CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆膨胀剂掺量研究

2012-09-04贾恒琼吴韶亮李洪刚

铁道建筑 2012年6期

关键词：膨胀剂膨胀率龄期

魏曌，贾恒琼，吴韶亮，李洪刚

(中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京 100081)

CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆膨胀剂掺量研究

魏曌，贾恒琼，吴韶亮，李洪刚

(中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京 100081)

为防止板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆收缩开裂，需要掺入膨胀剂，对国内主要膨胀剂进行选择，研究其掺量对CA砂浆自由膨胀及抗压强度的影响规律。结果表明，9#国产膨胀剂拌合性能、力学性能和膨胀性能与日本膨胀剂吻合，膨胀剂的加入能在一定程度内补偿砂浆收缩，其膨胀量随着膨胀剂掺量增加而增加，但是膨胀剂替换了水泥后导致砂浆的抗压强度降低。综合考虑，9#膨胀剂适宜掺量为6%。

板式无砟轨道 CA砂浆膨胀剂膨胀率抗压强度

CA砂浆是板式无砟轨道的关键结构性垫层材料。为满足CA砂浆的高流动度要求，制备时引入了大量的自由水分，随着砂浆的硬化，大量自由水蒸发或参与水化，将会引起较大的体积收缩，容易导致CA砂浆开裂，严重降低了铁路线路稳定性，从而影响运营安全。

针对上述引起体积变形的原因，需要通过掺入膨胀剂补偿砂浆收缩。本文研究了膨胀剂种类、掺量对CA砂浆膨胀率和抗压强度的影响。

1 原材料及其配合比

乳化沥青为阳离子型乳化沥青;水泥为PⅡ52.5的硅酸盐水泥;砂为最大粒径＜2.50 mm，细度模数1.4～1.8的机制砂;膨胀剂为硫铝酸钙类膨胀剂;铝粉为鳞片状铝粉;消泡剂为有机硅类消泡剂;引气剂为松香类引气剂;聚合物乳液为高分子聚合物乳液。CA砂浆原材料基本配合比见表1。

表1 CA砂浆原材料配合比%

2 试验方法

2.1 自由膨胀率测定

砂浆拌好后，浇入试模内，带模放置温度(20±1)℃，湿度90%养护室内进行养护。24 h后拆模编号，标明测试方向。测量前用标准棒校正测长仪，将试件测头擦净，将记有编号的一面朝上，面向测量者，其方向和位置要固定一致，不得随意变动，使试件测头与测量仪测头正确接触。立即测量试件的初始长度值，每组成型3个试件，取其算术平均值作为长度变化。试模尺寸为40 mm×40 mm×160 mm，测头为黄铜，测量精度为0.001 mm，标准杆长度为176 mm，测量期间试件养护条件为温度(20±3)℃，湿度50%。

2.2 抗压强度测定

①将流动度、含气量调整合适的水泥沥青砂浆，注入φ50 mm×50 mm的模型内，约24 h左右拆模，然后在(20±3)℃，(65±5)%RH条件下养护;②到达相应龄期后，用石膏粉对砂浆试样的上表面进行处理，使其表面平滑，用游标卡尺测量试样底面的直径，准确至0.02 mm，测量3次取其平均值;③将试样平放在试验机压板的中央，以1.0 mm/min加载速率施加荷载;④按1 d，7 d，28 d龄期进行单轴压缩试验，当压力达到最大值后停止加载;⑤取同批次三个试件抗压强度的算术平均值作为该组试件的抗压强度值，精确到0.01 MPa。

3 试验结果与分析

3.1 膨胀剂选择

通过与日本资料中规定的性能比较，本文从国产膨胀剂中选择了有可靠来源的10种膨胀剂进行替换试验。

1#，2#，3#膨胀剂等量替换日本膨胀剂后，在 CA砂浆加料过程中即出现了破乳现象。4#，5#，6#膨胀剂制得的CA砂浆24 h抗压强度分别为0.04 MPa，0.08 MPa，0.06 MPa，达不到CA砂浆规定的力学性能。课题组对其余4种拌合性能和力学性能合适的膨胀剂(7#～10#)进行了自由膨胀率试验，以期选择拌合性能、力学性能和膨胀性能均能与日本膨胀剂吻合的国产膨胀剂。试验结果见图1，正表示膨胀，负则为收缩。

图1 国产膨胀剂与日本膨胀剂自由膨胀率比较

根据上述拌合性能、力学性能和图1中的膨胀率结果，选择了三项性能与日本膨胀剂相近的9#膨胀剂。

3.2 膨胀剂掺量对自由膨胀率的影响

膨胀剂的掺量不是越多越好，膨胀剂反应需水量较大，且受养护条件的限制。因此本文选择9#膨胀剂来研究膨胀剂在不同掺量下砂浆的自由膨胀率，以选择一个合适的膨胀剂掺量，为实际应用提供理论参考。图2是不同掺量下砂浆自由膨胀率随龄期变化曲线。

图2 不同掺量下自由膨胀率比较

由图2可见，膨胀剂的加入能在一定程度内补偿砂浆收缩，其膨胀量随着膨胀剂掺量的增加而增加。3%掺量的膨胀剂膨胀效果不明显，6%和9%掺量时先膨胀后收缩，9%掺量时7 d内砂浆膨胀率达到最大，随后产生收缩，在150 d龄期收缩幅度明显减缓。

3.3 膨胀剂掺量对砂浆抗压强度的影响

根据许多工程实际经验，膨胀剂的掺加会不同程度地引起强度降低。砂浆抗压强度随9#膨胀剂掺量变化如表2所示。膨胀剂替换了水泥后会导致砂浆的抗压强度降低，掺量越大，砂浆抗压强度降低幅度越大。

表2 膨胀剂不同掺量下砂浆抗压强度变化率 %

实际工程中，灌注水泥乳化沥青砂浆1 d后，强度达到技术指标，就会卸下上面轨道板支撑螺栓，因此1 d强度比较重要。从表2中可以看出，1 d砂浆抗压强度3%掺量较不掺的降低17.14%，6%掺量较不掺的降低31.43%，9%掺量较不掺的降低37.14%，随着龄期变长，膨胀率掺量对抗压强度的影响逐渐变小。