CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿用聚合物乳液的選擇研究

吳韶亮，李洪剛，李海燕，賈恒瓊，魏 曌

(中國鐵道科學(xué)研究院 金屬及化學(xué)研究所，北京 100081)

在高速鐵路建設(shè)過程中，CRTSⅠ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)采用的水泥乳化瀝青砂漿，主要是由水泥、乳化瀝青、細(xì)骨料和其它添加劑等多種組分混合攪拌而成，其主要起到支撐、調(diào)整，并提供適當(dāng)?shù)膹楉g性，同時對軌道結(jié)構(gòu)的平順性、列車運行的舒適性與安全性、軌道結(jié)構(gòu)的耐久性和運營維護(hù)成本有重大影響［1］。

為了改善制得水泥乳化瀝青砂漿的力學(xué)性能、耐久性能等，在砂漿制備過程中添加了聚合物乳液。聚合物乳液的加入能改善乳化瀝青和水泥、砂子之間的相容性，使硬化后的水泥乳化瀝青砂漿更細(xì)密并能提高水密性，同時還能改善砂漿的脆性和耐沖擊性［2］。由于乳化瀝青以及聚合物乳液體系的復(fù)雜性決定了水泥乳化瀝青砂漿與聚合物乳液之間是相互選擇的，因此本文針對不同類型的聚合物乳液進(jìn)行了試驗研究。

1 試驗器材及試驗方法

1.1 主要原材料

乳化瀝青:采用中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所自主研發(fā)的SL-1型陽離子乳化瀝青。

水泥:PⅡ42.5，PⅡ52.5硅酸鹽水泥。

細(xì)骨料:細(xì)度模數(shù)1.45、表觀密度2.65 g/cm3的機(jī)制砂。

試驗用各種原材料的性能指標(biāo)均滿足鐵道部科技基 2008［74］號文暫行技術(shù)條件指標(biāo)要求［3］。

1.2 主要試驗設(shè)備

攪拌容量16.5 L的品川25AM-Qr中型砂漿攪拌機(jī)，攪拌速度可調(diào);秒表，精度0.1 s;1 000 ml三角燒瓶;電子天平，精度0.1 g。

1.3 試驗內(nèi)容

1)聚合物乳液水泥混合性試驗

參照J(rèn)TJ052—2000《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中 T0657—1993水泥混合性試驗進(jìn)行操作。

2)水泥乳化瀝青砂漿的配制

稱取配合比質(zhì)量的乳化瀝青、水、消泡劑以及待測試的聚合物乳液(試驗中聚合物乳液取代乳化瀝青質(zhì)量的11%)，慢速攪拌30 s將液料混合均勻，依次加入干粉料以及引氣劑，高速攪拌180～300 s，然后進(jìn)行流動度、含氣量等測試。在性能指標(biāo)滿足科技基［2008］74號文規(guī)定值的前提下，成型 φ50 mm×50 mm的砂漿試樣。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 聚合物乳液水泥混合性試驗研究

聚合物乳液主要起改善水泥乳化瀝青砂漿性能的作用，而水泥作為砂漿的主要活性組成材料，其對聚合物乳液有較強(qiáng)的選擇性，因此首先進(jìn)行了聚合物乳液的水泥混合性試驗(見圖1)。

圖1 聚合物乳液的水泥混合性測試

聚合物乳液與水泥的混合性試驗主要有三種結(jié)果:其中一部分聚合物乳液在與水泥的混合過程中出現(xiàn)了破乳;一部分聚合物乳液雖然與水泥具有相對較好的混合性，但混合物的篩上殘留物大于規(guī)范指標(biāo)1.0%;另一部分聚合物乳液不僅與水泥具有好的混合性，并且混合物篩上殘留物質(zhì)量滿足技術(shù)條件要求［3］。

2.2 摻加聚合物乳液的水泥乳化瀝青砂漿可工作性能研究

對滿足水泥混合性要求的9種聚合物乳液，在20℃條件下進(jìn)行了砂漿的拌合試驗，考察聚合物乳液加入后對砂漿可工作性能的影響，見圖2。

圖2 不同聚合物乳液制得砂漿的工作性能

圖2表明:雖然聚合物乳液單獨與水泥有良好的混合性能，但制得水泥乳化瀝青砂漿的可工作性能仍存在較大的差異。其中3#，5#，11#聚合物乳液制得的水泥乳化瀝青砂漿隨著工作時間的延長，流動性明顯變差;而8#聚合物乳液制得的水泥乳化瀝青砂漿在攪拌過程中出現(xiàn)了材料離析、沉砂現(xiàn)象，由此造成流動度明顯降低，經(jīng)檢測8#聚合物乳液制得砂漿的材料分離度為2.7%，遠(yuǎn)大于水泥乳化瀝青砂漿所要求的1%的技術(shù)指標(biāo)。

在滿足水泥乳化瀝青砂漿可工作性能的基礎(chǔ)上，對不同聚合物乳液制得的水泥乳化瀝青砂漿的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了測試，見圖3。

由圖3可得:6#，15#制得水泥乳化瀝青砂漿的1 d抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)低于0.1 MPa，不能較好地滿足施工要求;1#，2#，13#聚合物乳液制得砂漿的抗壓強(qiáng)度較高，其中在砂漿硬化前，13#聚合物乳液制得砂漿的表面有淺白色液體析出、泌膠。由此通過篩選，1#，2#聚合物乳液基本滿足要求。

圖3 不同聚合物乳液制得砂漿的抗壓強(qiáng)度

2.3 聚合物乳液制得水泥乳化瀝青砂漿溫度適應(yīng)性研究

為了考察聚合物乳液的溫度適應(yīng)性，采用 PⅡ42.5，PⅡ52.5兩種規(guī)格的硅酸鹽水泥，分別在5℃，20℃，35℃溫度下進(jìn)行了添加1#，2#聚合物乳液的水泥乳化瀝青砂漿的拌合試驗，制得砂漿的工作性能見圖4～圖7。

圖4 不同溫度下，1#聚合物乳液制得砂漿流動度隨工作時間的變化

圖5 不同溫度下，1#聚合物乳液制得砂漿含氣量隨工作時間的變化

圖6 不同溫度下，2#聚合物乳液制得砂漿流動度隨工作時間的變化

圖7 不同溫度下，2#聚合物乳液制得砂漿含氣量隨工作時間的變化

通過對5℃，20℃，35℃溫度條件下對添加1#，2#聚合物乳液的水泥乳化瀝青砂漿的可工作性能考察發(fā)現(xiàn):

1)1#聚合物乳液的溫度適應(yīng)性較好，在5℃ ～35℃溫度條件下制得的水泥乳化瀝青砂漿均有較好的可工作性能，在60 min的工作時間內(nèi)砂漿流動度能夠保持在18～26 s之間，含氣量基本保持在8% ～12%;

2)2#聚合物乳液的溫度適應(yīng)性較差，僅在5℃，20℃條件下制得砂漿擁有較好的工作性能，而不能滿足5℃～35℃范圍內(nèi)水泥乳化瀝青砂漿的工作性能。

基于以上試驗，1#聚合物乳液與水泥、乳化瀝青等砂漿原材料相容性良好，制備出的水泥乳化瀝青砂漿具有良好的溫度適應(yīng)性?？梢?#聚合物乳液滿足CRTSⅠ型水泥乳化瀝青砂漿的選擇性要求，其物性測試結(jié)果見表1。

表1 1#聚合物乳液物性檢測結(jié)果

3 結(jié)論

通過對聚合物乳液與水泥乳化瀝青砂漿及其原材料的選擇性試驗的研究發(fā)現(xiàn)，聚合物乳液與水泥、乳化瀝青以及砂漿之間是具有相互選擇性的，一個適應(yīng)性良好的水泥乳化瀝青砂漿用聚合物乳液應(yīng)具備以下條件:

1)聚合物乳液與水泥、乳化瀝青等原材料應(yīng)有良好的相容性;

2)聚合物乳液應(yīng)具有良好的溫度適應(yīng)性，能保證5℃～35℃時制得的水泥乳化瀝青砂漿具有良好的工作性能。

［1］何華武.無砟軌道技術(shù)［M］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［2］中國鐵道科學(xué)研究院.無砟軌道乳化瀝青水泥砂漿的研發(fā)-A分報告之一:SL-1型水泥乳化瀝青砂漿的研究［R］.北京:中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所，2008.

［3］李海燕，江成，吳韶亮，等.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(shù)條件［M］.北京:中國鐵道出版社，2008.