黄直久 曾兴华 高治双 王秀芬 王发洲

（中铁十二局集团有限公司1） 太原 030024） （武汉理工大学硅酸盐材料国家重点实验室1） 武汉 430070）

0 引 言

II型板式无砟轨道系统具有精度高、施工进度快、舒适度高、安全性好的优点，应用前景广阔［1］.水泥沥青砂浆（cement and asphalt mortar，CAM）垫层作为其重要组成部分，它位于刚性轨道版与混凝土底座之间（见图1），其主要功能有：全面均匀支承轨道板，消除轨道板与底座之间的间隙；调整轨道高低，便于提高施工效率和下部基础变形的可维护性；承受由轨道板传来的垂向力和纵横向水平力，并把它传递给底座和限位装置；分散列车荷载作用.CAM是由水泥、沥青乳液、砂和多种外加剂组成，经水泥与沥青共同作用胶结硬化而成的一种新型有机无机复合材料［2－3］.与I型无砟轨道系统用CAM相比，II型板式无砟轨道系统用CAM具有凝结时间短、强度高的特点，要求5～6h凝结硬化，1，7，28d抗压强度分别达到2，10，15MPa.弄清II型板式无砟轨道系统用CAM强度影响因素对于配制高性能的CAM至关重要［4－6］.文中主要研究了加料顺序，水泥、乳化沥青、砂和外加剂种类和用量对II型板式无砟轨道系统用CAM强度的影响规律，研制出满足工程应用强度要求的CAM配比，为其配合比研究与施工提供有价值的参考.

图1 II型板式无砟轨道系统断面图

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

沥青乳液：自制慢裂快凝型改性沥青乳液，固含量60%；水泥：P.O42.5水泥，PII52.5水泥；砂：普通河砂，细度模数1.5～1.9，含泥量＜0.5%；减水剂：聚羧酸系减水剂；铝粉：细度≥200目，鳞片状；稳定剂、消泡剂等外加剂；水：洁净水.

1.2 配合比

外加剂掺量（质量分数）：减水剂1.0%、铝粉0.004%，消泡剂0.02%，稳定剂0.11%，（相对于胶凝材料）.

1.3 试验方法

强度测试方法 试块为4cm×4cm×16cm的长方体试块，抗压强度测试采用伺服液压电脑控制的instron－10压力机进行，加载速率为400 N／s，断裂时间控制在30～90s之间.

养护制度 将水泥沥青砂浆注入试模内，用刮平尺刮平，用薄膜复盖试件表面，将试件移入标养室养护，1d后脱模，继续在标养室养护至7d，然后移入温度（20±2）℃、湿度60%±5%养护室养护.

2 结果与讨论

2.1 加料顺序对强度的影响

考虑到沥青乳液与水泥相容性问题，各种原料的加入顺序对CAM各个龄期的强度有较大影响.CAM的生产方式有原料按比例分次投入进行拌和或者将水泥、掺合料、外加剂按比例预制成干粉物料（PC），然后在生产时将沥青、水、干粉（PC）按不同方式拌和或者将水泥、掺合料、外加剂、砂按比例预制成干混砂浆（PM），然后在生产时和沥青、水拌和3种.比较而言，分次加料方式复杂，对CAM的生产设备要求较高，预制成干混砂浆后生产简单，但干混砂浆制备技术难度大，在试验过程中研究了3种加料顺序（见表1和图2）对CAM强度的影响，其中m（沥青）∶m（水泥）＝0.35，m（砂）∶m（水泥）＝1.4，试验结果见图3.

表1 制备CAM加料顺序设计

由图3可知，A3与A1，A2相比，工艺简单，预制成商品化砂浆到现场直接和乳化沥青和水拌和使用，易于工程施工，且其3，7d强度比A1分别只低0.6，0.3MPa，28d只低0.1MPa.A2与A1相比，A1采用先将PC与水拌和，后加乳化沥青，A2先将乳化沥青和水拌和，后加PC，A2的3，7，28d强度比 A1分别低0.8，0.4，0.85MPa，这是由于水泥遇水强烈吸水，促使乳化沥青破乳成膜而包裹水泥，形成球状团粒，阻碍水泥相和沥青相的分散，不利于 CAM 强度的增长［7－8］.故为提高CAM强度，宜采用先加水泥后加乳化沥青的加料顺序.

图2 加料顺序

图3 加料顺序对CAM强度的影响

2.2 沥青乳液与水泥质量比（ma／mc）对CAM强度影响规律

研究了ma／mc对CAM抗压强度影响规律，试验配比见表2，结果见图4.

表2 ma／mc对CAM强度的影响试验配比及结果

图4 ma／mc对CAM抗压强度的影响

由图4可知，随着ma／mc值增大，CAM的抗压强度逐渐降低，ma／mc值由0.35增大到0.6，CAM 7d抗压强度下降了5.80MPa，28d抗压强度下降了6.30MPa，下降幅度分别达到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抗压强度下降幅度分别达到30.0%和28.6%，抗压强度下降尤为明显.而ma／mc由0.4增加到0.5，CAM的抗压强度降低偏缓，而由0.5增加到0.6，CAM的抗压强度又急剧下降，且随着ma／mc值的增加，由于水泥胶凝材料量逐渐减少，CAM砂浆在7d至28d养护过程中强度发展越缓慢.

2.3 砂与水泥质量比（ms／mc）对强度的影响

研究了ms／mc对CAM抗压强度的影响规律，试验基本配比见表3，结果见图5.

表3 ms／mc对CAM强度的影响试验配比及结果

图5 ms／mc对CAM强度的影响

由图5可知，ms／mc值由1.2逐渐增大到1.7，CAM抗压强度先增加后减小，即最大抗压强度值对应一个最佳的ms／mc值.ms／mc值为1.4时，抗压强度达到最大值，7d和28d抗压强度分别为9.15MPa和11.9MPa；ms／mc值为1.7时抗压强度最小，7d和28d抗压强度分别为7.0MPa和10.1MPa.

2.4 配比优化

由以上的实验结果可知，使用PO.42.5水泥作为胶凝材料，在 ma／mc为0.35时，ms／mc为1.4时，CAM抗压强度达到最大值，7d和28d抗压强度分别仅为9.15MPa和11.9MPa，1d抗压强度为0.69MPa，无法满足CAM的强度要求.用PII52.5水泥取代PO.42.5水泥，调整干粉砂浆PM中水泥、砂和外加剂用量，进一步优化配比，在水胶质量比为0.55，ma／mc为0.35，ms／mc为1.1时，CAM的1，7，28d抗压强度分别达3.06，11.55，17.0MPa，满足CAM 的强度要求.CAM其他指标结果见表4.

表4 CAM主要性能指标实验结果

3 结 论

1）将水泥、膨胀剂、砂和减水剂等外加剂预制成干混砂浆，比将原料按比例分次加料工艺简单，对生产设备要求低，易于工程施工，且能获得较理想的强度，A3的3，7d强度比A1分别低0.6，0.3MPa，28d只低0.1MPa.采用先将水与PC拌和，再加乳化沥青，比先将水与乳化沥青拌和，再加PC能获得更高的强度，A2的早期3，7，28d强度比A1分别低0.8，0.4，0.85MPa，故宜采用先加PC再加乳化沥青的加料顺序.

2）ma／mc，ms／mc是制备 CAM 的2个主要技术参数，随着ma／mc增加，CAM的抗压强度值逐渐降低，尤其ms／mc由0.35增大到0.40，抗压强度下降尤为明显，且7～28d的抗压强度增加趋势变缓；ms／mc值对CAM的抗压强度的影响有一最佳值.

3）使用PII52.5水泥作为胶凝材料，ma／mc为0.35，ms／mc为1.1，水胶质量比为0.55时，CAM 的1，7，28d抗压强度分别达3.06，11.55，17.0MPa，制备出了满足技术指标的高性能CAM.

［1］卢建中.博格式轨道版预制关键技术探讨［J］.铁道建筑技术，2007（3）：5－8.

［2］YUTAKA H，SEIICHIT，NORIYUKII，et al.Development of cement－asphalt mortar for slab tracks in cold climate［R］.Quarterly REPORT of RTTI，Japan：Railway Technical Research Institute，1983，15（1）：62－67.

［3］王 涛，胡曙光，王发洲，等.沥青乳液加料顺序影响CA砂浆早期强度的机理研究［J］.铁道建筑技术，2008（1）：1－3.

［4］王发洲，刘志超，胡曙光，等.掺沥青乳液水泥体系的凝结时间对CA砂浆性能的影响［J］.建筑材料学报，2008，11（2）：162－166.

［5］NADIA P，JACQUES M，MICHEL P.Hydration mechanisms，microstructure，and mechanical properties of mortars prepared with mixed blinder cement slurry－asphalt emulsion［J］.Journal of Materials in Civil Engineering，2003，15（1）：54－59.

［6］李祝龙，梁乃兴.乳化沥青改性水泥砂浆的试验研究［J］.公路，2001（11）：117－119.

［7］王学信.乳化沥青水泥复合结合料性能试验研究［J］.市政技术，2004，22（6）：394－396.

［8］宋哲玉，徐培华，陶家朴.乳化沥青破乳机理研究［J］.石油沥青，1995，9（3）：23－29.