CA 砂漿流動度的影響因素研究

程 彥 鄭延昭(衢州方圓檢測有限公司，浙江 衢州324004)

1 前言

水泥乳化瀝青砂漿（cement and emulsified asphalt mortar， 簡稱CA 砂漿）是板式無砟軌道系統軌道板與底板之間的有機-無機復合材料，厚度為30～60mm，起支撐、調節、吸振和隔振等作用，是高速鐵路系統的關鍵功能材料之一。新拌CA 砂漿為水泥、乳化瀝青、砂、水和各種外加劑等形成的介穩懸浮體[1-2]。流動度是CA 砂漿實現其灌注施工的首要參數，也是CA 砂漿拌合時最先控制的參數，流動度將直接關系到砂漿充填層的灌注飽滿度，從而對施工質量產生嚴重影響，流動度不合格將導致分層與離析而影響砂漿的穩定性與耐久性[3]。根據《CRTS Ⅰ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術條件》的要求，CA 砂漿“J”型漏斗流下時間（流動度）須控制在18～26s 之間，以滿足灌注施工時注入高度為50mm，而長度為4962mm 的空間。

論文通過試驗，研究了水膠比、砂膠比、聚膠比、外加劑的種類和摻量等對CA 砂漿流動度的影響，試驗結果對CA 砂漿的配合比設計與現場拌制具有一定的指導意義。

2 . 試驗結果與討論

（1）水膠比

采用自來水研究水膠比（水/膠凝材料）對CA 砂漿流動度的影響。圖1 表明當水膠比從0.7增大到0.85，流動時間由30s 減小到13s，隨著水膠比的增大，砂漿的流出時間減小，流動度變大。這是因為水膠比增大，新拌砂漿固體顆粒間的距離增大，顆粒間的粘聚力、范德華力、內摩擦力均減小，從而導致新拌從“J”型漏斗流下所需時間的減小，流動度也相應變小[4]。但當水膠比過大時，砂漿的流動度甚至會小于18s，新拌砂漿的穩定性將較差，以致出現砂的下沉與氣泡的上浮，發生離析與泌水，給硬化砂漿的力學與耐久性能帶來嚴重影響。因此，流動度并非越小越好。

圖1 水膠比對流動度的影響

（2）砂膠比

采用細度模數為1.4～1.8 的機制硅砂研究砂膠比（砂/膠凝材料）對CA 砂漿流動度的影響。圖2 的結果表明，砂膠比越大，砂漿的流動時間越長，流動度越大。當水膠比確定為0.75 時，砂膠比從1.0 增大到2.0，砂漿的流動時間從12s 增加到37s。在新拌CA 砂漿中，膠漿除填充骨料的空隙外，還包裹在細骨料的周圍，形成一定厚度的潤滑層，借以減小骨料顆粒間的摩擦力。在水膠比不變的條件下，單純增加CA 砂漿單位體積中砂的用量，則砂漿單位體積中的瀝青水泥膠漿相應地有所減少，這勢必會減少骨料表面包裹層的厚度，用以包裹砂滾動的膠漿漸漸變少，砂漿的粘度增大，減小潤滑作用，砂漿會顯得比較干稠，致使流動度變大[5]。

圖2 砂膠比對流動度的影響

（3）聚膠比

圖3 表明，在固定水膠比和砂膠比的情況下，單純增加單位體積中瀝青（固含量）的含量，會導致新拌CA砂漿的流動度增加，這主要是瀝青（固含量）的增加，瀝青水泥復合膠漿體系的粘度增大，導致漿體流出時間變小，流動時間增長，流動度變大。

圖3 聚膠比對流動度的影響

（4）減水劑

在新拌CA 砂漿中其他組分不變的情況下，加入一定量的聚羧酸減水劑，以研究減水劑對CA砂漿流動度的影響。圖4 表明隨著減水劑摻量的增加，砂漿的流動時間逐漸變小，流動度也相應變小，而且減小比較顯著。這是因為水泥加水拌合后，由于水泥顆粒間范德華力和靜電力的作用，使水泥漿形成絮凝結構，有部分的拌合水（游離水）被包含在其中，從而降低了砂漿的流動性。當加入適量的減水劑后其憎水基團定向吸附于水泥顆粒表面，在電荷斥力與空間位阻力等的作用下，使形成的絮凝結構解體，釋放出原先封閉與其中的游離水，有效地提高了砂漿的流動性。

圖4 減水劑對流動度的影響

（5）增稠劑

由顆粒沉降的stokes 定律可知，增大液相的粘度將降低顆粒在漿體中的沉降速度，進而提高漿體的穩定性，因此CA 砂漿中通常加入一定量的增稠劑來提高砂漿粘度，避免新拌砂漿的離析與泌水。但同時增稠劑摻量不能過高，不能影響砂漿的流動性和使最大用水量超標。如圖5 所示，在加入一定量的纖維素醚類增稠劑的情況下，CA砂漿的流動時間明顯增加。增加砂漿稠度，并有效克服復合膠凝材料漿體的離析現象，在適當摻量的增稠劑作用下，砂漿的流動性和保水性方面都有較好表現[6]。

圖5 增稠劑對流動度的影響

3 結論

新拌CA 砂漿的流動度受到液相的粘度、膠凝材料和砂子等固相粒子的體積分數以及液相與固相間的作用力等有關。在CA 砂漿體系中，液相的粘度可以通過增稠劑來調節，而液相與固相間的作用力可以通過減水劑來調節。通過“J”型漏斗試驗得到CA 砂漿流動度與組成配比的關系規律如下：

（1）在新拌CA 砂漿中，水膠比將使體系固相粒子的體積分數減小而使砂漿的流動度減小，而砂膠比、聚膠比將使體系固相粒子的體積分數增大而使砂漿的流動度增大。

（2）增稠劑將增大新拌CA 砂漿液相的粘度，而使其流動度增大，同時砂漿的抗離析與泌水能力增強。

（3）減水劑將導致水泥加水后形成的絮凝結構解體，釋放出游離水，削弱液相與固相間的作用力而使新拌CA 砂漿的流動度增加。

[1]曾曉輝,謝友均,鄧德華,等．新拌水泥乳化瀝青砂漿導電特性及其應用[J]．建筑材料學報,2011,14(1):55-60．

[2]KATSUOSHI A． Development of slab tracks for Hokuriku Shinkansen line[J]．Quarterly Report of RITI(Railway Technical Research Institute),2001,42(1):35-41．

[3] 曾 曉 輝, 鄧 德 華, 謝 友 均．CRTS Ⅰ型 水 泥 乳化瀝青砂漿的毛細吸水特性[J]． 西南交通大學學報,2011,46(2):24-29．

[4]趙東田, 王鐵成,劉學毅,伍林．板式無碴軌道CA 砂漿的配制和性能 [J]．天津大學學報,2008,41(7):793-799．

[5]左景奇，姜其斌，蔡彬芬．板式軌道CA 砂漿專用瀝青乳液的試驗研究[J]．鐵道建筑技術,2005,2:68-71．

[6]王發洲,王濤,胡曙光等．CA 砂漿的流變特性[J]．武漢大學學報(工學版),2008,41(4):69-72．