不同膨脹劑對CA砂漿力學(xué)性能及收縮變形的影響

陳 廣 雅

(中國中鐵四局集團第一工程有限公司，安徽 合肥 230000)

不同膨脹劑對CA砂漿力學(xué)性能及收縮變形的影響

陳 廣 雅

(中國中鐵四局集團第一工程有限公司，安徽 合肥 230000)

研究了水化硫鋁酸鈣型和氫氧化鈣型兩種不同膨脹劑對CA砂漿力學(xué)性能的影響和收縮變形的改善，研究發(fā)現(xiàn)，在配合比相同的情況下，采用內(nèi)摻法時，CA砂漿的7 d和28 d抗壓強度隨著水化硫鋁酸鈣型膨脹劑摻量的增加而減小，而氫氧化鈣型膨脹劑對CA砂漿的抗壓強度影響很小。

CA砂漿，膨脹劑，力學(xué)性能，收縮變形

隨著我國高速鐵路建設(shè)新時期的到來，CA砂漿在板式無砟軌道中得到了廣泛的應(yīng)用[1-4]。CA砂漿作為板式無砟軌道的重要工程材料，也是CRTSⅡ板式無砟軌道的關(guān)鍵技術(shù)，CA砂漿的收縮變形越來越引起重視。近幾年來，CA砂漿的研究越來越多，也取得了很多突破性的成果，但是，CA砂漿的收縮變形性能的研究缺乏理論和技術(shù)作為指導(dǎo)。CA砂漿作為無砟軌道的填充墊層，在無砟軌道中起著十分重要的作用。CA砂漿在水化硬化過程中必然產(chǎn)生收縮，這樣就可能會造成軌道板與混凝土底座之間產(chǎn)生間隙，從而影響列車運行的平順性和安全性[5-7]。如果收縮變形過大，可能造成施工的失敗，帶來經(jīng)濟損失。所以收縮變形是CA砂漿的一個比較重要的性能，不容忽視。但是，目前對CA砂漿收縮性能的研究還不多，CA砂漿的收縮性機理沒有形成一個系統(tǒng)的、健全的理論體系，從而使得CA砂漿收縮變形性能研究缺乏一定的理論作為指導(dǎo)。本論文針對CRTSⅡ型板式無砟軌道中使用的CA砂漿的收縮性能進行研究，通過在漿體中加入膨脹劑等方法去盡可能大的改善或抑制CA砂漿的收縮，并且通過數(shù)據(jù)分析，得出不同類型的膨脹劑對CA砂漿收縮性能改善的程度大小，從而給現(xiàn)場施工作進一步的指導(dǎo)。目前，國內(nèi)對CA砂漿收縮變形的研究還不夠深入，但是已經(jīng)迫在眉睫。本論文對CRTSⅡ板式無砟軌道中使用的CA砂漿進行試驗，著重研究其收縮變形以及對收縮變形的改善，符合當(dāng)今的國情，與現(xiàn)實緊密聯(lián)系，因此，對CA砂漿收縮變形的研究具有十分重要的意義。

1 原材料

1.1 干料

CA砂漿中使用的干料是由水泥、細骨料、外加劑等按一定比例經(jīng)機械攪拌制得的均勻干粉材料。對顆粒級配的分布范圍有著嚴格的要求，所以對試驗中使用的干料進行檢查篩分十分重要。本實驗所選干料為市售產(chǎn)品，性能指標如表1所示。

表1 CRTSⅡ板式無砟軌道干料性能指標要求

根據(jù)標準JGJ 52—2006，對干料進行篩分試驗，得到干料的級配分布如表2所示。由表2進行分析并與表1對比可知，干料的顆粒級配分布情況完全符合《客運專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道CA砂漿暫行技術(shù)條件》的相關(guān)標準。

表2 干料的篩分結(jié)果

1.2 乳化瀝青

用于配制CA砂漿的乳化瀝青與用于公路路面的乳化瀝青有著很大的差別，是一種具有特殊性能的專用乳化瀝青，且要求與水泥有著很好的適應(yīng)性。用于制備專用乳化瀝青的瀝青應(yīng)選用重交通道路石油瀝青、道路石油瀝青(B級以上)或改性瀝青，其性能應(yīng)滿足《客運專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道CA砂漿暫行技術(shù)條件》要求。在這些性能指標中，以瀝青顆粒粒徑與貯存穩(wěn)定性對所配制的CA砂漿的性能影響較大。本試驗選用的基質(zhì)瀝青或者改性瀝青為江蘇寶利瀝青股份有限公司生產(chǎn)，固含量為60%，其性能指標如表3所示。

1.3 外加劑

為改善CA砂漿的流動性、穩(wěn)定性、勻質(zhì)性等或調(diào)節(jié)砂漿的含氣量，選用一些外加劑,主要有減水劑、引氣劑與消泡劑等。鑒于CA砂漿是一個極復(fù)雜的多組分、多物相體系，在選擇外加劑時，須通過拌合試驗(試配、試拌、試灌)進行優(yōu)選。其中，選擇的減水劑應(yīng)符合GB 8076或JG/T 223的規(guī)定，消泡劑宜采用有機硅類。本試驗選用江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系高效減水劑，型號為PCAⅠ，摻量為干料質(zhì)量的0.6‰，濃度為0.4；消泡劑也是有機硅類，摻量為干料質(zhì)量的0.25‰，濃度為0.5。

表3 乳化瀝青性能指標

1.4 水

采用民用自來水，標準符合JGJ 63的規(guī)定。

1.5 膨脹劑

本試驗所使用的膨脹劑有兩種：水化硫鋁酸鈣型膨脹劑(A膨脹劑)和氫氧化鈣型膨脹劑(B膨脹劑)，符合JC 476的相關(guān)規(guī)定。通過XRF(X熒光分析儀)分析了其氧化物成分及含量，結(jié)果如表4所示。

表4 XRF分析原料氧化物成分 %

2 不同膨脹劑對CA砂漿的力學(xué)性能影響

2.1 不同A膨脹劑摻量下CA砂漿的抗壓強度

1)試驗配合比。在基準配合比的基礎(chǔ)上向CA砂漿中添加水化硫鋁酸鈣型膨脹劑(A膨脹劑)，其摻量分別為8%,10%,12%，具體配合比見表5。

表5 試驗配合比(一)

2)試驗結(jié)果。試驗中使用的水化硫鋁酸鈣型膨脹劑(A膨脹劑)采用內(nèi)摻法，由圖1可知，CA砂漿的7 d和28 d抗壓強度隨著水化硫鋁酸鈣型膨脹劑(A膨脹劑)摻量的增加而減小，但是均符合《客運專線鐵路CRTS Ⅱ 型板式無砟軌道CA砂漿暫行技術(shù)條件》規(guī)定的要求。

2.2 不同B膨脹劑摻量下CA砂漿的抗壓強度

1)試驗配合比。本試驗在基準配合比的基礎(chǔ)上向CA砂漿中添加B膨脹劑，其摻量分別為6.25%，8.75%，11.25%，具體配合比如表6所示。

表6 試驗配合比(二)

2)試驗結(jié)果。試驗中使用的氫氧化鈣型膨脹劑(B膨脹劑)采用內(nèi)摻法，由圖2可知氫氧化鈣型膨脹劑(B膨脹劑)對CA砂漿的抗壓強度影響很小，但是均符合《客運專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道CA砂漿暫行技術(shù)條件》規(guī)定的要求。

3 不同膨脹劑對CA砂漿收縮變形的改善

3.1 A膨脹劑對CA砂漿收縮性能的改善

1)試驗配合比。試驗配合比如表5所示。2)試驗結(jié)果與分析。通過試驗可得到如圖3所示的1 d，3 d，7 d，14 d，28 d的收縮率曲線圖。

通過對圖3進行分析可知，隨著水化硫鋁酸鈣型膨脹劑(A膨脹劑)摻量的增加，CA砂漿的干燥收縮逐漸減小，但是當(dāng)其摻量超過8%后，對干燥收縮改善的程度就不是很大了。

由表4 XRF(X熒光分析儀)對水化硫鋁酸鈣型膨脹劑(A膨脹劑)的成分分析可知，水化硫鋁酸鈣型膨脹劑(A膨脹劑)屬于水化硫鋁酸鈣膨脹劑，此類膨脹劑與水泥熟料水化產(chǎn)物Ca(OH)2等反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣(C3A·3CaSO4·32H2O)而產(chǎn)生體積膨脹[8-10]。隨著水化硫鋁酸鈣型膨脹劑(A膨脹劑)摻量的增大，反應(yīng)生成的水化硫鋁酸鈣越多，產(chǎn)生的體積膨脹越大，對CA砂漿的收縮補償越多。

3.2 B膨脹劑對CA砂漿收縮性能的改善

1)試驗配合比。試驗配合比如表6所示。2)試驗結(jié)果與分析。通過試驗可得到如圖4所示的1 d，3 d，7 d，14 d，28 d的收縮率曲線圖。

由表6和圖4可知，當(dāng)氫氧化鈣型膨脹劑(B膨脹劑)的摻量在6.25%～11.25%范圍調(diào)整時，CA砂漿的收縮性能得到明顯的改善，且隨著摻量的增加，收縮越小，改善的程度越大。加入氫氧化鈣型膨脹劑(B膨脹劑)的試件，在前3天膨脹率均為增加，且隨著B膨脹劑摻量的增大，膨脹率越大，而3 d后開始產(chǎn)生了收縮，且隨著B膨脹劑摻量的減小，收縮率在增加。

由表4 XRF(X熒光分析儀)對氫氧化鈣型膨脹劑(B膨脹劑)的成分分析可知，B膨脹劑屬于氫氧化鈣型膨脹劑。此類膨脹劑是通過輕度過燒CaO在水泥硬化過程中與水形成Ca(OH)2而使水泥石產(chǎn)生的體積膨脹[11-13]。氫氧化鈣型膨脹劑(B膨脹劑)摻量增大，反應(yīng)產(chǎn)生的Ca(OH)2就越多，從而對CA砂漿的收縮補償就越大。

4 結(jié)語

1)水化硫鋁酸鈣型膨脹劑(A膨脹劑)對CA砂漿的抗壓強度隨著A膨脹劑摻量的增加而減小，而氫氧化鈣型膨脹劑(B膨脹劑)對CA砂漿的抗壓強度影響很小，但均符合《客運專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道CA砂漿暫行技術(shù)條件》規(guī)定的要求。

2)隨著水化硫鋁酸鈣型膨脹劑(A膨脹劑)摻量的增加，CA砂漿的干燥收縮逐漸減小，但是當(dāng)其摻量超過8%后，對干燥收縮改善的程度就不是很大了。而氫氧化鈣型膨脹劑(B膨脹劑)的摻量在6.25%～11.25%范圍調(diào)整時，CA砂漿的收縮性能得到明顯的改善，且隨著摻量的增加，收縮越小，改善的程度越大。

3)水化硫鋁酸鈣型膨脹劑(A膨脹劑)與水泥熟料水化產(chǎn)物Ca(OH)2等反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣(C3A·3CaSO4·32H2O)而產(chǎn)生體積膨脹。隨著A膨脹劑摻量的增大，反應(yīng)生成的水化硫鋁酸鈣越多，產(chǎn)生體積膨脹越大，對CA砂漿的收縮補償越多。而氫氧化鈣型膨脹劑(B膨脹劑)是通過輕度過燒CaO在水泥硬化過程中與水形成Ca(OH)2而使水泥石產(chǎn)生的體積膨脹。B膨脹劑摻量增大，反應(yīng)產(chǎn)生的Ca(OH)2增多，從而對CA砂漿的收縮補償就大。

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Impact of different expansive agent upon mechanical properties and shrinkage deformation of CA mortar

Chen Guangya

(TheFirstEngineeringCo.,LtdofChinaTiesijuCivilEngineeringGroup，Hefei230000,China)

The paper studies the impact of two kinds of expansive agents of hydrated calcium aluminates and calcium hydroxide upon mechanical CA mortar properties, describes its shrinkage deformation improvement. The research results show that: under same mixing proportion conditions, the CA mortar, 7 d and 28 d anti-compression strength will reduce with the hydrated calcium aluminates expansive admixture increasing, the impact of calcium hydroxide expansive agent upon the anti-compaction strength of CA mortar is rather small as well.

CA mortar, expanding agent, mechanical properties, contraction deformation

2015-01-08

陳廣雅(1976- )，男，工程師

1009-6825(2015)08-0136-04

TU521

A