2008
年第2期
铁 道 建 筑Railway Engineering
109
文章编号:100321995(2008) 0220109203
CA 砂浆强度主要影响因素的研究
王 涛, 胡曙光, 王发洲, 刘志超, 高 涛, 陈 亮
1
1
1
1
2
2
(11武汉理工大学, 武汉 430070; 21湖北国创高新材料股份有限公司, 武汉 430074)
摘要:以C A 砂浆28d 抗压强度(118～215MPa ) 为考察指标, 研究了水泥、、砂、外加水和引气
剂的用量范围。结果表明, 影响C A 。文章介绍制备满足强度要求的C A 砂浆, 其水泥、关键词:CA 砂浆 沥青乳液 抗压强度 中图分类号:U214118 C A 砂浆(m , C A 砂浆)
的调平减振结构层材料, 它是由水泥、沥青乳液、砂和多种外加剂组成, 经水泥与沥青共同作用胶结硬化而成的一种新型有机无机复合材料。C A 砂浆的弹性减振性能与其强度密切相关, 其强度大则弹性模量大, 减振效果差, 而强度小又难以稳定支撑轨道和火车, 因此适宜的强度范围对板式轨道结构的稳定极为重要, 文献表明,C A 砂浆28d 抗压强度比较合理的范围是118
[2,3]
～215MPa 。
C A 砂浆的强度与水泥、沥青、砂、外加水和引气剂的用量有重要关系, 而这种原材料用量与C A 砂浆强度之间的关系目前缺乏系统研究。本文研究了水泥、沥青乳液、砂和引气剂用量对C A 砂浆硬化体强度的影响规律和合适掺量, 研究结果可对该类材料的制备与研究提供有价值的参考。
[1～5]
+
力机进行;C A 砂浆的空气含量采用测试新拌砂浆密度和计算理论密度法进行计算; 单位用水量指沥青乳液中的水和外加水的总和。基本配合比为水泥∶乳化沥青∶河砂∶外加水=1∶116∶210∶0125, 膨胀剂预先按一定比例加入到水泥中, 膨胀剂掺量为15%,PC 2100掺量110%, 消泡剂掺量1%, 引气剂掺量为112‰。
2 结果与分析
211 水泥、沥青乳液和砂的用量范围
水泥、沥青和砂是C A 砂浆的三种主要原材料, 它们在C A 砂浆硬化体中所占的比例决定着C A 砂浆的强度大小。为研究水泥、沥青乳液和砂三种主要材料对C A 砂浆最终强度的影响规律和合适的用量范围, 采用正交试验分析它们对C A 砂浆强度的影响规律。
3
正交试验为三因素、三水平的L 9(3) 试验, 试验因素水平表见表1。
表1 正交试验因素水平
kg Πm
3
1 原材料与试验方法
111 试验原材料
①水泥:P1O 4215水泥; ②沥青乳液:自制慢裂快
凝型改性沥青乳液, 固含量60%; ③砂:普通河砂, 细度模数115～119; ④减水剂:聚羧酸系减水剂PC 2100; ⑤水:自来水; ⑥铝粉:细度≥200目, 鳞片状; ⑦膨胀剂:UE A 型膨胀剂; ⑧引气剂:主要成分为松香类热聚物。
因素
1
水泥(A )
270300330
沥青乳液掺量(B )
450480510
砂(C )
570600630
水平23
⑨消泡剂:主要成分为磷酸三丁酯。112 试验方法
抗压强度采用伺服液压电脑控制的instron 210压
收稿日期:2007205230; 修回日期:2007208210
基金项目:国家自然科学基金(50602033) ; 湖北省自然科学基金
(CG Z 0525) ; 武汉市科技攻关([1**********]3) 。
以C A 砂浆28d 的抗压强度为考察指标。试验原材料比例和抗压强度结果见表2。
从表3和图1可以看出,C A 砂浆的强度随着水泥用量和砂用量的增加而增加, 而随着沥青乳液用量的增加而降低。在图1中添加沥青乳液掺量和砂用量曲线的趋势线, 该趋势线与y =118MPa 和y =215MPa 的直线有交点, 据此交点的横坐标值可以预测它们满
作者简介:王涛(1979—) , 男, 湖北应城人, 博士研究生。
110
表2 正交试验结果及极差分析
试验编号
123456789
K 1
铁 道 建 筑February ,2008
A 1112
223334. 946. 668. 543. 60
B 1231231237. 276. 736. 141. 13
C 1232313126. 596. 706. 85
28d 抗压强度ΠMPa
1. 751. 641. 552. 452. 231. 983. 072. 862. 61
抗压强度ΠMPa
K 2K 3
图1 各因素用量与平均强度的关系
极差R 注:K 1、K 2和K 3kg Πm , 即单位用水量(沥青乳液中的水和外加水的总
和) ∶水泥=(0181～1106) 时, 新拌C A 砂浆初始流动度
3
足抗压强度118～215MPa 要求的用量范围, 预测结果
3
表明水泥的合理用量为280～315kg Πm , 沥青乳液的
3
合理用量为435～550kg Πm , 砂的合理用量为350～745
3
kg Πm , 极差结果表明影响C A 砂浆强度的主次因素依次为水泥用量、沥青乳液用量和砂的用量。因此, 制备抗压强度合适的C A 砂浆可以在上述原材料的用量范围之内调整水泥、沥青乳液和砂的用量实现。从表2中C A 砂浆28d 抗压强度满足118～215MPa 要求范围的组合为4号(A 2B 1C 2) 、5号(A 2B 2C 3) 和5号(A 2B 3C 1) 。
212 外加水用量对CA 砂浆强度的影响
为24～15s , 其硬化体28d 抗压强度能满足118～215
MPa 的要求。213 引气剂掺量对CA 砂浆强度的影响
均匀细小的气泡能增加水泥基材料在新拌状态下的流动性和硬化状态下的抗冻性, 与此类似,C A 砂浆由于要具有良好的新拌流动性和硬化体抗冻性, 也需要在新拌C A 砂浆中添加一些适量的引气组份, 以增加新拌砂浆的流动性和其砂浆硬化体的抗冻性。但气泡含量的引入不能过多, 否则会严重影响C A 砂浆硬
[4]
化体的强度。引气剂选用016‰、018‰、110‰、112‰、114‰、116‰和117‰七个掺量对C A 砂浆硬化
外加水是保证C A 砂浆具有大流动度的必要原材
料, 但是外加水的用量不能过高, 否则会影响C A 砂浆
3
的强度和耐久性。外加水的用量选用50kg Πm 、75
333
kg Πm 、100kg Πm 和125kg Πm 4个掺量, 以衡量外加水含量对C A 砂浆硬化体强度的影响, 见表3。
表3 外加水对CA 砂浆抗压强度影响
编号
10111213
体强度的影响, 同时测试其新拌砂浆的空气含量, 试验
结果见表4。
表4 不同引气剂对CA 砂浆抗压强度影响
编号
14
引气剂Π‰
0. 60. 81. 01. 21. 41. 61. 7
新拌空气含量Π%
6. 78. 28. 810. 211. 813. 414. 5
7d 抗压28d 抗压
强度ΠMPa
1. 41. 11. 00. 90. 90. 80. 7
强度ΠMPa
2. 52. 32. 22. 12. 01. 91. 8
外加水量
3
(kg ΠΠm )
初始流动度7d 抗压强度
Πs
24201815
28d 抗压
[1**********]0
ΠMPa
1. 51. 00. 80. 8
强度ΠMPa
2. 52. 22. 01. 8
5075100125
从表3可以看出, 随着新拌C A 砂浆中外加水用
量的增加,C A 砂浆硬化体的抗压强度下降。外加水用
33
量从50kg Πm 增加至125kg Πm 时, 初始流动度从24
s 降低到15s , 其7d 抗压强度从115MPa 降至018MPa , 降幅为4617%, 其28d 抗压强度从215MPa 降至118MPa , 降幅为28%。因此, 外加水的掺量为50～125
从表4可以看出, 随着新拌C A 砂浆中引气剂用量的增加,C A 砂浆硬化体的抗压强度均下降。因此, C A 砂浆硬化体的抗压强度对引气剂用量非常敏感, 引
气剂掺量为016
‰～117‰时, 新拌C A 砂浆空气含量为812%～1415%, 其硬化体28d 抗压强度能满足118～215MPa 的要求。
2008
年第2期
铁 道 建 筑Railway Engineering
111
文章编号:100321995(2008) 0220111203
细砂高性能混凝土配比设计及人工挖孔桩干灌施工技术
黄绪泉, 丁卫青, 成 立, 邹兴芳, 王小萍
1
2
1
2
1
(11荆楚理工学院, 湖北荆门 448000; 21葛洲坝水泥厂, 湖北荆门)
摘要:结合西北某高速公路工程实际情况, , 介绍
了细砂高性能混凝土配制过程、。关键词:细砂 中图分类号:T11:B
支后连续箱梁, 下部结构为柱式墩、柱式台,
115) m 挖孔摩擦桩基208根, 强度等级为C25, 桩基础长度为25～66m 不等,50%桩长在40m 以上。原设计还有部分钻孔桩, 由于桩基开挖点多在沟壑底部或半山腰, 黄土没有黏性极易坍塌, 不利于钻机就位, 加之地下水埋深多在200m 以下, 附近也缺乏黏性土作为造浆原料, 后全部变更为人工挖孔桩。
人工挖孔桩由于没有地下水或少量极易抽干的积水, 多采用塑性混凝土和串筒进行浇筑, 但由于桩深串筒受混凝土冲力会很大, 无法固定到处碰撞孔壁, 孔内空间狭小, 带着振动棒的工人根本无法躲避, 而且由于孔越深空气越差, 因而采用人工下去振捣不安全。工地缺水且运输水极为不便, 尤其是要跨越2—4月份水管易冻结, 而且孔桩底部没有水且夹杂湿陷性黄土, 采用水下导管浇注法也极不现实。
d 抗压强度能满足118～215MPa 的要求。
参
考
文
献
1 工程概况
西北某高速公路工程位于干旱、寒冷地区, 地处毛乌素沙漠南缘、黄土高原北端。沿线地貌以风蚀为主的草滩地貌。地形破碎, 沟壑纵横, 植被稀疏, 水蚀严重。春季干旱常伴大风降温, 夏季高温炎热, 降雨量集中, 秋季凉爽湿润、降温迅速, 冬季干旱漫长。年平均气温为718℃, 冻结深度1106m , 年平均降雨量409mm 。地下水主要为黄土中的孔隙潜水、黏土夹层上部的储积潜水, 岩石裂隙水。在黄土丘陵沟壑区, 地下水埋藏较深。某合同段共有大桥3座, 上部结构为先简
收稿日期:2007207207; 修回日期:2007211210
基金项目:湖北省教育厅科研项目计划(B200767001) 资助。作者简介:黄绪泉(1975—) , 男, 湖北荆门人, 工程师, 硕士。
3 结论
1) C A 砂浆的强度随着水泥用量和砂用量的增加
而增加, 随着沥青乳液用量的增加而降低; 在水泥用量为280～315kg Πm , 沥青乳液用量为435～550kg Πm , 砂用量为350～745kg Πm 时可以制备28d 抗压强度在118～215MPa 内的C A 砂浆, 极差结果表明影响C A 砂
3
3
3
[1]K azuy osi O ,Y osio I. C om pressive strength of the C A m ortar and its tem perature 2susceptibility[J].Mem oirs of the Faculty of T echnology , 1976,10(2) :1～13.
[2]左景奇, 姜其斌. 板式轨道弹性垫层C A 砂浆的研究[J].铁
道建筑, 2005, (9) :96298.
[3]铁道科学研究院. C A 试验研究报告[R].北京:铁道科学研
浆强度的主次因素依次为水泥用量、沥青乳液用量和砂的用量。
2) 随着外加水用量的增加,C A 砂浆硬化体的抗压强度下降, 外加水掺量为50～125kg Πm , 即单位用水量∶水泥=0181～1106时, 其硬化体28d 抗压强度能满足118～215MPa 的要求。
3) 随着引气剂用量的增加,C A 砂浆硬化体的抗压强度下降, 引气剂掺量为016‰～117‰时, 其硬化体28
3
究院,2001.
[4]傅代正, 郑新国. 桥上板式无砟轨道C A 砂浆施工技术[J].
铁道建筑技术,2002, (6) :28231.
[5]赵东田. 板式无砟轨道C A 砂浆与施工技术研究[M].成都:
西南交通大学出版社,2003.
(责任审编 王天威)
2008
年第2期
铁 道 建 筑Railway Engineering
109
文章编号:100321995(2008) 0220109203
CA 砂浆强度主要影响因素的研究
王 涛, 胡曙光, 王发洲, 刘志超, 高 涛, 陈 亮
1
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2
(11武汉理工大学, 武汉 430070; 21湖北国创高新材料股份有限公司, 武汉 430074)
摘要:以C A 砂浆28d 抗压强度(118～215MPa ) 为考察指标, 研究了水泥、、砂、外加水和引气
剂的用量范围。结果表明, 影响C A 。文章介绍制备满足强度要求的C A 砂浆, 其水泥、关键词:CA 砂浆 沥青乳液 抗压强度 中图分类号:U214118 C A 砂浆(m , C A 砂浆)
的调平减振结构层材料, 它是由水泥、沥青乳液、砂和多种外加剂组成, 经水泥与沥青共同作用胶结硬化而成的一种新型有机无机复合材料。C A 砂浆的弹性减振性能与其强度密切相关, 其强度大则弹性模量大, 减振效果差, 而强度小又难以稳定支撑轨道和火车, 因此适宜的强度范围对板式轨道结构的稳定极为重要, 文献表明,C A 砂浆28d 抗压强度比较合理的范围是118
[2,3]
～215MPa 。
C A 砂浆的强度与水泥、沥青、砂、外加水和引气剂的用量有重要关系, 而这种原材料用量与C A 砂浆强度之间的关系目前缺乏系统研究。本文研究了水泥、沥青乳液、砂和引气剂用量对C A 砂浆硬化体强度的影响规律和合适掺量, 研究结果可对该类材料的制备与研究提供有价值的参考。
[1～5]
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力机进行;C A 砂浆的空气含量采用测试新拌砂浆密度和计算理论密度法进行计算; 单位用水量指沥青乳液中的水和外加水的总和。基本配合比为水泥∶乳化沥青∶河砂∶外加水=1∶116∶210∶0125, 膨胀剂预先按一定比例加入到水泥中, 膨胀剂掺量为15%,PC 2100掺量110%, 消泡剂掺量1%, 引气剂掺量为112‰。
2 结果与分析
211 水泥、沥青乳液和砂的用量范围
水泥、沥青和砂是C A 砂浆的三种主要原材料, 它们在C A 砂浆硬化体中所占的比例决定着C A 砂浆的强度大小。为研究水泥、沥青乳液和砂三种主要材料对C A 砂浆最终强度的影响规律和合适的用量范围, 采用正交试验分析它们对C A 砂浆强度的影响规律。
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正交试验为三因素、三水平的L 9(3) 试验, 试验因素水平表见表1。
表1 正交试验因素水平
kg Πm
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1 原材料与试验方法
111 试验原材料
①水泥:P1O 4215水泥; ②沥青乳液:自制慢裂快
凝型改性沥青乳液, 固含量60%; ③砂:普通河砂, 细度模数115～119; ④减水剂:聚羧酸系减水剂PC 2100; ⑤水:自来水; ⑥铝粉:细度≥200目, 鳞片状; ⑦膨胀剂:UE A 型膨胀剂; ⑧引气剂:主要成分为松香类热聚物。
因素
1
水泥(A )
270300330
沥青乳液掺量(B )
450480510
砂(C )
570600630
水平23
⑨消泡剂:主要成分为磷酸三丁酯。112 试验方法
抗压强度采用伺服液压电脑控制的instron 210压
收稿日期:2007205230; 修回日期:2007208210
基金项目:国家自然科学基金(50602033) ; 湖北省自然科学基金
(CG Z 0525) ; 武汉市科技攻关([1**********]3) 。
以C A 砂浆28d 的抗压强度为考察指标。试验原材料比例和抗压强度结果见表2。
从表3和图1可以看出,C A 砂浆的强度随着水泥用量和砂用量的增加而增加, 而随着沥青乳液用量的增加而降低。在图1中添加沥青乳液掺量和砂用量曲线的趋势线, 该趋势线与y =118MPa 和y =215MPa 的直线有交点, 据此交点的横坐标值可以预测它们满
作者简介:王涛(1979—) , 男, 湖北应城人, 博士研究生。
110
表2 正交试验结果及极差分析
试验编号
123456789
K 1
铁 道 建 筑February ,2008
A 1112
223334. 946. 668. 543. 60
B 1231231237. 276. 736. 141. 13
C 1232313126. 596. 706. 85
28d 抗压强度ΠMPa
1. 751. 641. 552. 452. 231. 983. 072. 862. 61
抗压强度ΠMPa
K 2K 3
图1 各因素用量与平均强度的关系
极差R 注:K 1、K 2和K 3kg Πm , 即单位用水量(沥青乳液中的水和外加水的总
和) ∶水泥=(0181～1106) 时, 新拌C A 砂浆初始流动度
3
足抗压强度118～215MPa 要求的用量范围, 预测结果
3
表明水泥的合理用量为280～315kg Πm , 沥青乳液的
3
合理用量为435～550kg Πm , 砂的合理用量为350～745
3
kg Πm , 极差结果表明影响C A 砂浆强度的主次因素依次为水泥用量、沥青乳液用量和砂的用量。因此, 制备抗压强度合适的C A 砂浆可以在上述原材料的用量范围之内调整水泥、沥青乳液和砂的用量实现。从表2中C A 砂浆28d 抗压强度满足118～215MPa 要求范围的组合为4号(A 2B 1C 2) 、5号(A 2B 2C 3) 和5号(A 2B 3C 1) 。
212 外加水用量对CA 砂浆强度的影响
为24～15s , 其硬化体28d 抗压强度能满足118～215
MPa 的要求。213 引气剂掺量对CA 砂浆强度的影响
均匀细小的气泡能增加水泥基材料在新拌状态下的流动性和硬化状态下的抗冻性, 与此类似,C A 砂浆由于要具有良好的新拌流动性和硬化体抗冻性, 也需要在新拌C A 砂浆中添加一些适量的引气组份, 以增加新拌砂浆的流动性和其砂浆硬化体的抗冻性。但气泡含量的引入不能过多, 否则会严重影响C A 砂浆硬
[4]
化体的强度。引气剂选用016‰、018‰、110‰、112‰、114‰、116‰和117‰七个掺量对C A 砂浆硬化
外加水是保证C A 砂浆具有大流动度的必要原材
料, 但是外加水的用量不能过高, 否则会影响C A 砂浆
3
的强度和耐久性。外加水的用量选用50kg Πm 、75
333
kg Πm 、100kg Πm 和125kg Πm 4个掺量, 以衡量外加水含量对C A 砂浆硬化体强度的影响, 见表3。
表3 外加水对CA 砂浆抗压强度影响
编号
10111213
体强度的影响, 同时测试其新拌砂浆的空气含量, 试验
结果见表4。
表4 不同引气剂对CA 砂浆抗压强度影响
编号
14
引气剂Π‰
0. 60. 81. 01. 21. 41. 61. 7
新拌空气含量Π%
6. 78. 28. 810. 211. 813. 414. 5
7d 抗压28d 抗压
强度ΠMPa
1. 41. 11. 00. 90. 90. 80. 7
强度ΠMPa
2. 52. 32. 22. 12. 01. 91. 8
外加水量
3
(kg ΠΠm )
初始流动度7d 抗压强度
Πs
24201815
28d 抗压
[1**********]0
ΠMPa
1. 51. 00. 80. 8
强度ΠMPa
2. 52. 22. 01. 8
5075100125
从表3可以看出, 随着新拌C A 砂浆中外加水用
量的增加,C A 砂浆硬化体的抗压强度下降。外加水用
33
量从50kg Πm 增加至125kg Πm 时, 初始流动度从24
s 降低到15s , 其7d 抗压强度从115MPa 降至018MPa , 降幅为4617%, 其28d 抗压强度从215MPa 降至118MPa , 降幅为28%。因此, 外加水的掺量为50～125
从表4可以看出, 随着新拌C A 砂浆中引气剂用量的增加,C A 砂浆硬化体的抗压强度均下降。因此, C A 砂浆硬化体的抗压强度对引气剂用量非常敏感, 引
气剂掺量为016
‰～117‰时, 新拌C A 砂浆空气含量为812%～1415%, 其硬化体28d 抗压强度能满足118～215MPa 的要求。
2008
年第2期
铁 道 建 筑Railway Engineering
111
文章编号:100321995(2008) 0220111203
细砂高性能混凝土配比设计及人工挖孔桩干灌施工技术
黄绪泉, 丁卫青, 成 立, 邹兴芳, 王小萍
1
2
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(11荆楚理工学院, 湖北荆门 448000; 21葛洲坝水泥厂, 湖北荆门)
摘要:结合西北某高速公路工程实际情况, , 介绍
了细砂高性能混凝土配制过程、。关键词:细砂 中图分类号:T11:B
支后连续箱梁, 下部结构为柱式墩、柱式台,
115) m 挖孔摩擦桩基208根, 强度等级为C25, 桩基础长度为25～66m 不等,50%桩长在40m 以上。原设计还有部分钻孔桩, 由于桩基开挖点多在沟壑底部或半山腰, 黄土没有黏性极易坍塌, 不利于钻机就位, 加之地下水埋深多在200m 以下, 附近也缺乏黏性土作为造浆原料, 后全部变更为人工挖孔桩。
人工挖孔桩由于没有地下水或少量极易抽干的积水, 多采用塑性混凝土和串筒进行浇筑, 但由于桩深串筒受混凝土冲力会很大, 无法固定到处碰撞孔壁, 孔内空间狭小, 带着振动棒的工人根本无法躲避, 而且由于孔越深空气越差, 因而采用人工下去振捣不安全。工地缺水且运输水极为不便, 尤其是要跨越2—4月份水管易冻结, 而且孔桩底部没有水且夹杂湿陷性黄土, 采用水下导管浇注法也极不现实。
d 抗压强度能满足118～215MPa 的要求。
参
考
文
献
1 工程概况
西北某高速公路工程位于干旱、寒冷地区, 地处毛乌素沙漠南缘、黄土高原北端。沿线地貌以风蚀为主的草滩地貌。地形破碎, 沟壑纵横, 植被稀疏, 水蚀严重。春季干旱常伴大风降温, 夏季高温炎热, 降雨量集中, 秋季凉爽湿润、降温迅速, 冬季干旱漫长。年平均气温为718℃, 冻结深度1106m , 年平均降雨量409mm 。地下水主要为黄土中的孔隙潜水、黏土夹层上部的储积潜水, 岩石裂隙水。在黄土丘陵沟壑区, 地下水埋藏较深。某合同段共有大桥3座, 上部结构为先简
收稿日期:2007207207; 修回日期:2007211210
基金项目:湖北省教育厅科研项目计划(B200767001) 资助。作者简介:黄绪泉(1975—) , 男, 湖北荆门人, 工程师, 硕士。
3 结论
1) C A 砂浆的强度随着水泥用量和砂用量的增加
而增加, 随着沥青乳液用量的增加而降低; 在水泥用量为280～315kg Πm , 沥青乳液用量为435～550kg Πm , 砂用量为350～745kg Πm 时可以制备28d 抗压强度在118～215MPa 内的C A 砂浆, 极差结果表明影响C A 砂
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[1]K azuy osi O ,Y osio I. C om pressive strength of the C A m ortar and its tem perature 2susceptibility[J].Mem oirs of the Faculty of T echnology , 1976,10(2) :1～13.
[2]左景奇, 姜其斌. 板式轨道弹性垫层C A 砂浆的研究[J].铁
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浆强度的主次因素依次为水泥用量、沥青乳液用量和砂的用量。
2) 随着外加水用量的增加,C A 砂浆硬化体的抗压强度下降, 外加水掺量为50～125kg Πm , 即单位用水量∶水泥=0181～1106时, 其硬化体28d 抗压强度能满足118～215MPa 的要求。
3) 随着引气剂用量的增加,C A 砂浆硬化体的抗压强度下降, 引气剂掺量为016‰～117‰时, 其硬化体28
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(责任审编 王天威)