CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆用聚合物乳液的选择研究

吴韶亮，李洪刚，李海燕，贾恒琼，魏 曌

(中国铁道科学研究院 金属及化学研究所，北京 100081)

在高速铁路建设过程中，CRTSⅠ型板式无砟轨道结构采用的水泥乳化沥青砂浆，主要是由水泥、乳化沥青、细骨料和其它添加剂等多种组分混合搅拌而成，其主要起到支撑、调整，并提供适当的弹韧性，同时对轨道结构的平顺性、列车运行的舒适性与安全性、轨道结构的耐久性和运营维护成本有重大影响［1］。

为了改善制得水泥乳化沥青砂浆的力学性能、耐久性能等，在砂浆制备过程中添加了聚合物乳液。聚合物乳液的加入能改善乳化沥青和水泥、砂子之间的相容性，使硬化后的水泥乳化沥青砂浆更细密并能提高水密性，同时还能改善砂浆的脆性和耐冲击性［2］。由于乳化沥青以及聚合物乳液体系的复杂性决定了水泥乳化沥青砂浆与聚合物乳液之间是相互选择的，因此本文针对不同类型的聚合物乳液进行了试验研究。

1 试验器材及试验方法

1.1 主要原材料

乳化沥青:采用中国铁道科学研究院金属及化学研究所自主研发的SL-1型阳离子乳化沥青。

水泥:PⅡ42.5，PⅡ52.5硅酸盐水泥。

细骨料:细度模数1.45、表观密度2.65 g/cm3的机制砂。

试验用各种原材料的性能指标均满足铁道部科技基 2008［74］号文暂行技术条件指标要求［3］。

1.2 主要试验设备

搅拌容量16.5 L的品川25AM-Qr中型砂浆搅拌机，搅拌速度可调;秒表，精度0.1 s;1 000 ml三角烧瓶;电子天平，精度0.1 g。

1.3 试验内容

1)聚合物乳液水泥混合性试验

参照JTJ052—2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中 T0657—1993水泥混合性试验进行操作。

2)水泥乳化沥青砂浆的配制

称取配合比质量的乳化沥青、水、消泡剂以及待测试的聚合物乳液(试验中聚合物乳液取代乳化沥青质量的11%)，慢速搅拌30 s将液料混合均匀，依次加入干粉料以及引气剂，高速搅拌180～300 s，然后进行流动度、含气量等测试。在性能指标满足科技基［2008］74号文规定值的前提下，成型 φ50 mm×50 mm的砂浆试样。

2 试验结果与分析

2.1 聚合物乳液水泥混合性试验研究

聚合物乳液主要起改善水泥乳化沥青砂浆性能的作用，而水泥作为砂浆的主要活性组成材料，其对聚合物乳液有较强的选择性，因此首先进行了聚合物乳液的水泥混合性试验(见图1)。

图1 聚合物乳液的水泥混合性测试

聚合物乳液与水泥的混合性试验主要有三种结果:其中一部分聚合物乳液在与水泥的混合过程中出现了破乳;一部分聚合物乳液虽然与水泥具有相对较好的混合性，但混合物的筛上残留物大于规范指标1.0%;另一部分聚合物乳液不仅与水泥具有好的混合性，并且混合物筛上残留物质量满足技术条件要求［3］。

2.2 掺加聚合物乳液的水泥乳化沥青砂浆可工作性能研究

对满足水泥混合性要求的9种聚合物乳液，在20℃条件下进行了砂浆的拌合试验，考察聚合物乳液加入后对砂浆可工作性能的影响，见图2。

图2 不同聚合物乳液制得砂浆的工作性能

图2表明:虽然聚合物乳液单独与水泥有良好的混合性能，但制得水泥乳化沥青砂浆的可工作性能仍存在较大的差异。其中3#，5#，11#聚合物乳液制得的水泥乳化沥青砂浆随着工作时间的延长，流动性明显变差;而8#聚合物乳液制得的水泥乳化沥青砂浆在搅拌过程中出现了材料离析、沉砂现象，由此造成流动度明显降低，经检测8#聚合物乳液制得砂浆的材料分离度为2.7%，远大于水泥乳化沥青砂浆所要求的1%的技术指标。

在满足水泥乳化沥青砂浆可工作性能的基础上，对不同聚合物乳液制得的水泥乳化沥青砂浆的抗压强度进行了测试，见图3。

由图3可得:6#，15#制得水泥乳化沥青砂浆的1 d抗压强度远低于0.1 MPa，不能较好地满足施工要求;1#，2#，13#聚合物乳液制得砂浆的抗压强度较高，其中在砂浆硬化前，13#聚合物乳液制得砂浆的表面有浅白色液体析出、泌胶。由此通过筛选，1#，2#聚合物乳液基本满足要求。

图3 不同聚合物乳液制得砂浆的抗压强度

2.3 聚合物乳液制得水泥乳化沥青砂浆温度适应性研究

为了考察聚合物乳液的温度适应性，采用 PⅡ42.5，PⅡ52.5两种规格的硅酸盐水泥，分别在5℃，20℃，35℃温度下进行了添加1#，2#聚合物乳液的水泥乳化沥青砂浆的拌合试验，制得砂浆的工作性能见图4～图7。

图4 不同温度下，1#聚合物乳液制得砂浆流动度随工作时间的变化

图5 不同温度下，1#聚合物乳液制得砂浆含气量随工作时间的变化

图6 不同温度下，2#聚合物乳液制得砂浆流动度随工作时间的变化

图7 不同温度下，2#聚合物乳液制得砂浆含气量随工作时间的变化

通过对5℃，20℃，35℃温度条件下对添加1#，2#聚合物乳液的水泥乳化沥青砂浆的可工作性能考察发现:

1)1#聚合物乳液的温度适应性较好，在5℃ ～35℃温度条件下制得的水泥乳化沥青砂浆均有较好的可工作性能，在60 min的工作时间内砂浆流动度能够保持在18～26 s之间，含气量基本保持在8% ～12%;

2)2#聚合物乳液的温度适应性较差，仅在5℃，20℃条件下制得砂浆拥有较好的工作性能，而不能满足5℃～35℃范围内水泥乳化沥青砂浆的工作性能。

基于以上试验，1#聚合物乳液与水泥、乳化沥青等砂浆原材料相容性良好，制备出的水泥乳化沥青砂浆具有良好的温度适应性。可见1#聚合物乳液满足CRTSⅠ型水泥乳化沥青砂浆的选择性要求，其物性测试结果见表1。

表1 1#聚合物乳液物性检测结果

3 结论

通过对聚合物乳液与水泥乳化沥青砂浆及其原材料的选择性试验的研究发现，聚合物乳液与水泥、乳化沥青以及砂浆之间是具有相互选择性的，一个适应性良好的水泥乳化沥青砂浆用聚合物乳液应具备以下条件:

1)聚合物乳液与水泥、乳化沥青等原材料应有良好的相容性;

2)聚合物乳液应具有良好的温度适应性，能保证5℃～35℃时制得的水泥乳化沥青砂浆具有良好的工作性能。

［1］何华武.无砟轨道技术［M］.北京:中国铁道出版社，2005.

［2］中国铁道科学研究院.无砟轨道乳化沥青水泥砂浆的研发-A分报告之一:SL-1型水泥乳化沥青砂浆的研究［R］.北京:中国铁道科学研究院金属及化学研究所，2008.

［3］李海燕，江成，吴韶亮，等.客运专线铁路 CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件［M］.北京:中国铁道出版社，2008.