水泥品种对CA砂浆拌合性能的影响

吴冬生，王文峰，吴春颖

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112）

水泥品种对CA砂浆拌合性能的影响

吴冬生，王文峰，吴春颖

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112）

通过CA砂浆常、高温拌和试验，利用流动性、泌水率、耐温性和强度等性能研究进行XYT P.II52.5、HL P.I52.5、HL P.II52.5、HL P.II42.5R、JNY P.II52.5和JNY P.II42.5R 6种水泥初步优选，又通过不同批次水泥导致CA砂浆用水量、扩展度和泌水率等性能产生的波动进一步优选，并研究了粗砂比例对CA砂浆拌合物性能、流动性和砂浆状态的影响，试验结果表明HL P.II 52.5水泥最适宜进行CA砂浆的制备。

道路工程；CA砂浆；水泥品种；拌合性能

1 概述

CA砂浆（Cement asphalt mortar，也称CAM）是填充于板式无砟轨道的刚性轨道板与支承层之间的弹性减振关键结构层材料，主要起支承轨道板、缓冲高速列车荷载与减振以及调整施工误差的作用。它由水泥、乳化沥青、砂和多种外加剂组成，是水泥与乳化沥青共同作用胶结硬化而成的一种新型有机-无机复合材料［1］。

《客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》虽对CRTSⅡ板式无砟轨道CA砂浆原材料的性能要求和质量控制指标进行了限定，但实践经验表明，即使所有原材料性能都满足“技术条件”的相关要求，由此生产的CA砂浆性能未必就能满足施工要求或者性能完全合格，分析其主要原因为“技术条件”的相关规范较粗糙，有关技术标准引用了混凝土的规范，在CA砂浆中并不完全适用。CA砂浆中水泥和乳化沥青共同充当其胶凝材料，在II型CA砂浆中水泥含量远大于乳化沥青，水泥含量一般在400 kg/m3以上，而乳化沥青(不包括水分)一般不超过150 kg/m3，并且CA砂浆的强度主要来自水泥，因此水泥的品质直接影响CA砂浆的性能。水泥不仅影响CA砂浆的强度，而且随着水泥水化和硬化又影响到CA砂浆的流动性和耐温性能，此外不同水泥品种对CA砂浆的用水量和泌水率产生不同程度的影响。制备CA砂浆一般采用波特兰水泥，我国地域广大，水泥生产企业众多，各生产单位一般都是就近取材烧制，由于矿物成分的差异以及生产质量波动，很难保证水泥品质的稳定。这些质量波动在普通水泥混凝土中造成的影响并不明显，但为满足CA砂浆的性能要求并保障其稳定性，必须进行水泥品种的优选。

本项目分别对不同厂家（XYT、HL、JNY）、不同型号（P.I、P.II）、不同强度等级（42.5R、52.5）共6个品种的水泥，XYT P.II52.5、HL P.I52.5、HL P.II52.5、HL P.II42.5R、JNY P.II52.5和JNY P.II42.5R,进行CA砂浆常、高温拌合试验，通过用水量、流动性、泌水率、耐温性和强度等性能研究进行水泥品种初步优选，又通过不同批次水泥导致CA砂浆用水量、扩展度和泌水率等性能产生的波动，进一步优选水泥品种，并研究了粗砂比例对CA砂浆拌合物性能、流动性保持能力、砂浆状态和泌水率等性能的影响［2-4］。

2 材料与试验方法

2.1 原材料和配合比

采用阴离子乳化沥青，固含量60%，基本性能见表1；河砂，细度模数1.8～2.0；聚羧酸类高效减水剂；有机硅类超强消泡剂；洁净自来水；无机惰性矿渣；江苏派尼尔有限公司生产的6 mm聚丙烯纤维，直径25～28 μm。

表1　 乳化沥青基本性能

CA砂浆基本配合比见表2。减水剂掺量0.15%，消泡剂0.1‰，两者均以水泥质量计；纤维按干料(水泥、砂子和掺合料)的质量百分数外掺，0.6 kg/m3［5］。

表2　 CA砂浆的基本配合比 kg/m3

2.2 试验方法

（1）常温拌合试验

为考察水泥品种对CA砂浆用水量、拌合物性能和泌水率的影响，按照基础配合比，对6个品种的水泥进行CA砂浆的常温拌合试验。鉴于减水剂影响CA砂浆的流动性和泌水率，因此在减水剂用量一致条件下（0.9 kg/m3），调节用水量，使其达到流动度一致水平，流动度（90±5）s，然后考察其扩展度、泌水率及流动性保持性。泌水率检测方法如下：在CA砂浆拌合好后放入密闭容器中，待其出现泌水后抽出并测其量，然后继续密闭静置，随后每小时抽一次直至不再出现泌水，泌水率为总泌水量与CA砂浆的总水量(包括乳化沥青中的水和外加水量)的比值。

（2）耐温试验

首先将干料、水和乳化沥青等所有原材料预热至（51±1）℃，在减水剂用量一致的条件下，调节用水量使CA砂浆的初始流动度在（90±5）s，将拌合好的CA砂浆按照《客运专线铁路CRTSII型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》立即检测其初始流动度，然后放入（51±1）℃的烘箱内静置，待时间到后检测30 min的流动度。

3 试验结果与分析

3.1 水泥品种对CA砂浆常温拌合性能的影响

通过常温拌合试验，水泥对CA砂浆常温拌合性能和泌水率的影响见表3。

由CA砂浆常温拌合试验可见，水泥生产厂家和型号对CA砂浆的用水量、流动性、流动性保持能力和泌水率等各项性能的影响存在明显差异。

我突然意识到：这不正是一种生命的最佳境界吗？古人云：“地低成海，人低成王。”生活需要低调，为人处世更不可高调。低调的人总能捕捉到生命中的意外惊喜，他们懂得默默地奉献自己，积蓄力量等待生命的绽放。而那些一味高调做人只会炫耀自己的人，也许能得到一时的利益，但永远不会在别人的灵魂里留下芬芳。

表3　 水泥对CA砂浆常温拌合性能和泌水率的影响

首先，相同型号、相同强度等级、不同厂家的水泥，性能差异明显。同样为P.II52.5水泥，3个厂家除用水量各不相同外，其它性能也存在明显差异，XYT的初始扩展度最大可达到365 mm，而JNY的初始扩展度仅为328 mm；流动性保持性能差别也非常明显，XYT水泥30 min流动度几乎未发生变化仍为91s，而HL和JNY分别损失至120 s和129 s，扩展度也比XYT小20～30 mm；再者泌水率也相差明显，XYT泌水最为严重达到1.77%，而HL和JNY的仅为0.65% 和0.26%。总体而言XYT水泥用水量少、扩展度大、流动性保持能力强，但泌水率大，而JNY水泥用水量大、扩展度小、流动性保持最差，但泌水却最少，HL水泥性能居中。

其次，相同厂家、不同型号的水泥需水量和性能也相差较明显。同为HL水泥，早强型和Ⅰ型的初始扩展度小于Ⅱ型，且流动性损失快，尤其是30 min扩展度，Ⅱ型的初始扩展度为340 mm，而早强型和Ⅰ型的仅为320 mm左右，泌水率也存在差异，早强型和I型的泌水量比Ⅱ型的少。同样JNY水泥的两种型号之间也存在差异，早强型的流动性损失快。

综合分析厂家和型号对水泥性能的影响可知，生产厂家对水泥的性能影响要显著于水泥型号，结合试验数据可见XYT水泥的初始扩展度最大、流动性保持能力最好，但是泌水量也最大，而JNY水泥用水量最大、扩展度最小，流动性保持能力差，但是泌水量最少，HL水泥的性能和泌水量居于以上两种水泥之间。型号对水泥性能的影响主要体现在早强型和Ⅰ型的扩展度小，且流动性损失快。

3.2 水泥品种对CA砂浆耐温性能的影响

CA砂浆属于温度敏感性材料，尤其在高温季节水泥水化快，水泥浆粘稠度增加、流动性损失，并且水泥水化消耗掉部分自由水，又产生大量钙离子加速了乳化沥青的破乳，导致CA砂浆流动性损失甚至无法施工，因此必须注重CA砂浆的耐温性能，优选有利于提高CA砂浆耐温性的水泥品种。耐温试验结果见表4。

表4　 水泥对CA砂浆耐温性能的影响

由实验结果可见，水泥品种对CA砂浆耐温性能影响非常显著。HL P.Ⅱ42.5R、HL P.Ⅰ52.5耐温性能最差，30 min后基本不具有流动性无法进行检测。其次是HL P.Ⅱ52.5、JNY P.Ⅱ52.5和JNY P.Ⅱ42.5R三种水泥，在30 min后仍具有一定流动性，但是较粘稠，流动度都在150 s以上。耐温性能最好的是XYT水泥，在30 min后仍具有良好流动性（流动度为120 s），因此，水泥耐温性顺序为XYT P.II 52.5＞ HL P.Ⅱ52.5＞JNY P.Ⅱ52.5＞JNY P.Ⅱ42.5R＞HL P.Ⅱ42.5R＞HL P.Ⅰ52.5。

CA砂浆中水泥和乳化沥青共同充当胶凝材料，由于沥青的强度远低于水泥浆，因此CA砂浆的强度主要来自水泥浆，但是又由于乳化沥青破乳形成的沥青膜裹附在水泥颗粒表面，阻碍水泥与水的接触，影响水泥水化进程，因此CA砂浆的强度也远小于相同配比下的水泥砂浆强度，为满足CA砂浆强度的标准要求，初选的水泥都是高强度等级的水泥品种如42.5R和52.5，试验结果见表5［6］。

表5　 水泥对CA砂浆强度的影响

由于选择的都是高强度等级的水泥，因此其CA砂浆的强度都能满足标准要求，但是由试验数据可见其1 d抗折、7 d抗压和28 d抗压强度都只是刚刚达标而已，因此不可选择再低标号的水泥。由水泥品种对强度影响可见，早强型和P.I型的水泥强度上升较快，1 d强度高于P.Ⅱ型水泥，因此CA砂浆用水泥必须选用高强度等级水泥，若因乳化沥青等其它原因强度不达标的可选用早强型或P.Ⅰ型水泥。

3.4 水泥质量的稳定性

为保障CA砂浆的质量稳定性，防止因水泥批次之间质量变化，引起CA砂浆质量波动，必须对水泥的质量稳定性进行严格控制。本课题对XYT P.Ⅱ52.5和HL P.Ⅱ52.5两种水泥，因水泥种类的差别，每种水泥分别在各自不同的配合比下进行CA砂浆拌合试验，基于CA砂浆用水量、扩展度和泌水率等性能的变化研究水泥的质量波动［7］。以下分别对86批次XYT水泥和160批次HL水泥取样，进行CA砂浆拌和试验，结果见图1。

图1　 水泥质量的稳定性

由检测结果可见，每种水泥不同批次之间都存在质量差异，几乎没有哪两批次水泥的质量是完全一致的，但一般情况下是在一定范围内波动。对于质量波动超过范围的视为不合格，将不合格次数占总数的百分比称为不合格率，由试验结果可见，XYT水泥引起CA砂浆用水量、扩展度和泌水率不合格率分别为2.33%、1.16%和3.49%，而HL水泥分别为1.88%、1.88%和1.88%，因此，对于XYT水泥必须严格监控其用水量和泌水率的波动，而对于HL水泥3个方面都要注重，但是总体而言HL水泥出现质量波动的频率低于XYT水泥。

3.5 粗砂含量对CA砂浆拌合性能及泌水影响

《客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》中虽然规定了干料的级配区间范围，但是在实际施工过程中发现，即使干料的级配都在级配范围内，制备出的CA砂浆板仍存在气泡多、泌水多等问题，因此对干料级配进行研究。由试验研究和施工经验可知，粗砂对CA砂浆性能影响尤为显著，因此研究了粗砂比例对CA砂浆拌合物性能、流动性保持能力、砂浆状态和泌水率等性能的影响，试验结果见表6［8］。

试验结果表明，粗砂比例越高，CA砂浆的用水量越少，初始扩展度越大，流动性保持能力越好，但是气泡也越多，粗砂比例在达到10%时CA砂浆出现大量气泡，导致砂浆板面气泡超标，而且泌水率也增大，因此在制备CA砂浆干料时必须严格控制粗砂比例不可过多。

表6　 粗砂对CA砂浆拌合性能及泌水影响

4 结论

（1）由6种水泥的拌合试验可见，HL厂的P.I 52.5 和P.II 42.5R两种水泥耐温性能差，高温拌合后立即丧失流动性，若选用此两种水泥必须对其耐温性进行改进和提升；

（2）XYT水泥对CA砂浆的流动性保持能力强、耐温性能高，但泌水率高，若选用XYT水泥必须对其泌水性进行提升；

（3）JNY厂的 P.Ⅱ52.5和P.Ⅱ42.5R两种水泥泌水率较少，耐温性尚可, 但常温流动性损失较快，若选用该两种水泥需对其流动性保持能力进行提升；

（4）HL P.Ⅱ52.5各项性能均较好，常温流动性及保持力较好、泌水率低、耐温性尚可，强度满足要求，水泥出现质量问题频率较低，因此可选择该种水泥CA砂浆拌合用。

［1］王强，阎培渝，阿茹罕.高强型水泥沥青砂浆抗压强度影响因素分析［J］.建筑材料学报，2009，12（5）：519-527.

［2］Garcia-Garcia S，Wold S，Jonsson M. Kinetic determination of critical coagulation concentrations for sodium-and-calciummontmorillonite colloids in NaCl and CaCl2 aqueous solutions ［J］. Journal of Colloid and Interface Science，2007，315（2）：512-519.

［3］Lin F，Meyer C. Hydration kinetics modeling of Portland cementconsidering the effects of curing temperature and applied pressure ［J］. Cement and Concrete Research，2009，39（4）：255-265.

［4］缪昌文，刘加平，朱晓斌，等.可有效减少CA砂浆泌水的减缩复合添加剂及包含它的CA砂浆干料和CA砂浆：中国，201110062712.2［P］.

［5］钱晓倩，方明晖，孟涛，等.一种CRTS II型板式无砟轨道CA砂浆的制备方法：中国，201010582125.1［P］.

［6］王涛，胡曙光，王发洲，等. CA砂浆强度主要影响因素的研究［J］. 铁道建筑，2008（2）：109-111.

［7］Rodriguez-Valverde M A，Ccbreizo-Vilchez M A，Paez-Duenas A，et al. Stability of highly charged particles：bitumen-in-water dispersions［J］. Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects，2003，222（1）：233-251.

［8］ 曾志，郑新国，翁智财，等. CRTS II型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆施工技术［J］. 铁道建筑，2009（9）：97-101.

Influence of Cement Type on Mixing Performance of CA Mortar

Wu Dongsheng, Wang Wenfeng, Wu Chunying （JSTI Group, Nanjing 211112, China）

By CA mortar mixing test, liquidity, exudation rate, temperature and strength performance had been studied to make the preliminary optimization of cement type including XYT P.II52.5、HL P.I52.5、HL P.II52.5、HL P.II42.5R、JNY P.II52.5 and JNY P.II42.5R. Performance fluctuates of water consumption, extension and bleeding according to the different batches of cement had been tested to make further optimization. The results showed that HL P.II 52.5 was the best fit for CA mortar. Also the effect of the coarse sand ratio on the properties of CA mortar mixture including liquidity and flowage condition.

road engineering; CA mortar; cement type; mixing performance

U414

A

1672-9889（2016）04-0016-04

吴冬生（1989-），男，江苏东台人，助理工程师，主要从事新型道路材料工作。

2015-11-09）