CA砂漿的干燥收縮及補(bǔ)償研究

朱曉斌，洪錦祥，丁邵文

(1.江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司 高性能土木工程材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008;2.江蘇博特新材料有限公司，南京 210008)

CA砂漿(cement asphalt mortar，也稱 CAM)是填充于板式無砟軌道的剛性軌道板與支承層之間的彈性減振關(guān)鍵結(jié)構(gòu)層材料，主要起支承軌道板、緩沖高速列車荷載與減振以及調(diào)整施工誤差的作用。它由水泥、乳化瀝青、砂和多種外加劑組成，是水泥與乳化瀝青共同作用膠結(jié)硬化而成的一種新型有機(jī)—無機(jī)復(fù)合材料［1-10］。

CA砂漿作為一種大水灰比、高流態(tài)灌注砂漿，在膠結(jié)硬化過程中約產(chǎn)生1% ～3%的體積收縮［3］，通過摻加鋁粉和膨脹劑可以補(bǔ)償其體積收縮。鋁粉與堿作用生成的氫氣主要補(bǔ)償CA砂漿早期(12 h以內(nèi))的收縮，而氧化鎂類、鈣礬石類及氫氧化鈣類膨脹劑或與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)或直接與水反應(yīng)的生成物使固相體積增加，從而使CA砂漿硬化體產(chǎn)生體積膨脹，其共同特點(diǎn)是對CA砂漿早期膨脹無影響，主要補(bǔ)償后期收縮［11］。

目前，板式無砟軌道技術(shù)在我國還處于試驗(yàn)應(yīng)用階段，CA砂漿的長期體積穩(wěn)定性還未引起人們的重視。研究CA砂漿的長期體積穩(wěn)定性對推動無砟軌道技術(shù)的應(yīng)用具有一定的理論和工程意義。

1 材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料和配合比

水泥:P·Ⅱ 52.5硅酸鹽水泥;乳化瀝青:陰離子型乳化瀝青，固含量60%;砂:河砂，細(xì)度模數(shù)1.8～2.0;減水劑:聚羧酸類高效減水劑;消泡劑:有機(jī)硅類超強(qiáng)消泡劑;水:潔凈自來水;膨脹劑:采用兩種膨脹劑，鈣礬石類膨脹劑和氧化鈣類膨脹劑;摻合料:無機(jī)惰性礦渣;纖維:江蘇派尼爾有限公司生產(chǎn)的6 mm聚丙烯纖維，直徑 25 ～28 μm。

CA砂漿基本配合比見表1。減水劑摻量0.2%，消泡劑0.14‰，兩者均以水泥質(zhì)量計(jì);膨脹劑按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)等量取代摻合料;纖維按干料(水泥、砂子和摻合料)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)外摻。

表1 CA砂漿基本配合比 kg/m3

1.2 試驗(yàn)方法

CA砂漿的膨脹率按《膨脹水泥膨脹率試驗(yàn)方法》(JC/T313—1982(1996))的測試方法進(jìn)行，砂漿棒尺寸為25 mm×25 mm×280 mm，測試儀器為 JD-18型投影萬能測長儀，測試時(shí)間為 2，3，7，14，28，45，60，90，120，150 d和180 d。CA砂漿的變形以其硬化前后的膨脹率表征，正表示膨脹，負(fù)則為收縮。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件為(20±3)℃，相對濕度90%以上;室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)條件為(20±3)℃，相對濕度為(65±10)%。

2 結(jié)果與討論

2.1 CA砂漿的干縮性能

乳化瀝青、水泥和水灰比對CA砂漿干燥收縮的影響分別見圖1、圖2和圖3。結(jié)果表明:CA砂漿28 d以前為快速收縮階段，收縮量約占74% ～78%，28 d至60 d是緩慢收縮階段，收縮量約占12% ～14%，60 d以后收縮基本趨于穩(wěn)定，該階段收縮緩慢，收縮量約占8%～11%。隨著乳化瀝青用量的增加或者水泥用量的減少，CA砂漿干燥收縮逐漸減小，水灰比對 CA砂漿干燥收縮影響并不明顯。需要說明的是，此處水灰比中的“水”僅指拌合水，而從廣義上還應(yīng)該包括乳化瀝青(固含量60%)中的水，因此狹義上的水灰比0.225，0.250和0.275經(jīng)過換算后得到廣義上的水灰比應(yīng)為0.440，0.469和0.497，可見CA砂漿屬于大水灰比高流態(tài)砂漿。

圖1 乳化瀝青對CA砂漿干縮的影響

圖2 水泥對CA砂漿干縮的影響

圖3 水灰比對CA砂漿干縮的影響

一般認(rèn)為，水泥基材料干燥收縮主要由水泥石的收縮引起，導(dǎo)致水泥石干燥收縮的原因?yàn)樗嗍瘍?nèi)吸附水的蒸發(fā)引起凝膠體收縮和毛細(xì)孔內(nèi)自由水的蒸發(fā)造成毛細(xì)孔負(fù)壓。乳化瀝青用量的提高或水泥用量減少都意味著CA砂漿中膠凝材料相對含量下降，即CA砂漿中水泥石的相對含量也降低了，因此提高A/C值(乳化瀝青與水泥質(zhì)量比)有利于減少CA砂漿的干燥收縮。此外，乳化瀝青破乳后形成的瀝青膜在硬化CA砂漿中對水泥石有一定的“裹覆作用”，在一定程度上可以減少水分的喪失，因此乳化瀝青相對含量提高也可以改善CA砂漿的干燥收縮性能。水灰比較高的情況下，CA砂漿內(nèi)部的毛細(xì)管較粗大，由水分遷移形成的毛細(xì)負(fù)壓也較小。各水灰比間雖略存差異，但均屬大水灰比范疇，因此難以改變其本質(zhì)特征。加上瀝青膜的“裹覆效應(yīng)”在一定程度上將使各組試件之間干燥收縮的差異更加不明顯。

2.2 CA砂漿收縮的補(bǔ)償技術(shù)

膨脹劑對CA砂漿體積穩(wěn)定性的影響見圖4和圖5。結(jié)果表明:鈣礬石類膨脹劑摻量為8%時(shí)，CA砂漿3 d前持續(xù)膨脹并達(dá)到最大值，7 d以后進(jìn)入收縮階段;摻量為10%和12%時(shí)，CA砂漿3 d前持續(xù)膨脹并達(dá)到最大值，此后收縮速率超過膨脹速率，宏觀膨脹值不斷減小，7 d以后進(jìn)入收縮階段。從穩(wěn)定以后的減縮效果看，8%和10%的鈣礬石類膨脹劑減縮效果相當(dāng)，收縮率約降低了35%，12%時(shí)減縮效果更優(yōu)，收縮率降低了44%。氧化鈣類膨脹劑對CA砂漿體積變形的影響與鈣礬石類膨脹劑類似，3 d前持續(xù)膨脹，此后收縮速率大于膨脹速率，宏觀膨脹值不斷下降，直至CA砂漿進(jìn)入收縮階段。氧化鈣類膨脹劑摻量越高，減縮效果越明顯，6.25%和8.75%的氧化鈣類膨脹劑收縮率分別降低了42%和68%，而摻量為11.25%時(shí)，CA砂漿在整個(gè)觀察期內(nèi)都呈微膨脹狀態(tài)。

圖4 鈣礬石類膨脹劑對CA砂漿體積穩(wěn)定性的影響

PP纖維對CA砂漿后期體積穩(wěn)定性的影響見圖6。由圖6可見，PP纖維對CA砂漿后期減縮沒有明顯的影響。

圖5 氧化鈣類膨脹劑對CA砂漿體積穩(wěn)定性的影響

圖6 PP纖維對CA砂漿體積穩(wěn)定性的影響

3 結(jié)論

1)乳化瀝青用量的增大或水泥用量的減小都有利于減小CA砂漿的干燥收縮，水灰比對CA砂漿的干燥收縮影響不大。

2)摻加鈣礬石類膨脹劑和氧化鈣類膨脹劑后，CA砂漿3 d前持續(xù)膨脹并達(dá)到最大值，此后膨脹值逐漸減小。膨脹劑摻量越大，減縮效果越明顯，鈣礬石類膨脹劑摻量為8%和10%時(shí)減縮效果相當(dāng)，收縮率降低了約35%，摻量提高至12%，收縮率降低了44%;氧化鈣類膨脹劑摻量為6.25%和8.75%時(shí)，收縮率分別降低了42%和68%，摻量提高至11.25%時(shí)，CA砂漿一直呈微膨脹狀態(tài)。PP纖維對CA砂漿后期體積變形幾乎沒有影響。

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