CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿膨脹劑摻量研究

魏 曌，賈恒瓊，吳韶亮，李洪剛

(中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，北京 100081)

CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿膨脹劑摻量研究

魏 曌，賈恒瓊，吳韶亮，李洪剛

(中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所，北京 100081)

為防止板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿收縮開裂，需要摻入膨脹劑，對國內(nèi)主要膨脹劑進行選擇，研究其摻量對CA砂漿自由膨脹及抗壓強度的影響規(guī)律。結果表明，9#國產(chǎn)膨脹劑拌合性能、力學性能和膨脹性能與日本膨脹劑吻合，膨脹劑的加入能在一定程度內(nèi)補償砂漿收縮，其膨脹量隨著膨脹劑摻量增加而增加，但是膨脹劑替換了水泥后導致砂漿的抗壓強度降低。綜合考慮，9#膨脹劑適宜摻量為6%。

板式無砟軌道 CA砂漿 膨脹劑 膨脹率 抗壓強度

CA砂漿是板式無砟軌道的關鍵結構性墊層材料。為滿足CA砂漿的高流動度要求，制備時引入了大量的自由水分，隨著砂漿的硬化，大量自由水蒸發(fā)或參與水化，將會引起較大的體積收縮，容易導致CA砂漿開裂，嚴重降低了鐵路線路穩(wěn)定性，從而影響運營安全。

針對上述引起體積變形的原因，需要通過摻入膨脹劑補償砂漿收縮。本文研究了膨脹劑種類、摻量對CA砂漿膨脹率和抗壓強度的影響。

1 原材料及其配合比

乳化瀝青為陽離子型乳化瀝青;水泥為PⅡ52.5的硅酸鹽水泥;砂為最大粒徑＜2.50 mm，細度模數(shù)1.4～1.8的機制砂;膨脹劑為硫鋁酸鈣類膨脹劑;鋁粉為鱗片狀鋁粉;消泡劑為有機硅類消泡劑;引氣劑為松香類引氣劑;聚合物乳液為高分子聚合物乳液。CA砂漿原材料基本配合比見表1。

表1 CA砂漿原材料配合比%

2 試驗方法

2.1 自由膨脹率測定

砂漿拌好后，澆入試模內(nèi)，帶模放置溫度(20±1)℃，濕度90%養(yǎng)護室內(nèi)進行養(yǎng)護。24 h后拆模編號，標明測試方向。測量前用標準棒校正測長儀，將試件測頭擦凈，將記有編號的一面朝上，面向測量者，其方向和位置要固定一致，不得隨意變動，使試件測頭與測量儀測頭正確接觸。立即測量試件的初始長度值，每組成型3個試件，取其算術平均值作為長度變化。試模尺寸為40 mm×40 mm×160 mm，測頭為黃銅，測量精度為0.001 mm，標準桿長度為176 mm，測量期間試件養(yǎng)護條件為溫度(20±3)℃，濕度50%。

2.2 抗壓強度測定

①將流動度、含氣量調(diào)整合適的水泥瀝青砂漿，注入φ50 mm×50 mm的模型內(nèi)，約24 h左右拆模，然后在(20±3)℃，(65±5)%RH條件下養(yǎng)護;②到達相應齡期后，用石膏粉對砂漿試樣的上表面進行處理，使其表面平滑，用游標卡尺測量試樣底面的直徑，準確至0.02 mm，測量3次取其平均值;③將試樣平放在試驗機壓板的中央，以1.0 mm/min加載速率施加荷載;④按1 d，7 d，28 d齡期進行單軸壓縮試驗，當壓力達到最大值后停止加載;⑤取同批次三個試件抗壓強度的算術平均值作為該組試件的抗壓強度值，精確到0.01 MPa。

3 試驗結果與分析

3.1 膨脹劑選擇

通過與日本資料中規(guī)定的性能比較，本文從國產(chǎn)膨脹劑中選擇了有可靠來源的10種膨脹劑進行替換試驗。

1#，2#，3#膨脹劑等量替換日本膨脹劑后，在 CA砂漿加料過程中即出現(xiàn)了破乳現(xiàn)象。4#，5#，6#膨脹劑制得的CA砂漿24 h抗壓強度分別為0.04 MPa，0.08 MPa，0.06 MPa，達不到CA砂漿規(guī)定的力學性能。課題組對其余4種拌合性能和力學性能合適的膨脹劑(7#～10#)進行了自由膨脹率試驗，以期選擇拌合性能、力學性能和膨脹性能均能與日本膨脹劑吻合的國產(chǎn)膨脹劑。試驗結果見圖1，正表示膨脹，負則為收縮。

圖1 國產(chǎn)膨脹劑與日本膨脹劑自由膨脹率比較

根據(jù)上述拌合性能、力學性能和圖1中的膨脹率結果，選擇了三項性能與日本膨脹劑相近的9#膨脹劑。

3.2 膨脹劑摻量對自由膨脹率的影響

膨脹劑的摻量不是越多越好，膨脹劑反應需水量較大，且受養(yǎng)護條件的限制。因此本文選擇9#膨脹劑來研究膨脹劑在不同摻量下砂漿的自由膨脹率，以選擇一個合適的膨脹劑摻量，為實際應用提供理論參考。圖2是不同摻量下砂漿自由膨脹率隨齡期變化曲線。

圖2 不同摻量下自由膨脹率比較

由圖2可見，膨脹劑的加入能在一定程度內(nèi)補償砂漿收縮，其膨脹量隨著膨脹劑摻量的增加而增加。3%摻量的膨脹劑膨脹效果不明顯，6%和9%摻量時先膨脹后收縮，9%摻量時7 d內(nèi)砂漿膨脹率達到最大，隨后產(chǎn)生收縮，在150 d齡期收縮幅度明顯減緩。

3.3 膨脹劑摻量對砂漿抗壓強度的影響

根據(jù)許多工程實際經(jīng)驗，膨脹劑的摻加會不同程度地引起強度降低。砂漿抗壓強度隨9#膨脹劑摻量變化如表2所示。膨脹劑替換了水泥后會導致砂漿的抗壓強度降低，摻量越大，砂漿抗壓強度降低幅度越大。

表2 膨脹劑不同摻量下砂漿抗壓強度變化率 %

實際工程中，灌注水泥乳化瀝青砂漿1 d后，強度達到技術指標，就會卸下上面軌道板支撐螺栓，因此1 d強度比較重要。從表2中可以看出，1 d砂漿抗壓強度3%摻量較不摻的降低17.14%，6%摻量較不摻的降低31.43%，9%摻量較不摻的降低37.14%，隨著齡期變長，膨脹率摻量對抗壓強度的影響逐漸變小。

4 結論

1)從10種國產(chǎn)膨脹劑中選擇拌合性能、力學性能和膨脹性能與日本膨脹劑吻合的9#膨脹劑。

2)膨脹劑的加入能在一定程度內(nèi)補償砂漿收縮，其膨脹量隨著膨脹劑摻量的增加而增加，3%摻量的膨脹劑膨脹效果不明顯，6%和9%摻量時先膨脹后收縮，9%摻量7 d內(nèi)砂漿膨脹率達到最大，隨后產(chǎn)生收縮，在150 d齡期收縮幅度明顯減緩。

3)膨脹劑替換了水泥后會導致砂漿的抗壓強度降低，摻量越大，砂漿抗壓強度降低幅度越大。隨著齡期變長，膨脹率摻量對抗壓強度的影響逐漸變小。

綜上所述，9#膨脹劑適宜摻量為6%。

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TU528.042.4

A

1003-1995(2012)06-0128-02

2011-12-10;

2012-03-14

科技部863計劃項目(2008AA030708);鐵道部科技研究開發(fā)計劃項目(2009G023-A)

魏曌(1976— )，女，浙江諸暨人，助理研究員，碩士。

(責任審編 葛全紅)