水泥沥青砂浆高温环境下施工的应用研究

2022-09-12

水泥沥青砂浆 (Cement and asphalt mortar, 简称CA砂浆) 是板式无砟轨道结构的弹性调整层, 由乳化沥青、水泥、砂、水以及各类外加剂拌合而成, 是一种具有一定强度、弹性和粘结力的粘弹性材料[1]。CA砂浆体系完全不同于普通砂浆, 因此在原材料储存和拌合过程上都有苛刻的要求。按照《客运专线铁路CRTS II型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》规定, 原材料在实际的应用以及储存当中, 需要将其温度控制在一定的温度范围之内, 对于乳化沥青以及干料的进场、贮存和温度最好能够控制在5℃~30℃。对于新拌CA砂浆的问题最好能够控制在5℃~35℃, 在外界气温>40℃或者<5℃时, 不能实施砂浆灌注试验[2]。然而在江浙地带夏季的温度很容易接近40℃, 原材料和新拌CA砂浆的温度很难控制, 所以如何解决高温下的施工, 是非常严峻的问题, 笔者针对夏季高温情况研究了掺入乳化沥青缓破剂对CA砂浆性能的影响情况。

1 实验部分

1.1 原材料

干粉砂浆:CA砂浆专用干粉砂浆;乳化沥青;水;外加剂:聚羧酸高效减水剂;消泡剂:RE2971。

1.2 试验方法

根据《客运专线铁路CRTS II型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》中的附录E、F测定水泥乳化沥青砂浆扩展度和流动度。按照砂浆:沥青:水:减水剂:消泡剂=1000:170:120:4:1 (质量比) 的配合比, 沥青缓破剂的掺量分别为乳化沥青的0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、0.9%、1.0%。搅拌方法为:在水泥胶砂搅拌机中慢速搅拌120s, 再快速搅拌至240s。通过改变乳化沥青缓破剂的掺量, 研究常温及高温下CA砂浆流动度性能的变化。

2 试验结果与分析

2.1 初始流动度和30min流动度

由图1可以看出25℃时CA砂浆的流动度随着沥青缓破剂的掺入明显减小, 能够很好的满足CA砂浆的工作要求, 当掺量为0.8%是CA砂浆初始流动度和30min流动度均达到最佳的流动效果, 掺量继续增加对流动度造成负面影响。这主要是因为在沥青-水的界面上, 乳化剂定向排列, 在对沥青和水界面张力降低当中, 还和沥青微滴的周围形成“界面膜”。此膜使沥青微滴在相互碰撞时, 不致产生聚结。界面膜的紧密程度和强度, 与乳化剂在水中的浓度有密切的关系。在采用适量的乳化剂当中, 对于其界面膜主要由密排的定向分子组成, 此时界面膜的强度最高, 沥青微滴聚结需要克服较大的阻力, 所以在一定意义上就确保了沥青一水体系的稳定性[3]。

2.2 沥青缓破剂对CA砂浆高温施工性能的影响

由于南方的气候特点夏季高温会导致干粉料和乳化沥青的温度偏高。当气温达到38℃时, 仓库中干粉料和乳化沥青的温度分别为32℃, 28℃.CA砂浆高温下工作性能随沥青缓凝剂掺量变化关系图见图2。

由图2可以看出掺量小于0.6%的配方在38℃下已经不能满足施工的要求, 因为砂浆当中具有乳化沥青, 导致砂浆对于温度很敏感, 在高温作业当中, 产生的水泥水化比较快, 以及乳化沥青失水也很快, 所以, 其破乳速度加快, 对于砂浆自身的性能损失的也非常快。适量的缓破剂掺入提高了系统的稳定性以及高温适应性, 根据施工要求30min流动度也应该满足小于120s, 掺量为0.8%和0.9%的配比能够满足需求, 而掺量为0.8%的CA砂浆30min流动度达到了118s, 已经接近极大值, 所以在施工过程中应当注意原材料温度的控制, 利用冰水进行拌合可以降低CA砂浆的温度, 达到更好的效果。