CRTSⅠ型板式轨道水泥沥青砂浆试验研究

2012-05-14李兴旺

铁道标准设计 2012年7期

李兴旺

(中铁十五局集团有限公司，河南洛阳 471013)

1 概述

CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥沥青砂浆(下称，砂浆)是高速铁路无砟轨道结构的重要组成部分，位于轨道板与混凝土底座之间，主要由水泥、乳化沥青、细骨料、乳液、外加剂和水等混合组成，属多级多相复合材料［1-4］。该材料固化后，既能为结构提供所需的强度，又能为结构提供一定的弹性，在无砟轨道结构中发挥重要的作用。根据以往工程实践经验，水泥品种、骨料细度模数、乳化沥青及乳液性能等均会对CRTSⅠ型板式无砟轨道的水泥沥青砂浆性能产生影响［5-7］。基于此，本文系统研究了水泥沥青砂浆材料组成与其性能之间的影响关系，对全面提升水泥沥青砂浆性能具有一定的借鉴意义。

2 试验材料及设备

2.1 主要试验材料

主要试验材料包括水泥、细骨料、乳液、乳化沥青、铝粉等。

2.2 主要试验设备

主要试验设备包括水泥沥青砂浆搅拌机、材料试验机、耐候箱、冻融循环试验机、疲劳试验机、黄铜漏斗、各类试模及其他试验设备。

3 试验结果及分析

3.1 水泥对水泥沥青砂浆性能的影响

水泥是砂浆中最重要的原材料之一，其主要影响砂浆的强度形成，同时也是影响水泥沥青砂浆其他性能的重要因素。

试验选用了不同品种的水泥和不同的胶凝材料掺加量，测试结果如表1、图1所示。

表1 不同品种水泥对砂浆强度的影响 MPa

图1 胶砂比对CA砂浆强度的影响

通过对每组砂浆的力学性能测试表明，相同掺量不同品种以及相同品种不同掺量的水泥，对砂浆强度影响是不同的。从表1可以看出，采用硫铝酸盐水泥对砂浆1 d强度的发展同比其他品种水泥更有利;从图1可以看出，胶凝材料掺量与细骨料掺量之比对砂浆28 d强度亦有显著影响，随胶砂比的增加而递增。

3.2 细骨料对砂浆性能的影响

细骨料是砂浆另一重要的组成材料。试验结果见图2、图3。

图2 细度模数对砂浆材料分离度的影响

图3 流动时间对砂浆材料分离度的影响

从图2中可以看出，细骨料的细度模数小，砂浆材料分离度相应变小，这能使材质分布越均匀。但并不是细度模数越小越好，细度模数过小，会使砂浆加水量增加，这种因增加额外用水量而导致的流动时间变小，单位体积质量变轻，浇筑时会有气泡浮起，产生片状分层，最终影响砂浆强度、弹性模量和耐久性不足。可见，细骨料的细度模数对提高砂浆整体性能有着显著的影响。因此，在配置砂浆时要选择适宜细度模数的细骨料。

图3反映了流动时间对砂浆材料分离度的影响。从图中可以看出，砂浆材料分离度随流动时间的增加而减小。

综合细度模数及流动时间对材料分离度的影响分析可知，在材料分离度满足指标要求的情况下，为保证一定的流动度，细骨料适宜的细度模数宜选择在0.8～1.5。

3.3 乳液对砂浆性能的影响

乳液在砂浆材料中起着改善砂浆物理性能、提高韧性和耐久性的作用。乳液选取时必须确保与乳化沥青和水泥的相容性要好。根据实践经验，不同品种的乳液，对新拌砂浆混合物性能具有不同的影响。

本试验采用3种不同乳液，分别对2个不同配合比砂浆拌和物可工作时间进行研究，见表2。结果表明，1型、2型乳液均会通过促进乳化沥青快速破乳，而导致新拌砂浆很快失去流动性，以致可工作时间大幅缩短，不利于现场施工;3型乳液对新拌砂浆的工作性能则不会产生任何负面影响。因此，选择与乳化沥青相适应的乳液对改善砂浆的性能具有重要影响。

表2 不同乳液对新拌砂浆流动时间的影响

3.4 乳化沥青对砂浆性能的影响

乳化沥青是砂浆最重要的组成材料之一，且性能直接决定着砂浆的拌和物性能，同时对砂浆材料的早期强度、材料分离度、弹性模量、抗冻性和耐久性都有显著的影响。一般来说，黏度大、储存稳定、与水泥及骨料混合相容性好的乳化沥青，配制出的砂浆具有较好的拌和性能、力学抗冻性及耐久性。

用于砂浆制备的主要乳化沥青颗粒极性有阳离子、阴离子和非离子(两性离子)。试验表明，颗粒极性为非离子乳化沥青，能够较好的发挥与乳液和水泥的协同效应，从而改善乳化沥青的存储稳定性和水泥混合性。因此，本试验选用颗粒极性为非离子的乳化沥青，并且在同一配合比中，通过采用不同性能的乳化沥青的研究，来考察乳化沥青与砂浆性能之间的关系。试验结果如表3、表4所示。

通常认为，砂浆分离度和砂浆流动度与沥青黏度的关系最为密切。限于篇幅，论文仅对砂浆分离度与沥青黏度的关系，以及砂浆流动度与沥青黏度的关系进行分析，如图4～图5所示。结果表明，砂浆材料分离度随乳化沥青黏度的增大而减小，砂浆流动度随乳化沥青黏度的增大而增大。