CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆制备及其性能研究

2016-11-16李良英

城市道桥与防洪 2016年10期

关键词：乳化剂砂浆乳化

李良英，袁锋

（兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州 730070）

CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆制备及其性能研究

李良英，袁锋

（兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州 730070）

CA砂浆作为全面支承轨道板的垫层结构，对板式轨道结构的经济性、耐久性与安全性有直接的影响。该试验自行复配了制备乳化沥青的乳化剂，采用正交试验确定了乳化沥青的最佳配方，经验证此配方各项技术指标能满足《客运专线铁路CRTS I型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》相关要求，并且具有良好的存贮稳定性和水泥适应性；用该乳化沥青在室内拌制CA砂浆，其各项指标均满足要求，并在此基础上分析了影响CA砂浆强度的因素。

无砟轨道；CA砂浆；乳化沥青

0　引言

CA砂浆应用于我国客运专线铁路和城市轨道交通建设中，其生产制备技术却被发达国家垄断，转让费昂贵，并且进口产品品种单一，不能按照工程的实际需求进行调整，给该种材料的应用带来一定困难，CA砂浆的特点是水泥砂浆强度高、耐久性长、沥青材料弹性好，然而其性能绝非沥青材料性质和水泥等材料的简单组合[1-3]，而是各组成材料相互作用、相互影响的结果。CA砂浆集工作性能、力学性能、耐久性等为一体，是用于轨道板与底座之间的填充减振砂浆，其各项性能之间相互联系又相互制约。良好的灌注性、均质性和自流平密实性是CA砂浆满足无砟轨道填充性能的必要条件，而CA砂浆较好的支撑力、弹性性能与长期耐久及耐候性能是满足轨道的减振性能的必备条件，因而需对CA砂浆进行系统的研究。不同地区、不同气候特点的CA砂浆在结构上差异较大。因此，通过试验研究，制备出适合我们国家需要的CA砂浆材料，并对其强度、工作时间、膨胀率及分离度等性能进行研究，对于促进CA砂浆的国产化进程，实现我国客运专线快速发展、增进材料学的实践性应用均有重要意义[4-8]。

1　制备CA砂浆专用乳化沥青

1.1乳化沥青选择

在制备乳化沥青的过程中，原材料的选定十分重要，参照前人的成果并通过实验室大量的优选试验，选取埃索—90#基质沥青为原材料，见表1。

表1　埃索-90#基质沥青性能指标

1.2乳化剂

乳化剂是影响乳化沥青破乳过程的关键因素，使用两种或两种以上的乳化剂称为复合型乳化剂，在此采用阿克苏4875慢裂快凝型阳离子乳化剂与NP-40非离子型乳化剂复配进行乳化沥青的生产，乳化剂见图1。

图1　4875乳化剂

1.3其它外加剂

（1）稳定剂

为改善乳化沥青的稳定性，经常加入稳定剂来提高乳化沥青的稳定性能。根据试验对比，本实验最终选用了无机盐类氯化铵作为稳定剂。

（2）增稠剂

为了满足制备的客运专线铁路CA砂浆专用乳环沥青的黏度，乳化沥青的增稠剂选用纤维素醚。

（3）pH调节剂

乳化剂如需获得最大的溶解度，得处在一定的pH值状态下。每一种乳化剂对于pH值溶解度的要求不同，本次试验研究选用HCl溶液作为复合型乳化剂的pH值调节剂，见图2。

图2　pH调节剂

1.4乳化沥青的制备工艺

生产乳化沥青时，先将沥青加热至145℃后加入沥青罐中，设置保温145℃，再将配置好的皂液加热至55℃后加入皂液罐设置保温55℃，待仪器流量、温度控制恒定时开始生产乳化沥青。通过蒸发残留物含量实验，计算测得生产的乳化沥青固含量为60%，在规范要求的60%～70%之间。同时对乳化沥青的存储稳定性和水泥拌合性也进行了检测，结果均满足规范要求。

乳化沥青的制备工艺流程见图3。

图3　乳化沥青制备工艺流程图

2　 CA砂浆制备

2.1技术思路

CA砂浆由乳化沥青、水泥、细砂、水、铝粉、引气剂和消泡剂等多种原材料在特定的拌合条件下拌制而成，其配方的选择是本研究的核心所在。CA砂浆也需具有特殊的抗冻和耐候的需求，确定配方时，本研究在京沪高铁使用的泵送CA砂浆配方的基础上，对原有的CA砂浆配方通过添加聚合物乳液和采用复配乳化剂等方面进行改进，并对该配方进行强度、流动度、分离度、含气量、弹性模量、耐久性等性能进行测试。结果表明，聚合物乳液可以有效的提高CA砂浆的抗冻性能和弹性模量，自行复配的乳化剂有效的降低了CA砂浆的分离度，并有助于合理的调整CA砂浆的含气量，见图4。

图4　CA砂浆制备及其性能研究技术路线图

2.2制备过程

由于CA砂浆要求有很高的性能，所以对其原材料也有很高的要求。试验采用了自行复配的乳化沥青、规范要求的级配骨料，强度为42.5的硅酸盐水泥以及其他添加剂作为制备CA砂浆的原材料。通过查阅文献及相关专家指导，经过大量的对比试验确定了本项目的CA砂浆配方，CA砂浆拌合工艺流程见图5。

图5　CA砂浆拌合工艺流程图

以上配方制备的CA砂浆进行了强度、流动度、分离度、含气量和弹性模量检测，并重点分析了影响CA砂浆抗压强度的因素。CA砂浆强度和各种选料的用量有重要关系，本实验制备的CA砂浆5 min时工作时间为11 s，30 min时工作时间为14.8 s。实验所测得的分离度为0.43%，小于规范允许值（小于1.0%）。为满足抗冻性能要求，CA砂浆中必须含有一定的微气孔，微气孔含量由CA砂浆的含气量控制。实验测得的含气量为11.2%，满足规范要求。CA砂浆垫层除了具备一定强度外，还为轨道结构提供弹性，规范要求CA砂浆弹性模量必须在100～300 MPa之间。本实验CA砂浆弹性模量为192.4 mPa，满足规范要求，见表2。

表2　CA砂浆配方及其作用　（单位：g）

3　结论

据本次实验进行分析，水泥、乳化沥青和砂的用量是影响CA砂浆强度的主次因素；绝对用水量：水泥=0.78～1.03时，新拌制的CA砂浆初始流动度为23～16 s，其28 d抗压强度可以满足1.8～2.5 MPa要求；引气剂掺量为0.6‰～1.7‰时，新拌CA砂浆空气含量8.2%～14.5%，其硬化体28d抗压强度能满足1.8～2.5 MPa的要求。

本文研究了水泥、乳化沥青、砂和引气剂等材料用量大小对CA砂浆硬化体强度的影响规律，研究结果可对CA砂浆制备与研究提供一定的参考。

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