水泥品種對CA砂漿拌合性能的影響

吳冬生，王文峰，吳春穎

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112）

水泥品種對CA砂漿拌合性能的影響

吳冬生，王文峰，吳春穎

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112）

通過CA砂漿常、高溫拌和試驗，利用流動性、泌水率、耐溫性和強(qiáng)度等性能研究進(jìn)行XYT P.II52.5、HL P.I52.5、HL P.II52.5、HL P.II42.5R、JNY P.II52.5和JNY P.II42.5R 6種水泥初步優(yōu)選，又通過不同批次水泥導(dǎo)致CA砂漿用水量、擴(kuò)展度和泌水率等性能產(chǎn)生的波動進(jìn)一步優(yōu)選，并研究了粗砂比例對CA砂漿拌合物性能、流動性和砂漿狀態(tài)的影響，試驗結(jié)果表明HL P.II 52.5水泥最適宜進(jìn)行CA砂漿的制備。

道路工程；CA砂漿；水泥品種；拌合性能

1 概述

CA砂漿（Cement asphalt mortar，也稱CAM）是填充于板式無砟軌道的剛性軌道板與支承層之間的彈性減振關(guān)鍵結(jié)構(gòu)層材料，主要起支承軌道板、緩沖高速列車荷載與減振以及調(diào)整施工誤差的作用。它由水泥、乳化瀝青、砂和多種外加劑組成，是水泥與乳化瀝青共同作用膠結(jié)硬化而成的一種新型有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料［1］。

《客運(yùn)專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件》雖對CRTSⅡ板式無砟軌道CA砂漿原材料的性能要求和質(zhì)量控制指標(biāo)進(jìn)行了限定，但實踐經(jīng)驗表明，即使所有原材料性能都滿足“技術(shù)條件”的相關(guān)要求，由此生產(chǎn)的CA砂漿性能未必就能滿足施工要求或者性能完全合格，分析其主要原因為“技術(shù)條件”的相關(guān)規(guī)范較粗糙，有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)引用了混凝土的規(guī)范，在CA砂漿中并不完全適用。CA砂漿中水泥和乳化瀝青共同充當(dāng)其膠凝材料，在II型CA砂漿中水泥含量遠(yuǎn)大于乳化瀝青，水泥含量一般在400 kg/m3以上，而乳化瀝青(不包括水分)一般不超過150 kg/m3，并且CA砂漿的強(qiáng)度主要來自水泥，因此水泥的品質(zhì)直接影響CA砂漿的性能。水泥不僅影響CA砂漿的強(qiáng)度，而且隨著水泥水化和硬化又影響到CA砂漿的流動性和耐溫性能，此外不同水泥品種對CA砂漿的用水量和泌水率產(chǎn)生不同程度的影響。制備CA砂漿一般采用波特蘭水泥，我國地域廣大，水泥生產(chǎn)企業(yè)眾多，各生產(chǎn)單位一般都是就近取材燒制，由于礦物成分的差異以及生產(chǎn)質(zhì)量波動，很難保證水泥品質(zhì)的穩(wěn)定。這些質(zhì)量波動在普通水泥混凝土中造成的影響并不明顯，但為滿足CA砂漿的性能要求并保障其穩(wěn)定性，必須進(jìn)行水泥品種的優(yōu)選。

本項目分別對不同廠家（XYT、HL、JNY）、不同型號（P.I、P.II）、不同強(qiáng)度等級（42.5R、52.5）共6個品種的水泥，XYT P.II52.5、HL P.I52.5、HL P.II52.5、HL P.II42.5R、JNY P.II52.5和JNY P.II42.5R,進(jìn)行CA砂漿常、高溫拌合試驗，通過用水量、流動性、泌水率、耐溫性和強(qiáng)度等性能研究進(jìn)行水泥品種初步優(yōu)選，又通過不同批次水泥導(dǎo)致CA砂漿用水量、擴(kuò)展度和泌水率等性能產(chǎn)生的波動，進(jìn)一步優(yōu)選水泥品種，并研究了粗砂比例對CA砂漿拌合物性能、流動性保持能力、砂漿狀態(tài)和泌水率等性能的影響［2-4］。

2 材料與試驗方法

2.1 原材料和配合比

采用陰離子乳化瀝青，固含量60%，基本性能見表1；河砂，細(xì)度模數(shù)1.8～2.0；聚羧酸類高效減水劑；有機(jī)硅類超強(qiáng)消泡劑；潔凈自來水；無機(jī)惰性礦渣；江蘇派尼爾有限公司生產(chǎn)的6 mm聚丙烯纖維，直徑25～28 μm。

表1　 乳化瀝青基本性能

CA砂漿基本配合比見表2。減水劑摻量0.15%，消泡劑0.1‰，兩者均以水泥質(zhì)量計；纖維按干料(水泥、砂子和摻合料)的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)外摻，0.6 kg/m3［5］。

表2　 CA砂漿的基本配合比 kg/m3

2.2 試驗方法

（1）常溫拌合試驗

為考察水泥品種對CA砂漿用水量、拌合物性能和泌水率的影響，按照基礎(chǔ)配合比，對6個品種的水泥進(jìn)行CA砂漿的常溫拌合試驗。鑒于減水劑影響CA砂漿的流動性和泌水率，因此在減水劑用量一致條件下（0.9 kg/m3），調(diào)節(jié)用水量，使其達(dá)到流動度一致水平，流動度（90±5）s，然后考察其擴(kuò)展度、泌水率及流動性保持性。泌水率檢測方法如下：在CA砂漿拌合好后放入密閉容器中，待其出現(xiàn)泌水后抽出并測其量，然后繼續(xù)密閉靜置，隨后每小時抽一次直至不再出現(xiàn)泌水，泌水率為總泌水量與CA砂漿的總水量(包括乳化瀝青中的水和外加水量)的比值。

（2）耐溫試驗

首先將干料、水和乳化瀝青等所有原材料預(yù)熱至（51±1）℃，在減水劑用量一致的條件下，調(diào)節(jié)用水量使CA砂漿的初始流動度在（90±5）s，將拌合好的CA砂漿按照《客運(yùn)專線鐵路CRTSII型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件》立即檢測其初始流動度，然后放入（51±1）℃的烘箱內(nèi)靜置，待時間到后檢測30 min的流動度。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 水泥品種對CA砂漿常溫拌合性能的影響

通過常溫拌合試驗，水泥對CA砂漿常溫拌合性能和泌水率的影響見表3。

由CA砂漿常溫拌合試驗可見，水泥生產(chǎn)廠家和型號對CA砂漿的用水量、流動性、流動性保持能力和泌水率等各項性能的影響存在明顯差異。

我突然意識到：這不正是一種生命的最佳境界嗎？古人云：“地低成海，人低成王?！鄙钚枰驼{(diào)，為人處世更不可高調(diào)。低調(diào)的人總能捕捉到生命中的意外驚喜，他們懂得默默地奉獻(xiàn)自己，積蓄力量等待生命的綻放。而那些一味高調(diào)做人只會炫耀自己的人，也許能得到一時的利益，但永遠(yuǎn)不會在別人的靈魂里留下芬芳。

表3　 水泥對CA砂漿常溫拌合性能和泌水率的影響

首先，相同型號、相同強(qiáng)度等級、不同廠家的水泥，性能差異明顯。同樣為P.II52.5水泥，3個廠家除用水量各不相同外，其它性能也存在明顯差異，XYT的初始擴(kuò)展度最大可達(dá)到365 mm，而JNY的初始擴(kuò)展度僅為328 mm；流動性保持性能差別也非常明顯，XYT水泥30 min流動度幾乎未發(fā)生變化仍為91s，而HL和JNY分別損失至120 s和129 s，擴(kuò)展度也比XYT小20～30 mm；再者泌水率也相差明顯，XYT泌水最為嚴(yán)重達(dá)到1.77%，而HL和JNY的僅為0.65% 和0.26%?？傮w而言XYT水泥用水量少、擴(kuò)展度大、流動性保持能力強(qiáng)，但泌水率大，而JNY水泥用水量大、擴(kuò)展度小、流動性保持最差，但泌水卻最少，HL水泥性能居中。

其次，相同廠家、不同型號的水泥需水量和性能也相差較明顯。同為HL水泥，早強(qiáng)型和Ⅰ型的初始擴(kuò)展度小于Ⅱ型，且流動性損失快，尤其是30 min擴(kuò)展度，Ⅱ型的初始擴(kuò)展度為340 mm，而早強(qiáng)型和Ⅰ型的僅為320 mm左右，泌水率也存在差異，早強(qiáng)型和I型的泌水量比Ⅱ型的少。同樣JNY水泥的兩種型號之間也存在差異，早強(qiáng)型的流動性損失快。

綜合分析廠家和型號對水泥性能的影響可知，生產(chǎn)廠家對水泥的性能影響要顯著于水泥型號，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)可見XYT水泥的初始擴(kuò)展度最大、流動性保持能力最好，但是泌水量也最大，而JNY水泥用水量最大、擴(kuò)展度最小，流動性保持能力差，但是泌水量最少，HL水泥的性能和泌水量居于以上兩種水泥之間。型號對水泥性能的影響主要體現(xiàn)在早強(qiáng)型和Ⅰ型的擴(kuò)展度小，且流動性損失快。

3.2 水泥品種對CA砂漿耐溫性能的影響

CA砂漿屬于溫度敏感性材料，尤其在高溫季節(jié)水泥水化快，水泥漿粘稠度增加、流動性損失，并且水泥水化消耗掉部分自由水，又產(chǎn)生大量鈣離子加速了乳化瀝青的破乳，導(dǎo)致CA砂漿流動性損失甚至無法施工，因此必須注重CA砂漿的耐溫性能，優(yōu)選有利于提高CA砂漿耐溫性的水泥品種。耐溫試驗結(jié)果見表4。

表4　 水泥對CA砂漿耐溫性能的影響

由實驗結(jié)果可見，水泥品種對CA砂漿耐溫性能影響非常顯著。HL P.Ⅱ42.5R、HL P.Ⅰ52.5耐溫性能最差，30 min后基本不具有流動性無法進(jìn)行檢測。其次是HL P.Ⅱ52.5、JNY P.Ⅱ52.5和JNY P.Ⅱ42.5R三種水泥，在30 min后仍具有一定流動性，但是較粘稠，流動度都在150 s以上。耐溫性能最好的是XYT水泥，在30 min后仍具有良好流動性（流動度為120 s），因此，水泥耐溫性順序為XYT P.II 52.5＞ HL P.Ⅱ52.5＞JNY P.Ⅱ52.5＞JNY P.Ⅱ42.5R＞HL P.Ⅱ42.5R＞HL P.Ⅰ52.5。

CA砂漿中水泥和乳化瀝青共同充當(dāng)膠凝材料，由于瀝青的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于水泥漿，因此CA砂漿的強(qiáng)度主要來自水泥漿，但是又由于乳化瀝青破乳形成的瀝青膜裹附在水泥顆粒表面，阻礙水泥與水的接觸，影響水泥水化進(jìn)程，因此CA砂漿的強(qiáng)度也遠(yuǎn)小于相同配比下的水泥砂漿強(qiáng)度，為滿足CA砂漿強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)要求，初選的水泥都是高強(qiáng)度等級的水泥品種如42.5R和52.5，試驗結(jié)果見表5［6］。

表5　 水泥對CA砂漿強(qiáng)度的影響

由于選擇的都是高強(qiáng)度等級的水泥，因此其CA砂漿的強(qiáng)度都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但是由試驗數(shù)據(jù)可見其1 d抗折、7 d抗壓和28 d抗壓強(qiáng)度都只是剛剛達(dá)標(biāo)而已，因此不可選擇再低標(biāo)號的水泥。由水泥品種對強(qiáng)度影響可見，早強(qiáng)型和P.I型的水泥強(qiáng)度上升較快，1 d強(qiáng)度高于P.Ⅱ型水泥，因此CA砂漿用水泥必須選用高強(qiáng)度等級水泥，若因乳化瀝青等其它原因強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)的可選用早強(qiáng)型或P.Ⅰ型水泥。

3.4 水泥質(zhì)量的穩(wěn)定性

為保障CA砂漿的質(zhì)量穩(wěn)定性，防止因水泥批次之間質(zhì)量變化，引起CA砂漿質(zhì)量波動，必須對水泥的質(zhì)量穩(wěn)定性進(jìn)行嚴(yán)格控制。本課題對XYT P.Ⅱ52.5和HL P.Ⅱ52.5兩種水泥，因水泥種類的差別，每種水泥分別在各自不同的配合比下進(jìn)行CA砂漿拌合試驗，基于CA砂漿用水量、擴(kuò)展度和泌水率等性能的變化研究水泥的質(zhì)量波動［7］。以下分別對86批次XYT水泥和160批次HL水泥取樣，進(jìn)行CA砂漿拌和試驗，結(jié)果見圖1。

圖1　 水泥質(zhì)量的穩(wěn)定性

由檢測結(jié)果可見，每種水泥不同批次之間都存在質(zhì)量差異，幾乎沒有哪兩批次水泥的質(zhì)量是完全一致的，但一般情況下是在一定范圍內(nèi)波動。對于質(zhì)量波動超過范圍的視為不合格，將不合格次數(shù)占總數(shù)的百分比稱為不合格率，由試驗結(jié)果可見，XYT水泥引起CA砂漿用水量、擴(kuò)展度和泌水率不合格率分別為2.33%、1.16%和3.49%，而HL水泥分別為1.88%、1.88%和1.88%，因此，對于XYT水泥必須嚴(yán)格監(jiān)控其用水量和泌水率的波動，而對于HL水泥3個方面都要注重，但是總體而言HL水泥出現(xiàn)質(zhì)量波動的頻率低于XYT水泥。

3.5 粗砂含量對CA砂漿拌合性能及泌水影響

《客運(yùn)專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件》中雖然規(guī)定了干料的級配區(qū)間范圍，但是在實際施工過程中發(fā)現(xiàn)，即使干料的級配都在級配范圍內(nèi)，制備出的CA砂漿板仍存在氣泡多、泌水多等問題，因此對干料級配進(jìn)行研究。由試驗研究和施工經(jīng)驗可知，粗砂對CA砂漿性能影響尤為顯著，因此研究了粗砂比例對CA砂漿拌合物性能、流動性保持能力、砂漿狀態(tài)和泌水率等性能的影響，試驗結(jié)果見表6［8］。

試驗結(jié)果表明，粗砂比例越高，CA砂漿的用水量越少，初始擴(kuò)展度越大，流動性保持能力越好，但是氣泡也越多，粗砂比例在達(dá)到10%時CA砂漿出現(xiàn)大量氣泡，導(dǎo)致砂漿板面氣泡超標(biāo)，而且泌水率也增大，因此在制備CA砂漿干料時必須嚴(yán)格控制粗砂比例不可過多。

表6　 粗砂對CA砂漿拌合性能及泌水影響

4 結(jié)論

（1）由6種水泥的拌合試驗可見，HL廠的P.I 52.5 和P.II 42.5R兩種水泥耐溫性能差，高溫拌合后立即喪失流動性，若選用此兩種水泥必須對其耐溫性進(jìn)行改進(jìn)和提升；

（2）XYT水泥對CA砂漿的流動性保持能力強(qiáng)、耐溫性能高，但泌水率高，若選用XYT水泥必須對其泌水性進(jìn)行提升；

（3）JNY廠的 P.Ⅱ52.5和P.Ⅱ42.5R兩種水泥泌水率較少，耐溫性尚可, 但常溫流動性損失較快，若選用該兩種水泥需對其流動性保持能力進(jìn)行提升；

（4）HL P.Ⅱ52.5各項性能均較好，常溫流動性及保持力較好、泌水率低、耐溫性尚可，強(qiáng)度滿足要求，水泥出現(xiàn)質(zhì)量問題頻率較低，因此可選擇該種水泥CA砂漿拌合用。

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Influence of Cement Type on Mixing Performance of CA Mortar

Wu Dongsheng, Wang Wenfeng, Wu Chunying （JSTI Group, Nanjing 211112, China）

By CA mortar mixing test, liquidity, exudation rate, temperature and strength performance had been studied to make the preliminary optimization of cement type including XYT P.II52.5、HL P.I52.5、HL P.II52.5、HL P.II42.5R、JNY P.II52.5 and JNY P.II42.5R. Performance fluctuates of water consumption, extension and bleeding according to the different batches of cement had been tested to make further optimization. The results showed that HL P.II 52.5 was the best fit for CA mortar. Also the effect of the coarse sand ratio on the properties of CA mortar mixture including liquidity and flowage condition.

road engineering; CA mortar; cement type; mixing performance

U414

A

1672-9889（2016）04-0016-04

吳冬生（1989-），男，江蘇東臺人，助理工程師，主要從事新型道路材料工作。

2015-11-09）