高彈模水泥瀝青砂漿強度主要影響因素的研究＊

黃直久 曾興華 高治雙 王秀芬 王發洲

（中鐵十二局集團有限公司1） 太原 030024） （武漢理工大學硅酸鹽材料國家重點實驗室1） 武漢 430070）

0 引 言

II型板式無砟軌道系統具有精度高、施工進度快、舒適度高、安全性好的優點，應用前景廣闊［1］.水泥瀝青砂漿（cement and asphalt mortar，CAM）墊層作為其重要組成部分，它位于剛性軌道版與混凝土底座之間（見圖1），其主要功能有：全面均勻支承軌道板，消除軌道板與底座之間的間隙；調整軌道高低，便于提高施工效率和下部基礎變形的可維護性；承受由軌道板傳來的垂向力和縱橫向水平力，并把它傳遞給底座和限位裝置；分散列車荷載作用.CAM是由水泥、瀝青乳液、砂和多種外加劑組成，經水泥與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［2－3］.與I型無砟軌道系統用CAM相比，II型板式無砟軌道系統用CAM具有凝結時間短、強度高的特點，要求5～6h凝結硬化，1，7，28d抗壓強度分別達到2，10，15MPa.弄清II型板式無砟軌道系統用CAM強度影響因素對于配制高性能的CAM至關重要［4－6］.文中主要研究了加料順序，水泥、乳化瀝青、砂和外加劑種類和用量對II型板式無砟軌道系統用CAM強度的影響規律，研制出滿足工程應用強度要求的CAM配比，為其配合比研究與施工提供有價值的參考.

圖1 II型板式無砟軌道系統斷面圖

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

瀝青乳液：自制慢裂快凝型改性瀝青乳液，固含量60%；水泥：P.O42.5水泥，PII52.5水泥；砂：普通河砂，細度模數1.5～1.9，含泥量＜0.5%；減水劑：聚羧酸系減水劑；鋁粉：細度≥200目，鱗片狀；穩定劑、消泡劑等外加劑；水：潔凈水.

1.2 配合比

外加劑摻量（質量分數）：減水劑1.0%、鋁粉0.004%，消泡劑0.02%，穩定劑0.11%，（相對于膠凝材料）.

1.3 試驗方法

強度測試方法 試塊為4cm×4cm×16cm的長方體試塊，抗壓強度測試采用伺服液壓電腦控制的instron－10壓力機進行，加載速率為400 N／s，斷裂時間控制在30～90s之間.

養護制度 將水泥瀝青砂漿注入試模內，用刮平尺刮平，用薄膜復蓋試件表面，將試件移入標養室養護，1d后脫模，繼續在標養室養護至7d，然后移入溫度（20±2）℃、濕度60%±5%養護室養護.

2 結果與討論

2.1 加料順序對強度的影響

考慮到瀝青乳液與水泥相容性問題，各種原料的加入順序對CAM各個齡期的強度有較大影響.CAM的生產方式有原料按比例分次投入進行拌和或者將水泥、摻合料、外加劑按比例預制成干粉物料（PC），然后在生產時將瀝青、水、干粉（PC）按不同方式拌和或者將水泥、摻合料、外加劑、砂按比例預制成干混砂漿（PM），然后在生產時和瀝青、水拌和3種.比較而言，分次加料方式復雜，對CAM的生產設備要求較高，預制成干混砂漿后生產簡單，但干混砂漿制備技術難度大，在試驗過程中研究了3種加料順序（見表1和圖2）對CAM強度的影響，其中m（瀝青）∶m（水泥）＝0.35，m（砂）∶m（水泥）＝1.4，試驗結果見圖3.

表1 制備CAM加料順序設計

由圖3可知，A3與A1，A2相比，工藝簡單，預制成商品化砂漿到現場直接和乳化瀝青和水拌和使用，易于工程施工，且其3，7d強度比A1分別只低0.6，0.3MPa，28d只低0.1MPa.A2與A1相比，A1采用先將PC與水拌和，后加乳化瀝青，A2先將乳化瀝青和水拌和，后加PC，A2的3，7，28d強度比 A1分別低0.8，0.4，0.85MPa，這是由于水泥遇水強烈吸水，促使乳化瀝青破乳成膜而包裹水泥，形成球狀團粒，阻礙水泥相和瀝青相的分散，不利于 CAM 強度的增長［7－8］.故為提高CAM強度，宜采用先加水泥后加乳化瀝青的加料順序.

圖2 加料順序

圖3 加料順序對CAM強度的影響

2.2 瀝青乳液與水泥質量比（ma／mc）對CAM強度影響規律

研究了ma／mc對CAM抗壓強度影響規律，試驗配比見表2，結果見圖4.

表2 ma／mc對CAM強度的影響試驗配比及結果

圖4 ma／mc對CAM抗壓強度的影響

由圖4可知，隨著ma／mc值增大，CAM的抗壓強度逐漸降低，ma／mc值由0.35增大到0.6，CAM 7d抗壓強度下降了5.80MPa，28d抗壓強度下降了6.30MPa，下降幅度分別達到63.4%和52.9%.尤其值得注意的是，ma／mc由0.35增大到0.40，7d和28d抗壓強度下降幅度分別達到30.0%和28.6%，抗壓強度下降尤為明顯.而ma／mc由0.4增加到0.5，CAM的抗壓強度降低偏緩，而由0.5增加到0.6，CAM的抗壓強度又急劇下降，且隨著ma／mc值的增加，由于水泥膠凝材料量逐漸減少，CAM砂漿在7d至28d養護過程中強度發展越緩慢.

2.3 砂與水泥質量比（ms／mc）對強度的影響

研究了ms／mc對CAM抗壓強度的影響規律，試驗基本配比見表3，結果見圖5.

表3 ms／mc對CAM強度的影響試驗配比及結果

圖5 ms／mc對CAM強度的影響

由圖5可知，ms／mc值由1.2逐漸增大到1.7，CAM抗壓強度先增加后減小，即最大抗壓強度值對應一個最佳的ms／mc值.ms／mc值為1.4時，抗壓強度達到最大值，7d和28d抗壓強度分別為9.15MPa和11.9MPa；ms／mc值為1.7時抗壓強度最小，7d和28d抗壓強度分別為7.0MPa和10.1MPa.

2.4 配比優化

由以上的實驗結果可知，使用PO.42.5水泥作為膠凝材料，在 ma／mc為0.35時，ms／mc為1.4時，CAM抗壓強度達到最大值，7d和28d抗壓強度分別僅為9.15MPa和11.9MPa，1d抗壓強度為0.69MPa，無法滿足CAM的強度要求.用PII52.5水泥取代PO.42.5水泥，調整干粉砂漿PM中水泥、砂和外加劑用量，進一步優化配比，在水膠質量比為0.55，ma／mc為0.35，ms／mc為1.1時，CAM的1，7，28d抗壓強度分別達3.06，11.55，17.0MPa，滿足CAM 的強度要求.CAM其他指標結果見表4.

表4 CAM主要性能指標實驗結果

3 結 論

1）將水泥、膨脹劑、砂和減水劑等外加劑預制成干混砂漿，比將原料按比例分次加料工藝簡單，對生產設備要求低，易于工程施工，且能獲得較理想的強度，A3的3，7d強度比A1分別低0.6，0.3MPa，28d只低0.1MPa.采用先將水與PC拌和，再加乳化瀝青，比先將水與乳化瀝青拌和，再加PC能獲得更高的強度，A2的早期3，7，28d強度比A1分別低0.8，0.4，0.85MPa，故宜采用先加PC再加乳化瀝青的加料順序.

2）ma／mc，ms／mc是制備 CAM 的2個主要技術參數，隨著ma／mc增加，CAM的抗壓強度值逐漸降低，尤其ms／mc由0.35增大到0.40，抗壓強度下降尤為明顯，且7～28d的抗壓強度增加趨勢變緩；ms／mc值對CAM的抗壓強度的影響有一最佳值.

3）使用PII52.5水泥作為膠凝材料，ma／mc為0.35，ms／mc為1.1，水膠質量比為0.55時，CAM 的1，7，28d抗壓強度分別達3.06，11.55，17.0MPa，制備出了滿足技術指標的高性能CAM.

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