拌和水用量對CRTSⅢ型先張法軌道板用封錨砂漿性能的影響

吳韶亮 張琪 劉子科 賈恒瓊 魏曌

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司金屬及化學研究所，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

無砟軌道結構以其高平順性、高可靠性、高穩定性等特性得到了廣泛認同。高速鐵路建設過程中，我國先后研發出了CRTSⅠ，CRTSⅡ，CRTSⅢ型板式及CRTSⅠ型雙塊式等無砟軌道結構，其中CRTSⅠ，CRTSⅢ型軌道板在預應力拉張完畢后須對軌道板側邊的錨穴進行封錨處理（圖1），CRTSⅡ型不需要封錨。

圖1 軌道板側邊封錨

CRTSⅠ型軌道板錨穴直徑約75 mm，CRTSⅢ型減至約24 mm；CRTSⅠ型軌道板錨穴數量為32 個，CRTSⅢ型增至80 個。錨穴直徑變小和數量增加使得原來適用于CRTSⅠ型軌道板的干硬性封錨材料在進行CRTSⅢ型軌道板封錨施工時，施工效率顯著降低，且存在錨穴內砂漿填充不密實、容易脫落等問題。

結合現有的封錨砂漿材料體系、施工工裝與工藝［1-5］，對其進行重新設計與構建，研制出滿足CRTSⅢ型軌道板快速施工要求的可擠入式JH-FMⅠ型快速封錨材料。該材料由干粉料、乳膠、水組成，使用時按比例稱取乳膠和干粉料，加入適量拌和水，先低速攪拌使其充分潤濕，再高速攪拌保證各組分混合均勻，最終制出團聚狀態的砂漿［6］。適宜的拌和用水量確定原則包括：①保證能夠制備出類似“牙膏”狀態的砂漿；②保證砂在裝袋機和封錨槍中能夠較好地連續擠出；③兼顧封錨砂漿的施工效果。

現場調研過程中發現，有些施工人員為了追求施工速度，會在封錨砂漿制備過程中加入過量拌和水，導致封錨砂漿性能變化。為保證產品質量，規范施工，本文對不同拌和用水量制得的封錨砂漿性能進行試驗研究。

1 試驗方案

1.1 試驗材料

試驗所用干料為自主研發的JH-FMⅠ型干粉料；乳膠為自主配制的丙烯酸體系聚合物乳液；拌和水為符合飲用水要求的自來水。

1.2 試驗設備

試驗所需設備包括：B40型砂漿攪拌機，攪拌容量30 L，轉速三擋可調；FMSJ-Ⅰ型封錨砂漿裝袋機；CMT6104 和CM5305 微機控制電子萬能（拉力）試驗機；電子天平，精度0.1 g。

1.3 試件制備

制備試件時，干粉料與乳膠質量比為1/0.09，分別加入干粉料質量3.0%，3.5%，4.0%，4.5%，5.0%的拌和水，適當調整制備工藝，制備出5種配合比的快速封錨砂漿并制作試件。其中抗壓、抗折及收縮率試件為長方體，尺寸為40 mm×40 mm×160 mm；抗滲試件為截頭圓錐體，上口直徑70 mm，下口直徑80 mm，高30 mm；電通量試件為圓柱體，直徑100 mm，高50 mm。

1.4 性能測試

1）封錨砂漿的抗壓/抗折強度按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法》進行測試。

2）封錨砂漿的收縮率和抗水滲性能參照DL/T 5126—2001《聚合物改性水泥砂漿試驗規程》進行測試。

3）封錨砂漿的抗氯離子滲透性能參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》中電通量法進行測試。

4）封錨砂漿的表觀密度采用靜水天平排水法進行測試。將試件放進稱量掛斗，稱取其在水中的質量m1（每次稱量水面均應達到相同指定位置）；取出試件，用棉布將表面擦拭至表干狀態，稱取表干質量m2，計算其表觀密度ρ（結果精確至0.01 g/cm3），公式為

式中：ρ水為水在常溫下的密度，g/cm3。

2 試驗結果分析

2.1 拌和水用量對封錨砂漿施工性能的影響

測試不同拌和水用量的封錨砂漿施工性能，結果見表1，其中γ=（拌和水質量/干粉料質量）×100%。

表1 不同拌和水用量的封錨砂漿施工性能

圖2 封錨后砂漿蠕變鼓包

由表1可知，隨著拌和水用量的增加，封錨砂漿的制備時間顯著減少，可施工時間顯著延長，制得的封錨砂漿可擠出性逐漸變好，塑性逐漸變差。γ=5.0%時，封錨施工后錨穴中的砂漿出現明顯蠕變鼓包（圖2），施工效果變差。這是由于在干粉料與乳膠用量固定的情況下，膠凝材料水化所需水量是固定的，其余部分的水主要用于保證制備出的砂漿具有適宜的可施工性能。加入的拌和水過量時，一方面過量的水使砂漿體系中緩凝組分充分溶解，且延長了砂漿拌和物體系中乳膠的破乳時間，在水泥顆粒表面形成了密集的硼酸鈣和乳膠包裹層，從而有效抑制了水泥水化，表現為封錨砂漿可施工時間顯著變長、力學性能降低等；另一方面砂漿體系中過量的水會在水泥顆粒之間形成局部的連續相甚至滑動層，嚴重削弱了外加劑的保塑性，使得水泥顆粒之間的運動阻力降低，導致砂漿施工后出現蠕變鼓包。

2.2 拌和水用量對封錨砂漿力學性能的影響

封錨砂漿與混凝土軌道板形成一個整體，共同承受列車的運行荷載，因此封錨砂漿必須具備與軌道板匹配的力學性能。對不同拌和水用量制得的封錨砂漿抗折、抗壓試件進行強度測試，結果見表2。

表2 不同拌和水用量的封錨砂漿試件強度

由表2可知：隨著拌和水用量的增加，試件在不同齡期的抗折、抗壓強度均逐漸降低，其中拌和水用量對抗壓強度影響更大；試驗范圍內其抗折強度均滿足Q/CR 567—2017要求，而當γ=5.0%時抗壓強度已不能滿足要求。這是由于隨著拌和水用量的加大，硬化后砂漿體系中未參與水化反應的游離水逐漸增多，砂漿體系內微小氣泡或氣孔結構更加豐富，降低了砂漿內部結構的致密性，導致砂漿力學性能的下降。

測試不同拌和水用量制得的封錨砂漿抗折、抗壓試件的表觀密度和吸水率，結果見表3。可知，隨著拌和水用量的增加，試件的表觀密度逐漸降低，吸水率逐漸增大。表觀密度降低表明硬化后的封錨砂漿體系中殘留的氣泡和孔道結構增多；吸水率增大表明水在毛細管力的作用下更容易進入砂漿體系內部并儲存在結構內部的孔道中?？梢姡韬退康脑黾訒股皾{體系中的孔道結構增加，結構致密性變差，導致封錨砂漿力學性能降低。

表3 不同拌和水用量的封錨砂漿試件表觀密度和吸水率

2.3 拌和水用量對砂漿收縮率的影響

封錨砂漿的主要作用是封堵預應力鋼筋拉張后的錨穴，保護預應力鋼筋免于水或其他介質的侵蝕，因此封錨砂漿應具有較低的收縮率，保證與軌道板黏結牢固。如果收縮率過大，封錨砂漿與軌道板之間會出現裂紋，在振動或凍脹作用下出現脫黏甚至掉出等問題。對不同拌和水用量制得的封錨砂漿試件進行收縮率測試，結果見圖3。

圖3 不同拌和水用量的封錨砂漿收縮率

由圖3可知，隨著拌和水用量的增加，試件收縮率逐漸增大。其中，γ≤4.0%時0～28 d 收縮率變化相對平緩；γ=5.0%時28 d收縮率超出Q/CR 567—2017中不大于0.02%的要求。可見，在干粉料和乳膠用量固定的情況下，拌和水用量對封錨砂漿收縮率有顯著影響，過量的水會導致砂漿收縮率超出標準要求，甚至使封錨砂漿與軌道板之間出現裂紋（圖4）。

圖4 封錨砂漿與軌道板之間出現裂紋

Q/CR 567—2017 要求軌道板混凝土的收縮率不大于0.02%。為保證錨穴中的砂漿與混凝土軌道板具有同步性和整體性，必須嚴格控制拌和水用量，且在保證封錨砂漿施工性能的前提下盡可能減少拌和水用量。

2.4 拌和水用量對封錨砂漿抗滲性能的影響

封錨砂漿的抗滲性能也是其主要技術指標。采用逐級加壓法對28 d 齡期的抗滲試件進行抗水滲性能測試，采用電通量法對電通量試件進行抗氯離子滲透性能測試，結果見表4。

表4 不同拌和水用量的封錨砂漿試件抗滲性能

由表4 可知：①試驗中28 d 齡期試件的抗水滲等級均大于Q/CR 567—2017 要求的P20 等級。②隨著拌和水用量的增加，制得封錨砂漿的電通量逐漸增大，且增大幅度有加劇趨勢。γ≤4.0%時電通量增加幅度較小，抗氯離子滲透性處于“可忽略”等級；γ=4.5%時電通量增大幅度開始加??；γ= 5.0%時電通量驟增，約為γ≤4.0%時的4 倍，封錨砂漿的抗氯離子滲透性下降，處于“很低”等級。

3 結語

在干粉料與乳膠質量比固定的情況下，拌和水用量對封錨砂漿的性能影響顯著，過量的拌和水導致砂漿性能降低，無法較好地保護錨穴內預應力鋼筋免于銹蝕，最終影響到軌道板的耐久性能和列車的安全運營。因此，制備過程中應在滿足砂漿施工性能的前提下盡可能減少拌和水用量，以保證封錨砂漿的性能和施工效果。