纖維對水泥乳化瀝青砂漿性能的影響

吳韶亮（中國鐵道科學研究院 金屬及化學研究所，北京　100081）

纖維對水泥乳化瀝青砂漿性能的影響

吳韶亮
（中國鐵道科學研究院 金屬及化學研究所，北京100081）

為了制備出適用于高緯度嚴寒地區的水泥乳化瀝青砂漿，研究了纖維種類、摻量對水泥乳化瀝青砂漿可工作性能、材料分離度、力學性能、抗凍性能等方面的影響。結果表明:添加纖維有利于提高砂漿的勻質性；隨著聚丙烯纖維摻量的增大，砂漿的抗壓強度先略增大后又降低，而砂漿的彈性模量基本不變；當聚丙烯纖維摻量達到0.8‰后，砂漿的相對動彈性模量顯著增大，質量損失率明顯降低；聚丙烯纖維顯著提升了砂漿的抗凍性能。

纖維；水泥乳化瀝青砂漿；聚丙烯纖維；性能

為了進一步提升水泥乳化瀝青砂漿的耐久性能，在研究高緯度嚴寒地區用水泥乳化瀝青砂漿制備技術的過程中，研究了纖維種類、摻量對水泥乳化瀝青砂漿性能的影響。纖維作為建筑工程材料常用的添加組分，它對基體主要作用是改善材料的耐久性能［1-3］，具體體現在：①提高材料的抗滲性；②提高材料的抗凍性；③增加材料的韌性；④改善材料的疲勞特性。在本研究過程中重點考察了引入纖維前后砂漿可工作性能、材料分離度、力學性能、抗凍性能等方面的差異，以期制得耐久性能提高的水泥乳化瀝青砂漿。

1　試驗

1.1主要原材料

乳化瀝青采用CRTSⅠ型高鐵陽離子乳化瀝青；水泥為亞泰牌P.Ⅱ52.5硅酸鹽水泥；砂子為細度模數1.6、表觀密度 2.65 g/cm3的機制砂；聚合物乳液為TD-08型丙烯酸乳液。各種原材料的性能均滿足《客運專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術條件》（科技基［2008］74號）［4］相關技術指標要求。纖維的性能見表1。

表1　纖維性能

1.2主要試驗設備

中型砂漿攪拌機、秒表、J漏斗、微機控制電子萬能試驗機等。

1.3試驗內容

1.3.1水泥乳化瀝青砂漿的配制

表2為水泥乳化瀝青砂漿的基準配合比。在基準配合比的基礎上，分別以0.4‰，0.8‰，1.2‰的摻量添加纖維（文中所述纖維摻量均以水泥和砂質量之和為基準），適當調整拌合水量以及制備工藝，以保證制備的水泥乳化瀝青砂漿性能指標滿足科技基［2008］74號文的規定，并分別制成 φ50 mm×50 mm圓模、100 mm×100 mm×400 mm抗凍試樣，并在標準條件下養護。

表2　砂漿基準配合比

1.3.2水泥乳化瀝青砂漿性能測試

水泥乳化瀝青砂漿的可工作性能、抗壓強度、彈性模量、抗凍性能等測試均按照科技基［2008］74號文相關附錄進行。

2　結果討論與分析

2.1不同種類纖維對砂漿性能的影響

首先進行了纖維摻量為0.8‰的不同種類纖維水泥乳化瀝青砂漿的制備以及性能測試，結果見表3。

由表3性能測試結果可知：

1）添加纖維后砂漿的拌合用水量均有所增大，其中木質素纖維用水量增加較為顯著。

表3　含不同種類纖維的砂漿性能測試結果

2）不同種類的纖維對砂漿的抗壓強度影響不同，其中，木質素纖維對水泥乳化瀝青砂漿緩凝作用較為明顯。

3）添加纖維后砂漿的材料分離度均有所降低，纖維的添加有利于提高水泥乳化瀝青砂漿的勻質性。

高速攪拌后纖維能較好地分散在水泥乳化瀝青砂漿漿體中，但由于玄武巖纖維自身具有較高的剛度，其在新拌漿體中以彼此交錯的方式存在，使得原本“細膩”的砂漿變得“粗糙”，改變了砂漿的流動狀態，使得砂漿的可工作性能變差［5］。木質素纖維具有較強的吸水和保水能力，一方面提高了砂漿的拌合用水量，同時又延緩了砂漿體系中乳化瀝青的破乳，從而使得砂漿早期抗壓強度發展緩慢。聚丙烯腈纖維在高速攪拌過程中，纖維之間容易打結成團，從而容易形成中空結構，對砂漿的力學性能、耐久性能等產生不利影響［6］。聚丙烯纖維制得的水泥乳化瀝青砂漿保持了良好的工作性能，同時砂漿各齡期的抗壓強度發展正常［7］。由此初步選定聚丙烯纖維作為水泥乳化瀝青砂漿改性用纖維。

2.2不同摻量聚丙烯纖維對砂漿可工作性能的影響

選定聚丙烯纖維后，進行了纖維摻量分別為0，0.4‰，0.8‰，1.2‰的水泥乳化瀝青砂漿的制備和性能測試。其中，20℃下不同纖維摻量水泥乳化瀝青砂漿的可工作性能測試結果見圖1。

圖1　不同纖維摻量水泥乳化瀝青砂漿可工作性能

由圖1可知，隨著纖維摻量的增大，相同水灰比條件下砂漿的流動度變大，流動性能變差，并且砂漿流動度相對變化幅度增大。

這是由于當纖維摻量較小時，高速剪切后纖維能夠較好地分散在砂漿體系內，而且在攪拌作用下纖維具有流變導向性；當纖維摻量較大時，攪拌過程中分散的纖維相互接觸的幾率變大，彼此之間容易相互纏繞打結，從而使得砂漿勻質性和可工作性能變差；同時纖維具有一定的吸水性，隨著時間的延長，纖維會從砂漿漿體中吸收部分水分造成體系中游離水減少，加速新拌砂漿體系中乳化瀝青的破乳，從而導致砂漿流動度相對變化幅度增大。

2.3不同摻量聚丙烯纖維對砂漿力學性能的影響

20℃下不同纖維摻量砂漿的抗壓強度和彈性模量測試結果分別見圖2、圖3。

圖2　不同纖維摻量砂漿的抗壓強度

圖3　不同纖維摻量砂漿的彈性模量

由圖2、圖3可知，隨著纖維摻量的增加，砂漿抗壓強度先略有增大后又降低；彈性模量基本無變化。這是由于數量眾多的纖維在砂漿內部三維分布并具有良好的裹覆性能，使其成為砂漿內部結構的筋骨，增加了砂漿的內聚力，提高了砂漿的密實性；但當摻量繼續增大時，纖維之間彼此搭接、纏繞的概率增大，反而使得砂漿的勻質性變差，并且容易成為砂漿內部結構的缺陷，從而導致砂漿抗壓強度略有降低。

2.4不同摻量聚丙烯纖維對砂漿抗凍性能的影響

不同纖維摻量的砂漿300次凍融循環試驗后抗凍性能測試結果見圖4與表4。可知，隨著纖維摻量的增大，砂漿的相對動彈性模量逐漸提高，而砂漿的質量損失率顯著降低，由此表明纖維的添加可以較好地起到提高砂漿的抗凍性能的作用。這是由于纖維的加入減少或阻塞了貫通性毛細孔隙的形成，提高了砂漿的密實性，從而減少了砂漿內部孔隙數量和結構內部的含水率，進而也減少或阻隔了凍融循環過程中外部水分的滲入，避免了砂漿凍融循環過程中自由水產生的膨脹與冰晶壓力對結構的破壞，由此凍融循環后砂漿的相對動彈性模量提高；纖維與砂漿中的膠凝材料以及瀝青均具有良好的裹覆性，纖維在砂漿體系中的破壞是拉斷破壞而不是拔出破壞，提高了砂漿的內聚力，因而只有當砂漿外部結構孔隙中水結冰產生的膨脹壓力大于纖維破壞力時砂漿才開始損壞，表現為剝落或者碎裂，因此纖維的添加也延遲或降低了凍融循環后砂漿的質量損失。

圖4　不同纖維摻量砂漿凍融循環后的相對動彈性模量

表4　不同纖維摻量砂漿凍融循環后的質量損失率

3　結語

纖維的引入能夠降低水泥乳化瀝青砂漿的材料分離度，從而改善砂漿的勻質性；隨著聚丙烯纖維摻量的增大，水泥乳化瀝青砂漿的抗壓強度先略有增大后又降低，而砂漿的彈性模量基本不變；當聚丙烯纖維摻量達到0.8‰后，水泥乳化瀝青砂漿的相對動彈性模量顯著增大，質量損失率明顯降低，砂漿的抗凍性能顯著提升。因此可以通過添加適量的聚丙烯纖維達到提升水泥乳化瀝青砂漿耐久性能的目的。

［1］李長風，劉加平，劉建忠，等.纖維增強混凝土中纖維分布表征及調控的研究進展［J］.混凝土，2014（7）：101-113.

［2］吳韶亮，李海燕，邵丕彥，等.CRTSⅠ型水泥乳化瀝青砂漿的力學性能試驗研究［J］.鐵道建筑，2012（12）：129-132.

［3］徐方，袁宗征，劉苗，等.有機纖維與聚合物對水泥混凝土層間黏結性能影響研究［J］.混凝土，2015（1）：90-93.

［4］中華人民共和國鐵道部.科技基［2008］74號客運專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術條件［S］.北京：中國鐵道出版社，2008.

［5］齊建林，朱江.玄武巖纖維在混凝土中的應用與研究進展［J］.混凝土，2011（7）：46-49.

［6］黃志講，周華新，崔鞏，等.高鐵梁面防水保護層C40細石纖維混凝土性能研究［J］.混凝土，2014（2）：142-146.

［7］李東，徐征杰，苑香剛.聚丙烯纖維增強混凝土早期抗裂性能及其評價［J］.混凝土，2007（11）：80-81.

（責任審編周彥彥）

Influence of Fibre Sort and Dosage on Performance of Cement Emulsified Asphalt Mortar

WU Shaoliang
（Metals and Chemistry Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

In order to prepare the cement emulsified asphalt mortar used in high latitude cold region with better suitable performance，the influence of the fiber sort and dosage on the work performance，the material separation degree，mechanical property and frost resistance property of cement emulsified asphalt mortar was studied.T he results show that the addition of fiber could improve the homogeneity of mortar，the compressive strength of mortar increases slightly and then decreases，and elastic modulus of mortar is basically unchanged with the increase of the polypropylene fiber dosage，the relative dynamic elastic modulus of mortar increases significantly and the mass loss rate decreases obviously when the content of polypropylene fiber is 0.8‰，and the frost resistance property of mortar is remarkably improved by polypropylene fiber.

Fiber；Cement emulsified asphalt mortar；Polypropylene fiber；Performance

吳韶亮（1981— ），男，助理研究員，碩士。

TU528.58

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.07.34

1003-1995（2016）07-0140-03

2016-03-05；

2016-05-10

中國鐵路總公司科技研究開發計劃（2013G008-A-1）