構(gòu)中起充填、傳遞荷載，調(diào)平減振等作用［1-7］，是板式無砟軌道結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料之一［1-3］。

CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿由乳化瀝青、干粉料、水和外加劑等材料，經(jīng)機(jī)械攪拌混合而成，是一種新型的有機(jī)—無機(jī)復(fù)合材料，與水泥砂漿、混凝土相比，由于膠結(jié)材—瀝青和無機(jī)膠凝材料共同存在，具有高流態(tài)特性的水泥乳化瀝青砂漿容易產(chǎn)生較大的體積收縮［7-9］，過大的體積變形會(huì)使約束狀態(tài)下的水泥瀝青砂漿產(chǎn)生開裂，對(duì)水泥瀝青砂漿的耐久性產(chǎn)生不利影響。此外，還會(huì)造成水泥乳化瀝青砂漿與軌道板脫離，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的平順性和運(yùn)行的安全性產(chǎn)生不利影響。

合理控制水泥乳化瀝青砂漿的體積變形對(duì)無砟軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及耐久性至關(guān)重要，但是目前還缺少系統(tǒng)研究。本文主要研究W/B(總用水量與無機(jī)膠凝材料用量之比)、A/B(乳化瀝青用量與無機(jī)膠凝材料用量之比)和單方無機(jī)膠材用量對(duì)水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的影響，試驗(yàn)研究結(jié)果為提高水泥乳化瀝青砂漿的配制技術(shù)提供了有價(jià)值的參考。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

乳化瀝青采用自制CRTSⅡ型陰離子乳化瀝青(固體含量60%、平均粒徑 2.6 μm)、采用海螺 P.Ⅱ52.5水泥(比表面積345 m2/kg)、膨脹劑采用UEA高效膨脹劑、砂為3級(jí)配砂，粒徑分別為0.6～1.0 mm(含泥量 0.9%)、0.3～0.6 mm(含泥量 0.8%)、0.15～0.30 mm(含泥量0.6%)、鋁粉采用鱗片狀鋁粉、水采用自來水、減水劑采用聚羧酸系高效減水劑，消泡劑采用有機(jī)硅類。

1.2 試驗(yàn)方法

水泥乳化瀝青砂漿試件尺寸為25 mm×25 mm×280 mm，成型及養(yǎng)護(hù)溫度為(20±2)℃、濕度為65%±5%。水泥乳化瀝青砂漿按照一定的攪拌工藝拌制后，無振搗成型，成型后用刮刀將試件表面刮平并用保鮮膜覆蓋。養(yǎng)護(hù)至48 h時(shí)脫模，用水平比長儀測(cè)試其長度，作為基準(zhǔn)長度 L0，分別測(cè)試 3 d，7 d，14 d，28 d，56 d的試件長度 Lt，按式(1)計(jì)算收縮率 εt(%)。Δ為金屬測(cè)頭的長度，mm。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 W/B對(duì)收縮性能的影響

無機(jī)膠凝材料及乳化瀝青用量固定的情況下，W/B是提供水泥乳化瀝青砂漿工作性能的必要條件，但是W/B不易過大，否則會(huì)影響水泥乳化瀝青砂漿硬化體的收縮性能。W/B 分別為 0.45，0.47，0.49，0.51，0.53時(shí)，研究其對(duì)水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 W /B對(duì)水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的影響

由圖1可知，水泥乳化瀝青砂漿的收縮率隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長而增大，28 d以后各齡期的收縮率隨著W/B的增大而增大，W/B為0.49時(shí)，水泥乳化瀝青砂漿 3 d，7 d，28 d，56 d 的收縮率分別為 -0.006 5，-0.018 9，-0.052 1，-0.071 4;當(dāng) W/B 分 別 為0.49，0.51和0.53時(shí)，水泥乳化瀝青砂漿56 d收縮率分別為-0.071 4，-0.074 2和 -0.082 1，同時(shí)可以看出，當(dāng)W/B＞0.51時(shí)，這種收縮率隨著W/B的增大而增大的趨勢(shì)更加明顯。因?yàn)樵贑RTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿體系中，無機(jī)膠凝材料是主體，其水化產(chǎn)生的化學(xué)收縮及水化產(chǎn)物中毛細(xì)孔水蒸發(fā)造成的干燥收縮是使收縮率隨齡期增大的主要原因，并且隨著W/B的增大，使體系中的毛細(xì)孔含量提高，毛細(xì)孔隙中自由水的含量也相對(duì)升高，在干燥養(yǎng)護(hù)條件下，自由水蒸發(fā)造成毛細(xì)孔中彎液面下降，半徑減小，毛細(xì)孔負(fù)壓增大，另外，毛細(xì)孔彎液面半徑減小會(huì)造成毛細(xì)孔中的飽和蒸汽壓增大，使毛細(xì)孔中的水持續(xù)蒸發(fā)，進(jìn)一步增大干燥收縮。

2.2 A/B對(duì)收縮性能的影響

總用水量及無機(jī)膠凝材料用量固定，A/B除了影響水泥乳化瀝青砂漿強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能之外，也會(huì)影響其硬化體的收縮性能。A/B分別為0.27，0.29，0.31，0.33，0.35 和 0.37 時(shí)，研究其對(duì)水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 A /B對(duì)水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的影響

由圖2可以看出，水泥乳化瀝青砂漿的收縮率隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長而增大，各齡期的收縮值隨著A/B的增大而減小，A/B為0.33時(shí)，水泥乳化瀝青砂漿3 d，7 d，28 d 和 56 d 的收縮率分別為：-0.006 6，-0.020 6、-0.058 7和 -0.075 9;當(dāng) A/B分別為0.27，0.31和0.35時(shí)，水泥乳化瀝青砂漿56 d收縮率分別為：-0.082 6，-0.077 6和 -0.074 6。同時(shí)可以看出，A/B＜0.29時(shí)，這種收縮率隨著 A/B減小而增大的趨勢(shì)更明顯。因?yàn)槿榛癁r青與無機(jī)膠凝材料在膠結(jié)硬化過程中，乳化瀝青破乳后的瀝青顆粒會(huì)附著在無機(jī)膠凝材料顆粒的表面，并且陰離子乳化瀝青會(huì)吸附H3O+，使無機(jī)膠凝材料水化用水量相對(duì)減少，對(duì)無機(jī)膠凝材料的水化起到一定的緩凝作用，從而延緩了無機(jī)膠凝材料的水化，減少了水化過程引起的化學(xué)收縮;圖3所示為不同A/B的水泥瀝青砂漿28 d的SEM圖片，可以看出，A/B為0.1時(shí)，砂漿中的大孔呈裸露狀態(tài)，水化產(chǎn)物清晰可見，隨著A/B的增加，大孔及水化產(chǎn)物變得模糊，硬化水泥瀝青砂漿中的大孔的數(shù)量相對(duì)減少，因?yàn)樵谡麄€(gè)砂漿體系中，無機(jī)膠凝材料水化產(chǎn)物是骨架，而破乳之后的瀝青以吸附或者填充的方式分散在無機(jī)膠凝材料的水化產(chǎn)物和孔隙之中，封堵了水泥石中的一部分大孔，減小了砂漿中大孔的孔隙率，改善了砂漿的孔結(jié)構(gòu)，相應(yīng)降低了水分蒸發(fā)的速度和數(shù)量，減小了干燥收縮。

圖3 C RTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿硬化體形貌

2.3 單方無機(jī)膠凝材料用量對(duì)收縮性能的影響

總用水量、乳化瀝青用量一定時(shí)，單方無機(jī)膠凝材料用量是影響水泥乳化瀝青砂漿力學(xué)性能的關(guān)鍵因素，但是用量過大，不但會(huì)造成強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)性能偏高，還會(huì)影響其硬化體的收縮性能。單方無機(jī)膠凝材料用量 B 分別取 420，450，480，510，540 和570 kg/m3時(shí)，研究其對(duì)水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 單方無機(jī)膠凝材料用量對(duì)水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的影響

由圖4可知，水泥乳化瀝青砂漿的收縮率隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長而增大，各齡期的收縮率隨著單方無機(jī)膠凝材料用量的增加而增大，無機(jī)膠凝材料用量為510 kg/m3時(shí)，水泥乳化瀝青砂漿3 d，7 d，28 d和56 d的收縮率分別為 -0.005 2，-0.018 9，-0.050 3和-0.068 6;當(dāng)無機(jī)膠凝材料用量分別為420 kg/m3，540 kg/m3和570 kg/m3時(shí)，水泥乳化瀝青砂漿56 d的收縮率分別為 -0.058 3，-0.070 5和 -0.082 8，同時(shí)可以看出，當(dāng)無機(jī)膠凝材料用量超過540 kg/m3時(shí)，這種收縮率隨著無機(jī)膠材用量的增大而增大的趨勢(shì)更明顯;與W/B和A/B相比，無機(jī)膠凝材料用量對(duì)收縮率的影響更大。因?yàn)闊o機(jī)膠凝材料用量增加，會(huì)增大水泥瀝青砂漿的化學(xué)收縮、自收縮;隨著無機(jī)膠凝材料用量增加，A/B相對(duì)減小，并且水泥乳化瀝青砂漿中的細(xì)砂等限制收縮的惰性骨料用量也相對(duì)減少［7-8］，使無機(jī)膠凝材料用量增加引起的收縮增大。

3 結(jié)論

1)隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長，CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿的收縮率隨著W/B和單方無機(jī)膠材用量的增高而增大，隨著A/B的增高而減小，并且與W/B和A/B相比，無機(jī)膠凝材料用量對(duì)水泥乳化瀝青砂漿硬化體收縮率的影響更大。

2)為控制CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿硬化體收縮率，W/B不宜超過0.51，A/B不宜低于0.29，無機(jī)膠凝材料用量不宜超過540 kg/m3。

［1］趙國堂.高速鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)［M］.北京：中國鐵道出版社，2006.

［2］趙東田.板式無碴軌道CA砂漿與施工技術(shù)研究［D］.成都：西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，2001.

［3］傅代正，趙東田，吳久義，等.CA砂漿板式無砟軌道施工工法［M］.北京：中國鐵道出版社，2002.

［4］王濤，胡曙光，王發(fā)洲，等.CA砂漿強(qiáng)度主要影響因素的研究［J］.鐵道建筑，2008(2)：109-111.

［5］江成.CA試驗(yàn)研究報(bào)告［R］.北京：鐵道科學(xué)研究院，2001.

［6］胡曙光，王濤，王發(fā)洲，等.膨脹劑對(duì)CA砂漿依時(shí)變形特性的影響［J］.西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008(3)：341-345.

［7］A E謝依金［蘇］.水泥混凝土的結(jié)構(gòu)與性能［M］.胡春芝，譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1984.

［8］蔡安蘭.高性能水泥的干縮的測(cè)試方法及機(jī)理研究［D］.南京：南京工業(yè)大學(xué)，2005.

［9］SONG H，DO J，SOH Y.Feasibility study of asphalt-modified mortars using asphalt emulsion［J］.Construction and Building Materials，2006，20(5)：332-337.

U213.2+44;TU518.1

A

1003-1995(2011)03-0126-03

2010-09-28;

2010-12-25

李書明(1984— )，男，河南周口市人，碩士研究生。

(責(zé)任審編 王 紅)