外加剂对无砟轨道快速抢修砂浆性能的影响

罗桂秀

(中铁十九局集团第一工程有限公司，辽宁辽阳111000)

外加剂对无砟轨道快速抢修砂浆性能的影响

罗桂秀

(中铁十九局集团第一工程有限公司，辽宁辽阳111000)

研究了不同早强剂和流变改性剂对快速抢修砂浆抗压强度和可工作性能的影响。结果表明:合适的早强剂能够使得快速抢修砂浆具有良好的小时强度;适宜的流变改性剂能够保证快速抢修砂浆具有较好的可工作性能;随着温度条件改变，早强剂和流变改性剂的复配比例也要进行相应的调整，以保证制得的快速抢修砂浆既能具有适宜的可工作性能，又能在短时间内形成结构，实现快速硬化，并且有利于长龄期抗压强度的稳定增长。

快速抢修砂浆;外加剂;早强剂;流变改性剂;制备技术;无砟轨道

水泥乳化沥青砂浆充填层是板式无砟轨道结构中关键的功能材料和薄弱环节之一。随着运营时间的推移，轨道结构和砂浆充填层难免会发生变化或破损，进而影响轨道的寿命和行车的安全。

当砂浆充填层边角破损或与轨道板有较小离缝时，采用有机树脂就能取得较好的维修效果［1］。当路基沉降造成连续几块或者几十块轨道板与砂浆产生较大离缝，或突发事件导致需要再次灌注充填层砂浆并尽快恢复通车运营时，采用有机树脂则难以达到维修要求。为了更好地实施上述较大规模砂浆充填层的抢修和维护，进行了有机-无机复合快速抢修材料的制备研究［2-5］。在研究过程中发现，快速凝结硬化性能与可工作性能是影响快速抢修砂浆制备的主要因素。因此，本文重点考察了复合早强剂与流变改性剂对快速抢修砂浆可工作性能和抗压强度的影响，以期制备出小时抗压强度与可工作性能均满足要求的快速抢修砂浆。

1　试验部分

1.1主要原材料

乳化沥青采用CRTSⅠ型高铁阳离子乳化沥青;聚合物乳液为TD-08型聚丙烯酸乳液;干粉料由42.5快硬硫铝酸盐水泥和细度模数为1.6、表观密度为2.65 g/cm3的机制砂以及适量的发气剂机械混合而成;早强剂和流变改性剂由实验室采购后复配而成。

1.2试验内容

1.2.1砂浆的配制

在基准配合比(表1)的基础上，分别添加一定比例的复合早强剂或流变改性剂，适当调整拌合水量以及制备工艺，以保证制备的快速抢修砂浆的性能指标满足《高速铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道用水泥乳化沥青砂浆》(Q/CR 469—2015)的规定要求［6］，分别成型50 mm×50 mm圆模，并在规定条件下养护。

表1　水泥乳化沥青砂浆的基准配合比kg

1.2.2砂浆性能测试

制得快速抢修砂浆的抗压强度、可工作性能均按照Q/CR 469—2015相关附录进行测试。

2　结果讨论与分析

2.1复合早强剂的试验研究

经测试，试验用快硬硫铝酸盐水泥按比例与乳化沥青和聚合物乳液混合制得砂浆的初凝时间＞240 m in，不能满足铁路维修天窗的时间要求。为了使砂浆能够实现快速凝结硬化，在快速抢修砂浆制备过程中进行了添加早强剂的试验研究。选择了多种单一或实验室复配的早强剂进行了砂浆制备试验，20℃条件下砂浆的2，4 h抗压强度测试结果见图1。

由图1可知:6#，8#，9#这3种复合早强剂制得砂浆的2 h抗压强度能达到0.1 MPa以上，显示出较好的早强效果，而其他几种复合早强剂制得砂浆的2 h抗压强度达不到要求。在此基础上，对添加6#，8#，9#3种早强剂制得砂浆的抗压强度进行了长龄期观测，结果见图2。

图1　不同早强剂对砂浆抗压强度的影响

图2　不同早强剂制得砂浆抗压强度随龄期的增长趋势

由图2可知，随着龄期的增长，6#，8#，9#3种早强剂制得砂浆的抗压强度的发展趋势各不相同。其中9#早强剂制得的砂浆虽然小时抗压强度能够满足＞0.1 MPa的要求，但后期抗压强度发展较为缓慢，28 d抗压强度仍＜1.8 MPa;6#，8#2种早强剂制得砂浆的抗压强度随龄期的增长稳步增大，其中8#早强剂制得砂浆的各龄期抗压强度均优于6#。因而初步选定8#作为快速抢修砂浆用复合早强剂。

2.2流变改性剂试验研究

合适的早强剂能够促进水泥早期快速水化，实现较好的小时抗压强度。但早强剂的添加会使水泥短时间内快速水化并释放出大量的水化热，从而进一步加速了水泥的水化，使制得砂浆的可工作时间显著变短，同时由于水泥凝结时间和乳化沥青、聚合物乳液破乳时间的显著差异可能会导致砂浆结构形成的无序性，进而使得所制得砂浆的长龄期抗压强度有一定程度的降低［7-8］。

为了使砂浆在具有小时抗压强度的同时，还具有较好的可工作性能，在复合早强剂试验的基础上，进行了添加不同流变改性剂的试验研究。其中，1#～5#流变改性剂制得砂浆的流动度测试结果见图3，制得砂浆的2，4 h抗压强度测试结果见图4。

由图3可知，1#，5#流变改性剂的加入对改善砂浆的流动度没有明显作用;2#，4#流变改性剂制得砂浆的流动度随搅拌时间的延长略有降低，但经测试砂浆的材料分离度较基准明显增大，因此2#，4#流变改性剂虽然能够改善砂浆可工作性能，却造成了砂浆的材料离析;3#流变改性剂明显改善了砂浆的可工作性能，同时保证了砂浆的整体性能良好。

由图4可知，1#，4#流变改性剂使砂浆的2 h抗压强度有较大减小，且1#改性剂制得砂浆的4 h抗压强度增长缓慢;2#，5#制得砂浆的2 h抗压强度良好，但4 h时抗压强度增幅较小，结构强度发展缓慢;3#制备的砂浆2 h抗压强度能够较好地满足快速抢修的要求，并且4 h抗压强度增长较明显。综上所述，初步选定3#流变改性剂作为试验用外加剂。

2.3复合早强剂与流变改性剂复配试验研究

在复合早强剂和流变改性剂性能测试的基础上，固定复合早强剂为干粉料的0.2‰。首先进行了20℃条件下复合早强剂/流变改性剂比例分别为2/1，1/1，1/2时砂浆流动度的测试，结果见图5。然后进行了35℃条件下复合早强剂/流变改性剂比例分别为1/1，1/2，1/3，1/4时砂浆流动度的测试，结果见图6。

图3　不同流变改性剂对砂浆流动度的影响

图5　20℃条件下不同复合早强剂/流变改性剂比例对砂浆流动度的影响

图6　35℃条件下不同复合早强剂/流变改性剂比例对砂浆流动度的影响

由图5、图6可知，随着复合早强剂/流变改性剂比例的降低，制得砂浆的流动度变化幅度总体上逐渐变缓，砂浆的可工作性能得到改善。

其中，图5中当复合早强剂/流变改性剂比例为1/2时，制得砂浆的流动度随时间的延长而逐渐变小。分析可知，在该试验温度条件下，增加流变改性剂使得其在水泥颗粒表面形成的屏蔽层增强，严重影响了水泥水化的进行，使得砂浆体系的黏度无法增大，容易造成砂浆体系材料分离，但复合早强剂/流变改性剂为2/1时，在工程化试验过程中由于体积放大效应，外加剂不能较好地保证制得砂浆的可工作性能，无法保证施工的顺利进行。由此初步确定20℃条件下复合早强剂与流变改性剂较适宜的复配比例为1/1。

图6中当复合早强剂/流变改性剂比例为1/3时，制得砂浆的流动度变化幅度显著变小，满足可工作时间＞30 m in的技术要求。当复合早强剂/流变改性剂比例继续变小时，对砂浆可工作性能的改善不明显，由此初步确定35℃条件下复合早强剂与流变改性剂较适宜的复配比例为1/3。

分别进行20，35℃条件下适宜配比的快速抢修砂浆的制备，并进行了抗压强度测试，结果见图7。

图7　20，35℃条件下适宜配比的快速抢修砂浆不同龄期抗压强度

由图7可知，按照20，35℃条件下复合早强剂/流变改性剂适宜配比制得的快速抢修砂浆具有较好的小时抗压强度，并且随着龄期的增长抗压强度发展趋势良好。

早强剂的存在会提高水化环境的碱度，降低成核自由能和晶核的临界尺寸，从而使得晶核的生成速率增大，大大加快水泥的水化速度，缩短水泥硬化时间。而同时一定比例存在的流变改性剂会在水泥颗粒表面形成一层厚而致密的钙化包裹膜，抑制水泥的水化，使包裹膜内外的液相长时间处于一种静止的状态，从而一方面实现了延长可工作时间的目的［9］，另一方面减少了水泥水化和聚合物破乳的时间差，有利于稳定结构的形成。复合早强剂与流变改性剂相互协调，相互促进，既保证了快速抢修砂浆结构体系快速形成、具有较好的小时强度，又使得快速抢修砂浆具有合适的可工作性能，有利于长龄期砂浆结构的稳定发展。

3　结论

1)合适的早强剂能够使得快速抢修砂浆具有良好的小时强度，从而可以满足铁路维修天窗时间节点的要求;

2)适宜的流变改性剂能够保证快速抢修砂浆具有较好的可工作性能，从而满足施工性能的要求;

3)随着温度条件改变，早强剂和流变改性剂的复配比例也要进行适当的调整，以保证制得的快速抢修砂浆既能具有适宜的可工作性能，又能在短时间内形成结构，实现快速硬化，并且有利于长龄期抗压强度的稳定发展。

［1］吴绍利，吴智强，王鑫，等．板式无砟轨道轨道板与砂浆层离缝快速维修技术研究［J］．铁道建筑，2012(3):115-117．

［2］中国铁道科学研究院．工务工程运用维护技术研究—高速铁路板式无砟轨道充填层快速抢修技术研究［R］．北京:中国铁道科学研究院，2013．

［3］姜子清，施成，赵坪锐．CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层离缝检查及伤损限值研究［J］．铁道建筑，2016(1):53-58．

［4］姜子清，江成，王继军，等．CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层伤损修复研究［J］．铁道建筑，2013(2):118-122．

［5］何川．CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆离缝的影响及维修指标研究［M］．成都:西南交通大学出版社，2013．

［6］中国铁路总公司．Q/CR 469—2015高速铁路CRTSⅠ型无砟轨道用水泥乳化沥青砂浆［S］．北京:中国铁道出版社，2015．

［7］韩建国，阎培渝．碳酸锂对硫铝酸盐水泥水化特性和强度发展的影响［J］．建筑材料学报，2011，14(1):6-9．

［8］贾恒琼，魏曌，王涛，等．板式无砟轨道充填层快速抢修砂浆微膨胀性能研究［J］．铁道建筑，2013(10):130-132．

［9］夏强，蒋林华，仲超，等．硼砂对脱硫建筑石膏水化的影响及其机理分析［J］．新型建筑材料，2011(10):5-8．

(责任审编 周彦彦)

Influence of Additives on Performance of Rapid Repair M ortar Used for Ballastless Track

LUO Guixiu
(China Railway 19th Bureau Group，First Engineering Co．，Ltd．，Liaoyang Liaoning 111000，China)

The influence of different early strength agent and retarder on the com pressive strength and the working performance of rapid repair mortar were studied．The results show that the suitable early strength agent ensures favorable hour strength of rapid repair mortar．Suitable retarder ensures good working performance of rapid repair mortar．On the different temperature conditions，the mix ratios of early strength agent and retarder aread justed accordingly to ensure rapid repair mortar having proper working performance，forming structure in short time and hardening rapidly，and the compressive strength of rapid repair mortar develops stably with the grow th of the age．

Rapid repair mortar;Additive;Early strength agent;Retarder;Preparation technology;Ballastless track

U214．1+8

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．11．35

1003-1995(2016)11-0133-04

2016-06-01;

2016-08-17

罗桂秀(1984—)，女，助理工程师。