CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的主要影響因素研究

李書明，謝永江，鄭新國，劉 競

(中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的主要影響因素研究

李書明，謝永江，鄭新國，劉 競

(中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081)

以2～56 d的收縮率為考察指標，研究了水膠比(W/B)、瀝青與膠材之比(A/B)和單方無機膠材用量對CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿硬化體收縮性能的影響。結果表明：CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿硬化體的收縮率隨著W/B及單方無機膠材用量的增加而增大，隨著A/B的增加而減小;為控制CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿硬化體收縮率，W/B不宜超過0.51，A/B不宜低于0.29，無機膠凝材料用量不宜超過540 kg/m3。

CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿 收縮性能 水膠比

CRTSⅡ型板式無砟軌道結構是我國高速鐵路采用的主要軌道結構形式之一，其上部結構主要由鋼軌、扣件、軌道板、水泥瀝青砂漿、混凝土底座或混凝土支承層等組成，具有高穩定性、高平順性及高耐久性［1］的特點，其中水泥乳化瀝青砂漿在結構中起充填、傳遞荷載，調平減振等作用［1-7］，是板式無砟軌道結構的關鍵結構材料之一［1-3］。

CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿由乳化瀝青、干粉料、水和外加劑等材料，經機械攪拌混合而成，是一種新型的有機—無機復合材料，與水泥砂漿、混凝土相比，由于膠結材—瀝青和無機膠凝材料共同存在，具有高流態特性的水泥乳化瀝青砂漿容易產生較大的體積收縮［7-9］，過大的體積變形會使約束狀態下的水泥瀝青砂漿產生開裂，對水泥瀝青砂漿的耐久性產生不利影響。此外，還會造成水泥乳化瀝青砂漿與軌道板脫離，對軌道結構的平順性和運行的安全性產生不利影響。

合理控制水泥乳化瀝青砂漿的體積變形對無砟軌道結構的穩定性及耐久性至關重要，但是目前還缺少系統研究。本文主要研究W/B(總用水量與無機膠凝材料用量之比)、A/B(乳化瀝青用量與無機膠凝材料用量之比)和單方無機膠材用量對水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的影響，試驗研究結果為提高水泥乳化瀝青砂漿的配制技術提供了有價值的參考。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

乳化瀝青采用自制CRTSⅡ型陰離子乳化瀝青(固體含量60%、平均粒徑 2.6 μm)、采用海螺 P.Ⅱ52.5水泥(比表面積345 m2/kg)、膨脹劑采用UEA高效膨脹劑、砂為3級配砂，粒徑分別為0.6～1.0 mm(含泥量 0.9%)、0.3～0.6 mm(含泥量 0.8%)、0.15～0.30 mm(含泥量0.6%)、鋁粉采用鱗片狀鋁粉、水采用自來水、減水劑采用聚羧酸系高效減水劑，消泡劑采用有機硅類。

1.2 試驗方法

水泥乳化瀝青砂漿試件尺寸為25 mm×25 mm×280 mm，成型及養護溫度為(20±2)℃、濕度為65%±5%。水泥乳化瀝青砂漿按照一定的攪拌工藝拌制后，無振搗成型，成型后用刮刀將試件表面刮平并用保鮮膜覆蓋。養護至48 h時脫模，用水平比長儀測試其長度，作為基準長度 L0，分別測試 3 d，7 d，14 d，28 d，56 d的試件長度 Lt，按式(1)計算收縮率 εt(%)。Δ為金屬測頭的長度，mm。

2 試驗結果與分析

2.1 W/B對收縮性能的影響

無機膠凝材料及乳化瀝青用量固定的情況下，W/B是提供水泥乳化瀝青砂漿工作性能的必要條件，但是W/B不易過大，否則會影響水泥乳化瀝青砂漿硬化體的收縮性能。W/B 分別為 0.45，0.47，0.49，0.51，0.53時，研究其對水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的影響。試驗結果如圖1所示。

圖1 W /B對水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的影響

由圖1可知，水泥乳化瀝青砂漿的收縮率隨著養護齡期的增長而增大，28 d以后各齡期的收縮率隨著W/B的增大而增大，W/B為0.49時，水泥乳化瀝青砂漿 3 d，7 d，28 d，56 d 的收縮率分別為 -0.006 5，-0.018 9，-0.052 1，-0.071 4;當 W/B 分 別 為0.49，0.51和0.53時，水泥乳化瀝青砂漿56 d收縮率分別為-0.071 4，-0.074 2和 -0.082 1，同時可以看出，當W/B＞0.51時，這種收縮率隨著W/B的增大而增大的趨勢更加明顯。因為在CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿體系中，無機膠凝材料是主體，其水化產生的化學收縮及水化產物中毛細孔水蒸發造成的干燥收縮是使收縮率隨齡期增大的主要原因，并且隨著W/B的增大，使體系中的毛細孔含量提高，毛細孔隙中自由水的含量也相對升高，在干燥養護條件下，自由水蒸發造成毛細孔中彎液面下降，半徑減小，毛細孔負壓增大，另外，毛細孔彎液面半徑減小會造成毛細孔中的飽和蒸汽壓增大，使毛細孔中的水持續蒸發，進一步增大干燥收縮。

2.2 A/B對收縮性能的影響

總用水量及無機膠凝材料用量固定，A/B除了影響水泥乳化瀝青砂漿強度、彈性模量等力學性能之外，也會影響其硬化體的收縮性能。A/B分別為0.27，0.29，0.31，0.33，0.35 和 0.37 時，研究其對水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的影響。試驗結果如圖2所示。

圖2 A /B對水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的影響

由圖2可以看出，水泥乳化瀝青砂漿的收縮率隨著養護齡期的增長而增大，各齡期的收縮值隨著A/B的增大而減小，A/B為0.33時，水泥乳化瀝青砂漿3 d，7 d，28 d 和 56 d 的收縮率分別為：-0.006 6，-0.020 6、-0.058 7和 -0.075 9;當 A/B分別為0.27，0.31和0.35時，水泥乳化瀝青砂漿56 d收縮率分別為：-0.082 6，-0.077 6和 -0.074 6。同時可以看出，A/B＜0.29時，這種收縮率隨著 A/B減小而增大的趨勢更明顯。因為乳化瀝青與無機膠凝材料在膠結硬化過程中，乳化瀝青破乳后的瀝青顆粒會附著在無機膠凝材料顆粒的表面，并且陰離子乳化瀝青會吸附H3O+，使無機膠凝材料水化用水量相對減少，對無機膠凝材料的水化起到一定的緩凝作用，從而延緩了無機膠凝材料的水化，減少了水化過程引起的化學收縮;圖3所示為不同A/B的水泥瀝青砂漿28 d的SEM圖片，可以看出，A/B為0.1時，砂漿中的大孔呈裸露狀態，水化產物清晰可見，隨著A/B的增加，大孔及水化產物變得模糊，硬化水泥瀝青砂漿中的大孔的數量相對減少，因為在整個砂漿體系中，無機膠凝材料水化產物是骨架，而破乳之后的瀝青以吸附或者填充的方式分散在無機膠凝材料的水化產物和孔隙之中，封堵了水泥石中的一部分大孔，減小了砂漿中大孔的孔隙率，改善了砂漿的孔結構，相應降低了水分蒸發的速度和數量，減小了干燥收縮。

圖3 C RTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿硬化體形貌

2.3 單方無機膠凝材料用量對收縮性能的影響

總用水量、乳化瀝青用量一定時，單方無機膠凝材料用量是影響水泥乳化瀝青砂漿力學性能的關鍵因素，但是用量過大，不但會造成強度、彈性模量等力學性能偏高，還會影響其硬化體的收縮性能。單方無機膠凝材料用量 B 分別取 420，450，480，510，540 和570 kg/m3時，研究其對水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的影響。試驗結果如圖4所示。

圖4 單方無機膠凝材料用量對水泥乳化瀝青砂漿收縮性能的影響

由圖4可知，水泥乳化瀝青砂漿的收縮率隨著養護齡期的增長而增大，各齡期的收縮率隨著單方無機膠凝材料用量的增加而增大，無機膠凝材料用量為510 kg/m3時，水泥乳化瀝青砂漿3 d，7 d，28 d和56 d的收縮率分別為 -0.005 2，-0.018 9，-0.050 3和-0.068 6;當無機膠凝材料用量分別為420 kg/m3，540 kg/m3和570 kg/m3時，水泥乳化瀝青砂漿56 d的收縮率分別為 -0.058 3，-0.070 5和 -0.082 8，同時可以看出，當無機膠凝材料用量超過540 kg/m3時，這種收縮率隨著無機膠材用量的增大而增大的趨勢更明顯;與W/B和A/B相比，無機膠凝材料用量對收縮率的影響更大。因為無機膠凝材料用量增加，會增大水泥瀝青砂漿的化學收縮、自收縮;隨著無機膠凝材料用量增加，A/B相對減小，并且水泥乳化瀝青砂漿中的細砂等限制收縮的惰性骨料用量也相對減少［7-8］，使無機膠凝材料用量增加引起的收縮增大。

3 結論

1)隨著養護齡期的增長，CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿的收縮率隨著W/B和單方無機膠材用量的增高而增大，隨著A/B的增高而減小，并且與W/B和A/B相比，無機膠凝材料用量對水泥乳化瀝青砂漿硬化體收縮率的影響更大。

2)為控制CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿硬化體收縮率，W/B不宜超過0.51，A/B不宜低于0.29，無機膠凝材料用量不宜超過540 kg/m3。

［1］趙國堂.高速鐵路無砟軌道結構［M］.北京：中國鐵道出版社，2006.

［2］趙東田.板式無碴軌道CA砂漿與施工技術研究［D］.成都：西南交通大學土木工程學院，2001.

［3］傅代正，趙東田，吳久義，等.CA砂漿板式無砟軌道施工工法［M］.北京：中國鐵道出版社，2002.

［4］王濤，胡曙光，王發洲，等.CA砂漿強度主要影響因素的研究［J］.鐵道建筑，2008(2)：109-111.

［5］江成.CA試驗研究報告［R］.北京：鐵道科學研究院，2001.

［6］胡曙光，王濤，王發洲，等.膨脹劑對CA砂漿依時變形特性的影響［J］.西南交通大學學報，2008(3)：341-345.

［7］A E謝依金［蘇］.水泥混凝土的結構與性能［M］.胡春芝，譯.北京：中國建筑工業出版社，1984.

［8］蔡安蘭.高性能水泥的干縮的測試方法及機理研究［D］.南京：南京工業大學，2005.

［9］SONG H，DO J，SOH Y.Feasibility study of asphalt-modified mortars using asphalt emulsion［J］.Construction and Building Materials，2006，20(5)：332-337.

U213.2+44;TU518.1

A

1003-1995(2011)03-0126-03

2010-09-28;

2010-12-25

李書明(1984— )，男，河南周口市人，碩士研究生。

(責任審編 王 紅)