山砂CA砂漿的正交試驗研究

周 靈，楊 松

(貴州中建建筑科研設(shè)計院有限公司，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研究在CRTSⅠ型板中用山砂作為CA砂漿的細(xì)骨料對材料各項性能的影響。

1 試驗材料和試驗方法

1.1 試驗材料

水泥(C)采用烏江P.O 42.5水泥，其各項性能指標(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)和級配可根據(jù)試驗要求隨時調(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

山砂顆粒級配分Ⅰ，Ⅱ兩區(qū)，具體見表4。

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

1.3 試驗方法

CA砂漿的試驗研究，主要依據(jù)《客運專線鐵路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號進(jìn)行，有以下幾項試驗:

1)流動度: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)歷的時間。其流動度應(yīng)在18～26 s。

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

3)泛漿率與分離度:將流動度試驗時經(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，以材料是否分離以及是否有浮水為判定標(biāo)準(zhǔn)。同時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 試驗結(jié)果及分析

2.1 試驗設(shè)計

課題組按照山砂CA砂漿研究計劃進(jìn)行了正交試驗，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)。試驗結(jié)果達(dá)到預(yù)期效果。CA砂漿正交配合比，正交試驗結(jié)果和各因素水平趨勢分別見表5、表6和圖1。

CA砂漿的流動度與可工作時間是保證板式軌道CA砂漿現(xiàn)場灌注施工質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)。流動度過大，CA砂漿會增加離析的可能性;流動度過小，CA砂漿較為黏稠，難以填充密實，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)的流動度損失并不明顯，在40min后流動度損失較為迅速。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)場攪拌生產(chǎn)，才能滿足現(xiàn)場澆注對其流動性的要求。

表5 山砂CA砂漿正交配比

表6 山砂CA砂漿正交試驗結(jié)果

2.2 結(jié)果分析

從以上試驗結(jié)果可以看出:

1)對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，而山砂的摻量對強(qiáng)度的影響最弱。

2)從各因素水平趨勢圖上可以看出，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(試驗號4，7，8)作為進(jìn)一步試驗的基準(zhǔn)配合比。用以試驗研究各組成材料對山砂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，這3組配合比在泛漿率與分離度測試中均為合格。

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，這本身對材料的相適性就有較高的要求。本試驗研究正是基于以上考慮，選擇了應(yīng)用正交試驗的方法初選配合比，再進(jìn)一步優(yōu)化的方式，以節(jié)約試驗次數(shù)與成本。

［1］王濤.高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿的研究與應(yīng)用［D］.武漢:武漢理工大學(xué)，2008.

［2］趙冬田.板式無砟軌道CA砂漿與施工技術(shù)研究［D］.成都:西南交通大學(xué)，2003.

［3］中華人民共和國鐵道部.科技基［2008］74號 客運專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［4］周毅，何燕平，楊榮山.CA砂漿彈模對框架式軌道翅曲應(yīng)力的影響分析［J］.鐵道建筑，2011(3):103-105.

［5］朱曉斌，洪錦祥，丁邵文.CA砂漿的干燥收縮及補償研究［J］.鐵道建筑，2011(8):130-133.

［6］左景奇，姜其斌，傅代正.板式軌道彈性墊層 CA的研究［J］.鐵道建筑，2005(9):96-98.

［7］ESVELD C.Modern Railway Track(Second Edition)［M］.MRT-Productions，2001.

［8］王其昌，韓啟孟.板式軌道設(shè)計與施工［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2002.

［9］周熙，賀銘.乳化瀝青水泥(CA)砂漿配合比設(shè)計與試驗計算［J］.公路交通技術(shù)，2006(3):25-27.