陈 广 雅

(中国中铁四局集团第一工程有限公司，安徽 合肥 230000)

不同膨胀剂对CA砂浆力学性能及收缩变形的影响

陈 广 雅

(中国中铁四局集团第一工程有限公司，安徽 合肥 230000)

研究了水化硫铝酸钙型和氢氧化钙型两种不同膨胀剂对CA砂浆力学性能的影响和收缩变形的改善，研究发现，在配合比相同的情况下，采用内掺法时，CA砂浆的7 d和28 d抗压强度随着水化硫铝酸钙型膨胀剂掺量的增加而减小，而氢氧化钙型膨胀剂对CA砂浆的抗压强度影响很小。

CA砂浆，膨胀剂，力学性能，收缩变形

随着我国高速铁路建设新时期的到来，CA砂浆在板式无砟轨道中得到了广泛的应用[1-4]。CA砂浆作为板式无砟轨道的重要工程材料，也是CRTSⅡ板式无砟轨道的关键技术，CA砂浆的收缩变形越来越引起重视。近几年来，CA砂浆的研究越来越多，也取得了很多突破性的成果，但是，CA砂浆的收缩变形性能的研究缺乏理论和技术作为指导。CA砂浆作为无砟轨道的填充垫层，在无砟轨道中起着十分重要的作用。CA砂浆在水化硬化过程中必然产生收缩，这样就可能会造成轨道板与混凝土底座之间产生间隙，从而影响列车运行的平顺性和安全性[5-7]。如果收缩变形过大，可能造成施工的失败，带来经济损失。所以收缩变形是CA砂浆的一个比较重要的性能，不容忽视。但是，目前对CA砂浆收缩性能的研究还不多，CA砂浆的收缩性机理没有形成一个系统的、健全的理论体系，从而使得CA砂浆收缩变形性能研究缺乏一定的理论作为指导。本论文针对CRTSⅡ型板式无砟轨道中使用的CA砂浆的收缩性能进行研究，通过在浆体中加入膨胀剂等方法去尽可能大的改善或抑制CA砂浆的收缩，并且通过数据分析，得出不同类型的膨胀剂对CA砂浆收缩性能改善的程度大小，从而给现场施工作进一步的指导。目前，国内对CA砂浆收缩变形的研究还不够深入，但是已经迫在眉睫。本论文对CRTSⅡ板式无砟轨道中使用的CA砂浆进行试验，着重研究其收缩变形以及对收缩变形的改善，符合当今的国情，与现实紧密联系，因此，对CA砂浆收缩变形的研究具有十分重要的意义。

1 原材料

1.1 干料

CA砂浆中使用的干料是由水泥、细骨料、外加剂等按一定比例经机械搅拌制得的均匀干粉材料。对颗粒级配的分布范围有着严格的要求，所以对试验中使用的干料进行检查筛分十分重要。本实验所选干料为市售产品，性能指标如表1所示。

表1 CRTSⅡ板式无砟轨道干料性能指标要求

根据标准JGJ 52—2006，对干料进行筛分试验，得到干料的级配分布如表2所示。由表2进行分析并与表1对比可知，干料的颗粒级配分布情况完全符合《客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆暂行技术条件》的相关标准。

表2 干料的筛分结果

1.2 乳化沥青

用于配制CA砂浆的乳化沥青与用于公路路面的乳化沥青有着很大的差别，是一种具有特殊性能的专用乳化沥青，且要求与水泥有着很好的适应性。用于制备专用乳化沥青的沥青应选用重交通道路石油沥青、道路石油沥青(B级以上)或改性沥青，其性能应满足《客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆暂行技术条件》要求。在这些性能指标中，以沥青颗粒粒径与贮存稳定性对所配制的CA砂浆的性能影响较大。本试验选用的基质沥青或者改性沥青为江苏宝利沥青股份有限公司生产，固含量为60%，其性能指标如表3所示。

1.3 外加剂

为改善CA砂浆的流动性、稳定性、匀质性等或调节砂浆的含气量，选用一些外加剂,主要有减水剂、引气剂与消泡剂等。鉴于CA砂浆是一个极复杂的多组分、多物相体系，在选择外加剂时，须通过拌合试验(试配、试拌、试灌)进行优选。其中，选择的减水剂应符合GB 8076或JG/T 223的规定，消泡剂宜采用有机硅类。本试验选用江苏博特新材料有限公司生产的聚羧酸系高效减水剂，型号为PCAⅠ，掺量为干料质量的0.6‰，浓度为0.4；消泡剂也是有机硅类，掺量为干料质量的0.25‰，浓度为0.5。

表3 乳化沥青性能指标

1.4 水

采用民用自来水，标准符合JGJ 63的规定。

1.5 膨胀剂

本试验所使用的膨胀剂有两种：水化硫铝酸钙型膨胀剂(A膨胀剂)和氢氧化钙型膨胀剂(B膨胀剂)，符合JC 476的相关规定。通过XRF(X荧光分析仪)分析了其氧化物成分及含量，结果如表4所示。

表4 XRF分析原料氧化物成分 %

2 不同膨胀剂对CA砂浆的力学性能影响

2.1 不同A膨胀剂掺量下CA砂浆的抗压强度

1)试验配合比。在基准配合比的基础上向CA砂浆中添加水化硫铝酸钙型膨胀剂(A膨胀剂)，其掺量分别为8%,10%,12%，具体配合比见表5。

表5 试验配合比(一)

2)试验结果。试验中使用的水化硫铝酸钙型膨胀剂(A膨胀剂)采用内掺法，由图1可知，CA砂浆的7 d和28 d抗压强度随着水化硫铝酸钙型膨胀剂(A膨胀剂)掺量的增加而减小，但是均符合《客运专线铁路CRTS Ⅱ 型板式无砟轨道CA砂浆暂行技术条件》规定的要求。

2.2 不同B膨胀剂掺量下CA砂浆的抗压强度

1)试验配合比。本试验在基准配合比的基础上向CA砂浆中添加B膨胀剂，其掺量分别为6.25%，8.75%，11.25%，具体配合比如表6所示。

表6 试验配合比(二)

2)试验结果。试验中使用的氢氧化钙型膨胀剂(B膨胀剂)采用内掺法，由图2可知氢氧化钙型膨胀剂(B膨胀剂)对CA砂浆的抗压强度影响很小，但是均符合《客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆暂行技术条件》规定的要求。

3 不同膨胀剂对CA砂浆收缩变形的改善

3.1 A膨胀剂对CA砂浆收缩性能的改善

1)试验配合比。试验配合比如表5所示。2)试验结果与分析。通过试验可得到如图3所示的1 d，3 d，7 d，14 d，28 d的收缩率曲线图。

通过对图3进行分析可知，随着水化硫铝酸钙型膨胀剂(A膨胀剂)掺量的增加，CA砂浆的干燥收缩逐渐减小，但是当其掺量超过8%后，对干燥收缩改善的程度就不是很大了。

由表4 XRF(X荧光分析仪)对水化硫铝酸钙型膨胀剂(A膨胀剂)的成分分析可知，水化硫铝酸钙型膨胀剂(A膨胀剂)属于水化硫铝酸钙膨胀剂，此类膨胀剂与水泥熟料水化产物Ca(OH)2等反应生成水化硫铝酸钙(C3A·3CaSO4·32H2O)而产生体积膨胀[8-10]。随着水化硫铝酸钙型膨胀剂(A膨胀剂)掺量的增大，反应生成的水化硫铝酸钙越多，产生的体积膨胀越大，对CA砂浆的收缩补偿越多。

3.2 B膨胀剂对CA砂浆收缩性能的改善

1)试验配合比。试验配合比如表6所示。2)试验结果与分析。通过试验可得到如图4所示的1 d，3 d，7 d，14 d，28 d的收缩率曲线图。

由表6和图4可知，当氢氧化钙型膨胀剂(B膨胀剂)的掺量在6.25%～11.25%范围调整时，CA砂浆的收缩性能得到明显的改善，且随着掺量的增加，收缩越小，改善的程度越大。加入氢氧化钙型膨胀剂(B膨胀剂)的试件，在前3天膨胀率均为增加，且随着B膨胀剂掺量的增大，膨胀率越大，而3 d后开始产生了收缩，且随着B膨胀剂掺量的减小，收缩率在增加。

由表4 XRF(X荧光分析仪)对氢氧化钙型膨胀剂(B膨胀剂)的成分分析可知，B膨胀剂属于氢氧化钙型膨胀剂。此类膨胀剂是通过轻度过烧CaO在水泥硬化过程中与水形成Ca(OH)2而使水泥石产生的体积膨胀[11-13]。氢氧化钙型膨胀剂(B膨胀剂)掺量增大，反应产生的Ca(OH)2就越多，从而对CA砂浆的收缩补偿就越大。

4 结语

1)水化硫铝酸钙型膨胀剂(A膨胀剂)对CA砂浆的抗压强度随着A膨胀剂掺量的增加而减小，而氢氧化钙型膨胀剂(B膨胀剂)对CA砂浆的抗压强度影响很小，但均符合《客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆暂行技术条件》规定的要求。

2)随着水化硫铝酸钙型膨胀剂(A膨胀剂)掺量的增加，CA砂浆的干燥收缩逐渐减小，但是当其掺量超过8%后，对干燥收缩改善的程度就不是很大了。而氢氧化钙型膨胀剂(B膨胀剂)的掺量在6.25%～11.25%范围调整时，CA砂浆的收缩性能得到明显的改善，且随着掺量的增加，收缩越小，改善的程度越大。

3)水化硫铝酸钙型膨胀剂(A膨胀剂)与水泥熟料水化产物Ca(OH)2等反应生成水化硫铝酸钙(C3A·3CaSO4·32H2O)而产生体积膨胀。随着A膨胀剂掺量的增大，反应生成的水化硫铝酸钙越多，产生体积膨胀越大，对CA砂浆的收缩补偿越多。而氢氧化钙型膨胀剂(B膨胀剂)是通过轻度过烧CaO在水泥硬化过程中与水形成Ca(OH)2而使水泥石产生的体积膨胀。B膨胀剂掺量增大，反应产生的Ca(OH)2增多，从而对CA砂浆的收缩补偿就大。

[1] 王 涛.高速铁路板式无砟轨道CA砂浆的研究和应用[D].武汉：武汉理工大学,2008.

[2] 陈 文.桥上纵连板无砟轨道的垂直动力特性研究[D].北京：北京交通大学,2008.

[3] 苏晓声.无砟轨道的发展历程[J].世界铁路,2006(3):12-15.

[4] 王振军，李顺勇.CA砂浆(CAM)的微观结构特征[J].武汉理工大学学报,2009(5):31-32.

[5] Harada Y.Development of ultrarapid-hardening cement-asphalt mortar for grouted-ballasttrack structure[J].Quarterly Report of RTRI(Railway Technical Research Institute),1976,17(1):6-11.

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

[7] Kazuyosi O,Yosio I.Compressive strength of the CA mortar and its temperature-susceptibility[J].Memoirs of the Faculty of Technology,1976,10(2):1-13.

[8] 傅代正，黄金田，郑新国.桥上板式无碴轨道CA砂浆施工技术[J].铁道建筑技术,2002(6):28-32.

[9] 赵东田.高速铁路CA砂浆的性能研究[J].试验室研究与探索,2007,26(11):291-294.

[10] 周 熙，贺 铭.乳化沥青水泥(CA)砂浆配合比设计与试验计算[J].公路交通技术,2006(3):25-27.

[11] 金守华，陈秀方，杨 军.板式无碴轨道用CA砂浆的关键技术[J].中国铁道科学,2006,27(2):20-23.

[12] 赫 丹，向 俊，郭高杰，等.砂浆刚度和阻尼对高速列车—板式轨道时变系统竖向振动的影响[J].铁道科学与工程学报,2006(3):15-20.

[13] 王 涛，胡曙光，王发洲，等.CA砂浆强度主要影响因素的研究[J].铁道建筑,2008(2):109-111.

Impact of different expansive agent upon mechanical properties and shrinkage deformation of CA mortar

Chen Guangya

(TheFirstEngineeringCo.,LtdofChinaTiesijuCivilEngineeringGroup，Hefei230000,China)

The paper studies the impact of two kinds of expansive agents of hydrated calcium aluminates and calcium hydroxide upon mechanical CA mortar properties, describes its shrinkage deformation improvement. The research results show that: under same mixing proportion conditions, the CA mortar, 7 d and 28 d anti-compression strength will reduce with the hydrated calcium aluminates expansive admixture increasing, the impact of calcium hydroxide expansive agent upon the anti-compaction strength of CA mortar is rather small as well.

CA mortar, expanding agent, mechanical properties, contraction deformation

2015-01-08

陈广雅(1976- )，男，工程师

1009-6825(2015)08-0136-04

TU521

A