CA 砂浆流动度的影响因素研究

程 彦 郑延昭(衢州方圆检测有限公司，浙江 衢州324004)

1 前言

水泥乳化沥青砂浆（cement and emulsified asphalt mortar， 简称CA 砂浆）是板式无砟轨道系统轨道板与底板之间的有机-无机复合材料，厚度为30～60mm，起支撑、调节、吸振和隔振等作用，是高速铁路系统的关键功能材料之一。新拌CA 砂浆为水泥、乳化沥青、砂、水和各种外加剂等形成的介稳悬浮体[1-2]。流动度是CA 砂浆实现其灌注施工的首要参数，也是CA 砂浆拌合时最先控制的参数，流动度将直接关系到砂浆充填层的灌注饱满度，从而对施工质量产生严重影响，流动度不合格将导致分层与离析而影响砂浆的稳定性与耐久性[3]。根据《CRTS Ⅰ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》的要求，CA 砂浆“J”型漏斗流下时间（流动度）须控制在18～26s 之间，以满足灌注施工时注入高度为50mm，而长度为4962mm 的空间。

论文通过试验，研究了水胶比、砂胶比、聚胶比、外加剂的种类和掺量等对CA 砂浆流动度的影响，试验结果对CA 砂浆的配合比设计与现场拌制具有一定的指导意义。

2 . 试验结果与讨论

（1）水胶比

采用自来水研究水胶比（水/胶凝材料）对CA 砂浆流动度的影响。图1 表明当水胶比从0.7增大到0.85，流动时间由30s 减小到13s，随着水胶比的增大，砂浆的流出时间减小，流动度变大。这是因为水胶比增大，新拌砂浆固体颗粒间的距离增大，颗粒间的粘聚力、范德华力、内摩擦力均减小，从而导致新拌从“J”型漏斗流下所需时间的减小，流动度也相应变小[4]。但当水胶比过大时，砂浆的流动度甚至会小于18s，新拌砂浆的稳定性将较差，以致出现砂的下沉与气泡的上浮，发生离析与泌水，给硬化砂浆的力学与耐久性能带来严重影响。因此，流动度并非越小越好。

图1 水胶比对流动度的影响

（2）砂胶比

采用细度模数为1.4～1.8 的机制硅砂研究砂胶比（砂/胶凝材料）对CA 砂浆流动度的影响。图2 的结果表明，砂胶比越大，砂浆的流动时间越长，流动度越大。当水胶比确定为0.75 时，砂胶比从1.0 增大到2.0，砂浆的流动时间从12s 增加到37s。在新拌CA 砂浆中，胶浆除填充骨料的空隙外，还包裹在细骨料的周围，形成一定厚度的润滑层，借以减小骨料颗粒间的摩擦力。在水胶比不变的条件下，单纯增加CA 砂浆单位体积中砂的用量，则砂浆单位体积中的沥青水泥胶浆相应地有所减少，这势必会减少骨料表面包裹层的厚度，用以包裹砂滚动的胶浆渐渐变少，砂浆的粘度增大，减小润滑作用，砂浆会显得比较干稠，致使流动度变大[5]。

图2 砂胶比对流动度的影响

（3）聚胶比

图3 表明，在固定水胶比和砂胶比的情况下，单纯增加单位体积中沥青（固含量）的含量，会导致新拌CA砂浆的流动度增加，这主要是沥青（固含量）的增加，沥青水泥复合胶浆体系的粘度增大，导致浆体流出时间变小，流动时间增长，流动度变大。

图3 聚胶比对流动度的影响

（4）减水剂

在新拌CA 砂浆中其他组分不变的情况下，加入一定量的聚羧酸减水剂，以研究减水剂对CA砂浆流动度的影响。图4 表明随着减水剂掺量的增加，砂浆的流动时间逐渐变小，流动度也相应变小，而且减小比较显著。这是因为水泥加水拌合后，由于水泥颗粒间范德华力和静电力的作用，使水泥浆形成絮凝结构，有部分的拌合水（游离水）被包含在其中，从而降低了砂浆的流动性。当加入适量的减水剂后其憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，在电荷斥力与空间位阻力等的作用下，使形成的絮凝结构解体，释放出原先封闭与其中的游离水，有效地提高了砂浆的流动性。

图4 减水剂对流动度的影响

（5）增稠剂

由颗粒沉降的stokes 定律可知，增大液相的粘度将降低颗粒在浆体中的沉降速度，进而提高浆体的稳定性，因此CA 砂浆中通常加入一定量的增稠剂来提高砂浆粘度，避免新拌砂浆的离析与泌水。但同时增稠剂掺量不能过高，不能影响砂浆的流动性和使最大用水量超标。如图5 所示，在加入一定量的纤维素醚类增稠剂的情况下，CA砂浆的流动时间明显增加。增加砂浆稠度，并有效克服复合胶凝材料浆体的离析现象，在适当掺量的增稠剂作用下，砂浆的流动性和保水性方面都有较好表现[6]。

图5 增稠剂对流动度的影响

3 结论

新拌CA 砂浆的流动度受到液相的粘度、胶凝材料和砂子等固相粒子的体积分数以及液相与固相间的作用力等有关。在CA 砂浆体系中，液相的粘度可以通过增稠剂来调节，而液相与固相间的作用力可以通过减水剂来调节。通过“J”型漏斗试验得到CA 砂浆流动度与组成配比的关系规律如下：

（1）在新拌CA 砂浆中，水胶比将使体系固相粒子的体积分数减小而使砂浆的流动度减小，而砂胶比、聚胶比将使体系固相粒子的体积分数增大而使砂浆的流动度增大。

（2）增稠剂将增大新拌CA 砂浆液相的粘度，而使其流动度增大，同时砂浆的抗离析与泌水能力增强。

（3）减水剂将导致水泥加水后形成的絮凝结构解体，释放出游离水，削弱液相与固相间的作用力而使新拌CA 砂浆的流动度增加。

[1]曾晓辉,谢友均,邓德华,等．新拌水泥乳化沥青砂浆导电特性及其应用[J]．建筑材料学报,2011,14(1):55-60．

[2]KATSUOSHI A． Development of slab tracks for Hokuriku Shinkansen line[J]．Quarterly Report of RITI(Railway Technical Research Institute),2001,42(1):35-41．

[3] 曾 晓 辉, 邓 德 华, 谢 友 均．CRTS Ⅰ型 水 泥 乳化沥青砂浆的毛细吸水特性[J]． 西南交通大学学报,2011,46(2):24-29．

[4]赵东田, 王铁成,刘学毅,伍林．板式无碴轨道CA 砂浆的配制和性能 [J]．天津大学学报,2008,41(7):793-799．

[5]左景奇，姜其斌，蔡彬芬．板式轨道CA 砂浆专用沥青乳液的试验研究[J]．铁道建筑技术,2005,2:68-71．

[6]王发洲,王涛,胡曙光等．CA 砂浆的流变特性[J]．武汉大学学报(工学版),2008,41(4):69-72．