CA砂漿的干燥收縮及補償研究

朱曉斌，洪錦祥，丁邵文

(1.江蘇省建筑科學研究院有限公司 高性能土木工程材料國家重點實驗室，南京 210008;2.江蘇博特新材料有限公司，南京 210008)

CA砂漿(cement asphalt mortar，也稱 CAM)是填充于板式無砟軌道的剛性軌道板與支承層之間的彈性減振關鍵結構層材料，主要起支承軌道板、緩沖高速列車荷載與減振以及調整施工誤差的作用。它由水泥、乳化瀝青、砂和多種外加劑組成，是水泥與乳化瀝青共同作用膠結硬化而成的一種新型有機—無機復合材料［1-10］。

CA砂漿作為一種大水灰比、高流態灌注砂漿，在膠結硬化過程中約產生1% ～3%的體積收縮［3］，通過摻加鋁粉和膨脹劑可以補償其體積收縮。鋁粉與堿作用生成的氫氣主要補償CA砂漿早期(12 h以內)的收縮，而氧化鎂類、鈣礬石類及氫氧化鈣類膨脹劑或與水泥水化產物反應或直接與水反應的生成物使固相體積增加，從而使CA砂漿硬化體產生體積膨脹，其共同特點是對CA砂漿早期膨脹無影響，主要補償后期收縮［11］。

目前，板式無砟軌道技術在我國還處于試驗應用階段，CA砂漿的長期體積穩定性還未引起人們的重視。研究CA砂漿的長期體積穩定性對推動無砟軌道技術的應用具有一定的理論和工程意義。

1 材料與試驗方法

1.1 原材料和配合比

水泥:P·Ⅱ 52.5硅酸鹽水泥;乳化瀝青:陰離子型乳化瀝青，固含量60%;砂:河砂，細度模數1.8～2.0;減水劑:聚羧酸類高效減水劑;消泡劑:有機硅類超強消泡劑;水:潔凈自來水;膨脹劑:采用兩種膨脹劑，鈣礬石類膨脹劑和氧化鈣類膨脹劑;摻合料:無機惰性礦渣;纖維:江蘇派尼爾有限公司生產的6 mm聚丙烯纖維，直徑 25 ～28 μm。

CA砂漿基本配合比見表1。減水劑摻量0.2%，消泡劑0.14‰，兩者均以水泥質量計;膨脹劑按質量百分數等量取代摻合料;纖維按干料(水泥、砂子和摻合料)的質量百分數外摻。

表1 CA砂漿基本配合比 kg/m3

1.2 試驗方法

CA砂漿的膨脹率按《膨脹水泥膨脹率試驗方法》(JC/T313—1982(1996))的測試方法進行，砂漿棒尺寸為25 mm×25 mm×280 mm，測試儀器為 JD-18型投影萬能測長儀，測試時間為 2，3，7，14，28，45，60，90，120，150 d和180 d。CA砂漿的變形以其硬化前后的膨脹率表征，正表示膨脹，負則為收縮。標準養護條件為(20±3)℃，相對濕度90%以上;室內自然養護條件為(20±3)℃，相對濕度為(65±10)%。

2 結果與討論

2.1 CA砂漿的干縮性能

乳化瀝青、水泥和水灰比對CA砂漿干燥收縮的影響分別見圖1、圖2和圖3。結果表明:CA砂漿28 d以前為快速收縮階段，收縮量約占74% ～78%，28 d至60 d是緩慢收縮階段，收縮量約占12% ～14%，60 d以后收縮基本趨于穩定，該階段收縮緩慢，收縮量約占8%～11%。隨著乳化瀝青用量的增加或者水泥用量的減少，CA砂漿干燥收縮逐漸減小，水灰比對 CA砂漿干燥收縮影響并不明顯。需要說明的是，此處水灰比中的“水”僅指拌合水，而從廣義上還應該包括乳化瀝青(固含量60%)中的水，因此狹義上的水灰比0.225，0.250和0.275經過換算后得到廣義上的水灰比應為0.440，0.469和0.497，可見CA砂漿屬于大水灰比高流態砂漿。

圖1 乳化瀝青對CA砂漿干縮的影響

圖2 水泥對CA砂漿干縮的影響

圖3 水灰比對CA砂漿干縮的影響

一般認為，水泥基材料干燥收縮主要由水泥石的收縮引起，導致水泥石干燥收縮的原因為水泥石內吸附水的蒸發引起凝膠體收縮和毛細孔內自由水的蒸發造成毛細孔負壓。乳化瀝青用量的提高或水泥用量減少都意味著CA砂漿中膠凝材料相對含量下降，即CA砂漿中水泥石的相對含量也降低了，因此提高A/C值(乳化瀝青與水泥質量比)有利于減少CA砂漿的干燥收縮。此外，乳化瀝青破乳后形成的瀝青膜在硬化CA砂漿中對水泥石有一定的“裹覆作用”，在一定程度上可以減少水分的喪失，因此乳化瀝青相對含量提高也可以改善CA砂漿的干燥收縮性能。水灰比較高的情況下，CA砂漿內部的毛細管較粗大，由水分遷移形成的毛細負壓也較小。各水灰比間雖略存差異，但均屬大水灰比范疇，因此難以改變其本質特征。加上瀝青膜的“裹覆效應”在一定程度上將使各組試件之間干燥收縮的差異更加不明顯。

2.2 CA砂漿收縮的補償技術

膨脹劑對CA砂漿體積穩定性的影響見圖4和圖5。結果表明:鈣礬石類膨脹劑摻量為8%時，CA砂漿3 d前持續膨脹并達到最大值，7 d以后進入收縮階段;摻量為10%和12%時，CA砂漿3 d前持續膨脹并達到最大值，此后收縮速率超過膨脹速率，宏觀膨脹值不斷減小，7 d以后進入收縮階段。從穩定以后的減縮效果看，8%和10%的鈣礬石類膨脹劑減縮效果相當，收縮率約降低了35%，12%時減縮效果更優，收縮率降低了44%。氧化鈣類膨脹劑對CA砂漿體積變形的影響與鈣礬石類膨脹劑類似，3 d前持續膨脹，此后收縮速率大于膨脹速率，宏觀膨脹值不斷下降，直至CA砂漿進入收縮階段。氧化鈣類膨脹劑摻量越高，減縮效果越明顯，6.25%和8.75%的氧化鈣類膨脹劑收縮率分別降低了42%和68%，而摻量為11.25%時，CA砂漿在整個觀察期內都呈微膨脹狀態。

圖4 鈣礬石類膨脹劑對CA砂漿體積穩定性的影響

PP纖維對CA砂漿后期體積穩定性的影響見圖6。由圖6可見，PP纖維對CA砂漿后期減縮沒有明顯的影響。

圖5 氧化鈣類膨脹劑對CA砂漿體積穩定性的影響

圖6 PP纖維對CA砂漿體積穩定性的影響

3 結論

1)乳化瀝青用量的增大或水泥用量的減小都有利于減小CA砂漿的干燥收縮，水灰比對CA砂漿的干燥收縮影響不大。

2)摻加鈣礬石類膨脹劑和氧化鈣類膨脹劑后，CA砂漿3 d前持續膨脹并達到最大值，此后膨脹值逐漸減小。膨脹劑摻量越大，減縮效果越明顯，鈣礬石類膨脹劑摻量為8%和10%時減縮效果相當，收縮率降低了約35%，摻量提高至12%，收縮率降低了44%;氧化鈣類膨脹劑摻量為6.25%和8.75%時，收縮率分別降低了42%和68%，摻量提高至11.25%時，CA砂漿一直呈微膨脹狀態。PP纖維對CA砂漿后期體積變形幾乎沒有影響。

［1］賈恒瓊，李海燕，吳韶亮，等．CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿微膨脹性能研究［J］．鐵道建筑，2010(9):101-102.

［2］左景奇，姜其斌，傅代正．板式軌道彈性墊層 CA砂漿的研究［J］．鐵道建筑，2005(9):96-98.

［3］江成．CA試驗研究報告［R］．北京:鐵道科學研究院，2001.［4］左景奇，蔡彬芬，曾凡輝，等．鐵路或城市輕軌無砟軌道用水泥瀝青砂漿及其制造方法和施工方法:中國，200410023087.0［P］．2005-01-12.

［5］谷坤鵬，王成啟．新建鐵路線CA砂漿施工質量控制的研究［J］．鐵道建筑，2010(9):139-142.

［6］丁慶軍，王發洲，王濤，等．一種膨脹可控的 CA砂漿材料:中國，ZL200610018437.3［P］．2007-09-19.

［7］HARADA Y，TOTTORI S，ITAI N．Development of cement asphalt mortar for slab tracks in cold climate［R］．Quarterly Report of RTRI(Railway Technical Research Institute)，1983，15(1):62-67.

［8］HARADA Y．Development of ultrarapid-hardening cementasphalt mortar for grouted-ballast track structure［R］．Quarterly Report of RTRI(Railway Technical Research Institute)，1976，17(1):6-11.

［9］HARADA Y．Development and utility of grout for a track structure with grout filled ballast［R］．Quarterly Report of RTRI(Railway Technical Research Institute)，1976，15(1):25-27.

［10］王濤．高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿的研究與應用［D］．湖北:武漢理工大學土木工程與建筑學院，2008.

［11］胡曙光，王濤，王發洲．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，2008，43(3):341-345.