外加劑對無砟軌道快速搶修砂漿性能的影響

羅桂秀

(中鐵十九局集團第一工程有限公司，遼寧遼陽111000)

外加劑對無砟軌道快速搶修砂漿性能的影響

羅桂秀

(中鐵十九局集團第一工程有限公司，遼寧遼陽111000)

研究了不同早強劑和流變改性劑對快速搶修砂漿抗壓強度和可工作性能的影響。結(jié)果表明:合適的早強劑能夠使得快速搶修砂漿具有良好的小時強度;適宜的流變改性劑能夠保證快速搶修砂漿具有較好的可工作性能;隨著溫度條件改變，早強劑和流變改性劑的復配比例也要進行相應的調(diào)整，以保證制得的快速搶修砂漿既能具有適宜的可工作性能，又能在短時間內(nèi)形成結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)快速硬化，并且有利于長齡期抗壓強度的穩(wěn)定增長。

快速搶修砂漿;外加劑;早強劑;流變改性劑;制備技術(shù);無砟軌道

水泥乳化瀝青砂漿充填層是板式無砟軌道結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的功能材料和薄弱環(huán)節(jié)之一。隨著運營時間的推移，軌道結(jié)構(gòu)和砂漿充填層難免會發(fā)生變化或破損，進而影響軌道的壽命和行車的安全。

當砂漿充填層邊角破損或與軌道板有較小離縫時，采用有機樹脂就能取得較好的維修效果［1］。當路基沉降造成連續(xù)幾塊或者幾十塊軌道板與砂漿產(chǎn)生較大離縫，或突發(fā)事件導致需要再次灌注充填層砂漿并盡快恢復通車運營時，采用有機樹脂則難以達到維修要求。為了更好地實施上述較大規(guī)模砂漿充填層的搶修和維護，進行了有機-無機復合快速搶修材料的制備研究［2-5］。在研究過程中發(fā)現(xiàn)，快速凝結(jié)硬化性能與可工作性能是影響快速搶修砂漿制備的主要因素。因此，本文重點考察了復合早強劑與流變改性劑對快速搶修砂漿可工作性能和抗壓強度的影響，以期制備出小時抗壓強度與可工作性能均滿足要求的快速搶修砂漿。

1　試驗部分

1.1主要原材料

乳化瀝青采用CRTSⅠ型高鐵陽離子乳化瀝青;聚合物乳液為TD-08型聚丙烯酸乳液;干粉料由42.5快硬硫鋁酸鹽水泥和細度模數(shù)為1.6、表觀密度為2.65 g/cm3的機制砂以及適量的發(fā)氣劑機械混合而成;早強劑和流變改性劑由實驗室采購后復配而成。

1.2試驗內(nèi)容

1.2.1砂漿的配制

在基準配合比(表1)的基礎上，分別添加一定比例的復合早強劑或流變改性劑，適當調(diào)整拌合水量以及制備工藝，以保證制備的快速搶修砂漿的性能指標滿足《高速鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道用水泥乳化瀝青砂漿》(Q/CR 469—2015)的規(guī)定要求［6］，分別成型50 mm×50 mm圓模，并在規(guī)定條件下養(yǎng)護。

表1　水泥乳化瀝青砂漿的基準配合比kg

1.2.2砂漿性能測試

制得快速搶修砂漿的抗壓強度、可工作性能均按照Q/CR 469—2015相關(guān)附錄進行測試。

2　結(jié)果討論與分析

2.1復合早強劑的試驗研究

經(jīng)測試，試驗用快硬硫鋁酸鹽水泥按比例與乳化瀝青和聚合物乳液混合制得砂漿的初凝時間＞240 m in，不能滿足鐵路維修天窗的時間要求。為了使砂漿能夠?qū)崿F(xiàn)快速凝結(jié)硬化，在快速搶修砂漿制備過程中進行了添加早強劑的試驗研究。選擇了多種單一或?qū)嶒炇覐团涞脑鐝妱┻M行了砂漿制備試驗，20℃條件下砂漿的2，4 h抗壓強度測試結(jié)果見圖1。

由圖1可知:6#，8#，9#這3種復合早強劑制得砂漿的2 h抗壓強度能達到0.1 MPa以上，顯示出較好的早強效果，而其他幾種復合早強劑制得砂漿的2 h抗壓強度達不到要求。在此基礎上，對添加6#，8#，9#3種早強劑制得砂漿的抗壓強度進行了長齡期觀測，結(jié)果見圖2。

圖1　不同早強劑對砂漿抗壓強度的影響

圖2　不同早強劑制得砂漿抗壓強度隨齡期的增長趨勢

由圖2可知，隨著齡期的增長，6#，8#，9#3種早強劑制得砂漿的抗壓強度的發(fā)展趨勢各不相同。其中9#早強劑制得的砂漿雖然小時抗壓強度能夠滿足＞0.1 MPa的要求，但后期抗壓強度發(fā)展較為緩慢，28 d抗壓強度仍＜1.8 MPa;6#，8#2種早強劑制得砂漿的抗壓強度隨齡期的增長穩(wěn)步增大，其中8#早強劑制得砂漿的各齡期抗壓強度均優(yōu)于6#。因而初步選定8#作為快速搶修砂漿用復合早強劑。

2.2流變改性劑試驗研究

合適的早強劑能夠促進水泥早期快速水化，實現(xiàn)較好的小時抗壓強度。但早強劑的添加會使水泥短時間內(nèi)快速水化并釋放出大量的水化熱，從而進一步加速了水泥的水化，使制得砂漿的可工作時間顯著變短，同時由于水泥凝結(jié)時間和乳化瀝青、聚合物乳液破乳時間的顯著差異可能會導致砂漿結(jié)構(gòu)形成的無序性，進而使得所制得砂漿的長齡期抗壓強度有一定程度的降低［7-8］。

為了使砂漿在具有小時抗壓強度的同時，還具有較好的可工作性能，在復合早強劑試驗的基礎上，進行了添加不同流變改性劑的試驗研究。其中，1#～5#流變改性劑制得砂漿的流動度測試結(jié)果見圖3，制得砂漿的2，4 h抗壓強度測試結(jié)果見圖4。

由圖3可知，1#，5#流變改性劑的加入對改善砂漿的流動度沒有明顯作用;2#，4#流變改性劑制得砂漿的流動度隨攪拌時間的延長略有降低，但經(jīng)測試砂漿的材料分離度較基準明顯增大，因此2#，4#流變改性劑雖然能夠改善砂漿可工作性能，卻造成了砂漿的材料離析;3#流變改性劑明顯改善了砂漿的可工作性能，同時保證了砂漿的整體性能良好。

由圖4可知，1#，4#流變改性劑使砂漿的2 h抗壓強度有較大減小，且1#改性劑制得砂漿的4 h抗壓強度增長緩慢;2#，5#制得砂漿的2 h抗壓強度良好，但4 h時抗壓強度增幅較小，結(jié)構(gòu)強度發(fā)展緩慢;3#制備的砂漿2 h抗壓強度能夠較好地滿足快速搶修的要求，并且4 h抗壓強度增長較明顯。綜上所述，初步選定3#流變改性劑作為試驗用外加劑。

2.3復合早強劑與流變改性劑復配試驗研究

在復合早強劑和流變改性劑性能測試的基礎上，固定復合早強劑為干粉料的0.2‰。首先進行了20℃條件下復合早強劑/流變改性劑比例分別為2/1，1/1，1/2時砂漿流動度的測試，結(jié)果見圖5。然后進行了35℃條件下復合早強劑/流變改性劑比例分別為1/1，1/2，1/3，1/4時砂漿流動度的測試，結(jié)果見圖6。

圖3　不同流變改性劑對砂漿流動度的影響

圖5　20℃條件下不同復合早強劑/流變改性劑比例對砂漿流動度的影響

圖6　35℃條件下不同復合早強劑/流變改性劑比例對砂漿流動度的影響

由圖5、圖6可知，隨著復合早強劑/流變改性劑比例的降低，制得砂漿的流動度變化幅度總體上逐漸變緩，砂漿的可工作性能得到改善。

其中，圖5中當復合早強劑/流變改性劑比例為1/2時，制得砂漿的流動度隨時間的延長而逐漸變小。分析可知，在該試驗溫度條件下，增加流變改性劑使得其在水泥顆粒表面形成的屏蔽層增強，嚴重影響了水泥水化的進行，使得砂漿體系的黏度無法增大，容易造成砂漿體系材料分離，但復合早強劑/流變改性劑為2/1時，在工程化試驗過程中由于體積放大效應，外加劑不能較好地保證制得砂漿的可工作性能，無法保證施工的順利進行。由此初步確定20℃條件下復合早強劑與流變改性劑較適宜的復配比例為1/1。

圖6中當復合早強劑/流變改性劑比例為1/3時，制得砂漿的流動度變化幅度顯著變小，滿足可工作時間＞30 m in的技術(shù)要求。當復合早強劑/流變改性劑比例繼續(xù)變小時，對砂漿可工作性能的改善不明顯，由此初步確定35℃條件下復合早強劑與流變改性劑較適宜的復配比例為1/3。

分別進行20，35℃條件下適宜配比的快速搶修砂漿的制備，并進行了抗壓強度測試，結(jié)果見圖7。

圖7　20，35℃條件下適宜配比的快速搶修砂漿不同齡期抗壓強度

由圖7可知，按照20，35℃條件下復合早強劑/流變改性劑適宜配比制得的快速搶修砂漿具有較好的小時抗壓強度，并且隨著齡期的增長抗壓強度發(fā)展趨勢良好。

早強劑的存在會提高水化環(huán)境的堿度，降低成核自由能和晶核的臨界尺寸，從而使得晶核的生成速率增大，大大加快水泥的水化速度，縮短水泥硬化時間。而同時一定比例存在的流變改性劑會在水泥顆粒表面形成一層厚而致密的鈣化包裹膜，抑制水泥的水化，使包裹膜內(nèi)外的液相長時間處于一種靜止的狀態(tài)，從而一方面實現(xiàn)了延長可工作時間的目的［9］，另一方面減少了水泥水化和聚合物破乳的時間差，有利于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的形成。復合早強劑與流變改性劑相互協(xié)調(diào)，相互促進，既保證了快速搶修砂漿結(jié)構(gòu)體系快速形成、具有較好的小時強度，又使得快速搶修砂漿具有合適的可工作性能，有利于長齡期砂漿結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定發(fā)展。

3　結(jié)論

1)合適的早強劑能夠使得快速搶修砂漿具有良好的小時強度，從而可以滿足鐵路維修天窗時間節(jié)點的要求;

2)適宜的流變改性劑能夠保證快速搶修砂漿具有較好的可工作性能，從而滿足施工性能的要求;

3)隨著溫度條件改變，早強劑和流變改性劑的復配比例也要進行適當?shù)恼{(diào)整，以保證制得的快速搶修砂漿既能具有適宜的可工作性能，又能在短時間內(nèi)形成結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)快速硬化，并且有利于長齡期抗壓強度的穩(wěn)定發(fā)展。

［1］吳紹利，吳智強，王鑫，等．板式無砟軌道軌道板與砂漿層離縫快速維修技術(shù)研究［J］．鐵道建筑，2012(3):115-117．

［2］中國鐵道科學研究院．工務工程運用維護技術(shù)研究—高速鐵路板式無砟軌道充填層快速搶修技術(shù)研究［R］．北京:中國鐵道科學研究院，2013．

［3］姜子清，施成，趙坪銳．CRTSⅡ型板式無砟軌道砂漿層離縫檢查及傷損限值研究［J］．鐵道建筑，2016(1):53-58．

［4］姜子清，江成，王繼軍，等．CRTSⅡ型板式無砟軌道砂漿層傷損修復研究［J］．鐵道建筑，2013(2):118-122．

［5］何川．CRTSⅡ型板式無砟軌道砂漿離縫的影響及維修指標研究［M］．成都:西南交通大學出版社，2013．

［6］中國鐵路總公司．Q/CR 469—2015高速鐵路CRTSⅠ型無砟軌道用水泥乳化瀝青砂漿［S］．北京:中國鐵道出版社，2015．

［7］韓建國，閻培渝．碳酸鋰對硫鋁酸鹽水泥水化特性和強度發(fā)展的影響［J］．建筑材料學報，2011，14(1):6-9．

［8］賈恒瓊，魏曌，王濤，等．板式無砟軌道充填層快速搶修砂漿微膨脹性能研究［J］．鐵道建筑，2013(10):130-132．

［9］夏強，蔣林華，仲超，等．硼砂對脫硫建筑石膏水化的影響及其機理分析［J］．新型建筑材料，2011(10):5-8．

(責任審編 周彥彥)

Influence of Additives on Performance of Rapid Repair M ortar Used for Ballastless Track

LUO Guixiu
(China Railway 19th Bureau Group，F(xiàn)irst Engineering Co．，Ltd．，Liaoyang Liaoning 111000，China)

The influence of different early strength agent and retarder on the com pressive strength and the working performance of rapid repair mortar were studied．The results show that the suitable early strength agent ensures favorable hour strength of rapid repair mortar．Suitable retarder ensures good working performance of rapid repair mortar．On the different temperature conditions，the mix ratios of early strength agent and retarder aread justed accordingly to ensure rapid repair mortar having proper working performance，forming structure in short time and hardening rapidly，and the compressive strength of rapid repair mortar develops stably with the grow th of the age．

Rapid repair mortar;Additive;Early strength agent;Retarder;Preparation technology;Ballastless track

U214．1+8

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．11．35

1003-1995(2016)11-0133-04

2016-06-01;

2016-08-17

羅桂秀(1984—)，女，助理工程師。