板式無砟軌道彈性墊層CA砂漿I型干粉料的研制

戴麗聰

(常州市偉凝建材有限公司，江蘇 常州 213131)

板式無砟軌道彈性墊層CA砂漿I型干粉料的研制

戴麗聰

(常州市偉凝建材有限公司，江蘇 常州 213131)

本文主要對國內(nèi)自主開發(fā)研制的國際鐵路新技術(shù)—水泥乳化瀝青砂漿彈性墊層（以下簡稱CA）干粉料的原材料、生產(chǎn)工藝以及CA砂漿的整體性能影響進(jìn)行了詳細(xì)研究，分析了CA砂漿在研制過程中所需的質(zhì)量控制，通過大量實驗和技術(shù)總結(jié)，開發(fā)設(shè)計了用于CA砂漿干粉料的生產(chǎn)及質(zhì)量控制系統(tǒng)，配制出來的CA砂漿在京滬城際鐵路工程中得到成功運(yùn)用，產(chǎn)品技術(shù)達(dá)到了國際水平。

CA砂漿干粉料；原材料；性能研究；質(zhì)量控制及施工

0 前言

板式軌道是一種適用于高速鐵路發(fā)展的無砟軌道結(jié)構(gòu)，它比有砟軌道具有更加良好、穩(wěn)定的軌道結(jié)構(gòu)，且運(yùn)營的維護(hù)工作量和維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于有砟軌道。國外發(fā)達(dá)國家輪軌式高速鐵路越來越多采用板式軌道。而國內(nèi)正處于使用初期階段，對于自主開發(fā)的CA砂漿在京滬城際成功的運(yùn)用，為我國今后無砟軌道高速鐵路技術(shù)的全面發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，具有廣闊的發(fā)展前景。板式軌道結(jié)構(gòu)主要由軌道板、水泥瀝青砂漿彈性墊層(cementasphaltmotar，以下簡稱CA砂漿)、混凝土底座、凸形擋臺及鋼軌扣件等構(gòu)成 ，其結(jié)構(gòu)如圖1。

CA砂漿是板式軌道的關(guān)鍵組成部分，它是由CA砂漿干粉、專用瀝青乳液、水等材料在常溫下經(jīng)摻合制成的，其性能好壞直接影響到板式無砟軌道使用的耐久性與維護(hù)工作量。CA砂漿干粉是指經(jīng)干燥篩分處理的骨料（如河砂）、無機(jī)膠凝材料（如水泥）和添加劑等按一定比例進(jìn)行物理混合而成的一種顆粒狀或粉狀，以袋裝或散裝的形式運(yùn)至工地，按工藝加水拌合后即可直接使用的物料。作為CA砂漿系統(tǒng)中重要的組分，CA砂漿干粉料產(chǎn)品性能、特點對整個CA砂漿系統(tǒng)乃至整個城際鐵路（包括已使用的京滬）工程起著非常重要的作用，因此了解并掌握整個CA砂漿干粉料的材料性能、生產(chǎn)工藝成為成功運(yùn)用的重點！

1 CA砂漿干粉料

高速城際鐵路工程及材料有著嚴(yán)格的技術(shù)要求，由國內(nèi)自主開發(fā)的CA砂漿干粉料研制的CA砂漿在國內(nèi)首用，試驗初期，對不同原材料不同廠家樣品進(jìn)行上百次綜合試驗分析，最終按要求確定以下幾種原材料。

1.1 水泥

早強(qiáng)型硅酸鹽水泥（P.II52.5R），見表1。

表1 水泥的物理化學(xué)性能組成

1.2 混合添加料

各項目指標(biāo)符合Q/TBJX07-2009CSA膨脹劑標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 發(fā)氣鋁粉

各項目指標(biāo)符合G/BT2085.1-2007標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 細(xì)骨料

自行配制，主要成分為河砂，細(xì)度模數(shù)為1.5，級配合格。

1.5 水

自來水。

2 試驗依據(jù)

CA砂漿干粉料原材料按照Q/TBJX07-2009CSA膨脹劑、JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定測試，CA砂漿參照《客運(yùn)專線無砟軌道鐵路工程施工技術(shù)指南》（TZ216-2007）與鐵道部科技基[2008]74號《客運(yùn)專線鐵路CRTS I型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件》進(jìn)行試驗。

3 CA砂漿干粉料的各項試驗

3.1 水泥不同摻量在不同溫度下對CA砂漿干粉料的強(qiáng)度影響

見表2。

表2 水泥不同摻量在不同溫度下對CA砂漿干粉料的強(qiáng)度影響

從表2中可以看出，隨著水泥的摻量的不斷增加，CA砂漿干粉料的1 d、2 8 d強(qiáng)度也隨之增加；而且干粉料也隨溫度的影響比較大，那是因為溫度低阻止了水泥的水化反應(yīng)，從而降低了強(qiáng)度。在CA砂漿中，水泥作為膠凝材料是強(qiáng)度的主要來源，水泥的品種對其早期強(qiáng)度、乳化瀝青的適應(yīng)性以及穩(wěn)定性等都具有很高要求，因此必須通過實驗選擇合適的最經(jīng)濟(jì)的水泥作為膠凝材料。

3.2 灰砂比對CA砂漿干粉料的流動度影響

見表3、圖2。

表3 灰砂比對CA砂漿干粉料的流動度影響

從圖2、表3中可以看出隨著灰砂比的增大，CA干粉料的流動性也增加，但增加到一定程度時，流動度降低，說明灰砂比有一個適當(dāng)?shù)谋壤?。那是因為CA砂漿干粉料隨著砂的比例減小，漿體的比例相應(yīng)增加，從而使CA 砂漿干粉料乃至CA砂漿在流動過程中漿體的潤滑作用得到增加，但達(dá)到一定比例時反而起相反作用。綜合考慮其它的重要因數(shù)，如CA砂漿的體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等，本文作者認(rèn)為選擇合理的灰砂比較合適。

3.3 鋁粉摻量在不同溫度下對CA干粉料及CA砂漿性能影響

見表4。

此鋁粉是通過發(fā)氣引起的早期膨脹，CA砂漿在灌注后固化過程中，水泥水化物和乳化瀝青形成一種包裹覆蓋體，由于水化時水分的散失，導(dǎo)致CA砂漿的早期出現(xiàn)收縮，影響其填充效果，為此通過摻入適量引氣類的膨脹劑后，當(dāng)水泥水化結(jié)束時，鋁粉通過堿性反應(yīng)，產(chǎn)生氣體，在砂漿內(nèi)部產(chǎn)生小氣孔而引起膨脹，從表4中看出來，鋁粉在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下CA砂漿粉料與CA 砂漿膨脹率差不多，而CA粉料受溫度的影響比較大，CA砂漿影響不大，因此鋁粉對CA 干粉料的膨脹率影響不如在CA 砂漿中表現(xiàn)明顯，但值得注意的是鋁粉的摻量必須考慮溫度對其影響。

3.4 黃砂級配對CA干粉料流動度影響

見表5。

表4 鋁粉摻量在不同溫度下對CA干粉料及CA砂漿性能影響

表5 黃砂級配對CA干粉料流動度影響

從表5中可以看出，黃砂良好的顆粒級配對CA砂漿干粉料及CA砂漿的流動性、均勻性、含氣量、強(qiáng)度以及與乳化瀝青的穩(wěn)定適應(yīng)性能有著十分重要的影響，為了保證產(chǎn)品的重要性能，減少顆粒級配對CA 砂漿的影響，我們可以通過試驗設(shè)計一套適合自己的顆粒級配計算系統(tǒng)，從而能在生產(chǎn)中更好的調(diào)節(jié)。

3.5 黃砂細(xì)度模數(shù)對CA砂漿分離度影響

見圖3。

細(xì)骨料是CA砂漿另一重要的組成材料，它對CA砂漿的材料分離度有顯著影響，從圖3可知，細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)超過1.6時，CA砂漿材料分離度超過1%，即為不合格。細(xì)度模數(shù)越小，材料分離度越小，但細(xì)度模數(shù)過小，會使CA砂漿外加水量明顯增多，強(qiáng)度與彈性模量也會發(fā)生變化，所以應(yīng)選擇合適的細(xì)度模數(shù)細(xì)骨料，才能配制出性能合格的CA砂漿。

3.6 混合添加劑

混合添加劑主要用于調(diào)節(jié)CA砂漿細(xì)度級配，摻入膨脹性混合料的目的，是為了提高砂漿的中期膨脹并補(bǔ)充后期硬化砂漿的收縮。

4 試驗數(shù)據(jù)

按確定原材料、規(guī)定工藝拌合的CA砂漿性能均符合科技基［2008］74號要求。試驗數(shù)據(jù)見表6。

表6 CA砂漿性能

表6中CA砂漿性能均符合標(biāo)準(zhǔn)值要求，其中可工作時間和1d早期強(qiáng)度等性能較為突出，由此可見，我們自主研究的CA砂漿完全符合無砟軌道的使用要求，能用于板式軌道的施工。

5 CA砂漿生產(chǎn)及質(zhì)量控制

5.1 生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制

（1）添加劑的均勻添加：

在正式的生產(chǎn)過程中，有些添加劑由于添加量極少，導(dǎo)致設(shè)備的計量系統(tǒng)不能達(dá)到配方要求的精確度，而且添加劑的均勻分散性也得不到保障，導(dǎo)致整個干粉料在CA砂漿中的整體性能達(dá)不到技術(shù)要求。因此，在正式生產(chǎn)前，首先把摻量低的幾種添加劑進(jìn)行一次預(yù)混（俗稱母料），生產(chǎn)時將母料通過設(shè)備計量系統(tǒng)稱量并與部分水泥進(jìn)行二次混合（俗稱復(fù)合添加劑）后，通過已優(yōu)化的配方輸入，進(jìn)行水泥、復(fù)合添加劑、干砂（級配處理）計量生產(chǎn)，提高了添加劑在整個生產(chǎn)中CA干粉料的精確度及均勻性，保證了CA砂漿成品的整體性能。

（2）各原材料在生產(chǎn)前必須進(jìn)行抽樣檢驗，合格后方可入庫。

（3）在生產(chǎn)過程中，通過自行設(shè)計的電腦程序，由于砂計量大，在水泥與復(fù)合添加劑進(jìn)行混合的同時，再摻入黃砂混合，總體進(jìn)行多次混合，以便保證CA干粉料的質(zhì)量。

（4）由于砂子的含水率、顆粒級配、含泥量等技術(shù)指標(biāo)在生產(chǎn)過程中存在不穩(wěn)定因數(shù)，導(dǎo)致CA干粉料成品的整個性能出現(xiàn)波動，以至于影響CA砂漿整體性能。故主要采取以下措施：一是砂子烘干前后必須采取多點抽樣檢驗，同時留樣備檢，以保證砂的含水率為零，溫度冷卻至常溫，避免生產(chǎn)出來的干粉料出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象和凝露現(xiàn)象。二是對不同種砂子的級配通過復(fù)配，列出每一種粒徑砂對CA干粉料顆粒級配的影響，生產(chǎn)過程中通過復(fù)配確定各種砂的合理搭配，達(dá)到控制質(zhì)量的要求。

（5）對于生產(chǎn)出來的CA干粉料成品必須采取多點抽樣檢驗，通過0.075mm的黃砂篩子進(jìn)行篩分觀察其均勻性以及對CA干粉料整體進(jìn)行檢驗，以觀察其性能是否符合要求。

（6）質(zhì)量檢驗員需現(xiàn)場監(jiān)督，及時發(fā)現(xiàn)并處理生產(chǎn)過程中問題。

5.2 包裝與運(yùn)輸

（1）CA 砂漿干粉料生產(chǎn)完成進(jìn)入包裝系統(tǒng)時，會有一個落差的緩沖倉，因此會引起粉料離析、不均勻的可能。對此，經(jīng)過大量相關(guān)試驗證明，進(jìn)入包裝機(jī)的前后兩三噸CA砂漿干粉料均勻性偏差較大，前兩三噸砂子含量比較多，最后兩三噸粉料較多，且超過標(biāo)準(zhǔn)偏差3%，中間比較穩(wěn)定，故采取以下措施：一是每次生產(chǎn)時，前后各兩三噸的產(chǎn)品包裝后作為不合格處理；二是生產(chǎn)盡量連續(xù)進(jìn)行，減少不合格數(shù)量。生產(chǎn)過程中需停頓時，儲料倉內(nèi)的CA砂漿干粉料應(yīng)保持一定料位，杜絕離析現(xiàn)象發(fā)生，并隨時抽樣檢驗其均勻性是否合格。

（2）運(yùn)輸可以散裝或袋包裝，在運(yùn)輸過程中必須注意防水、保溫等措施，防止粉料出現(xiàn)質(zhì)量問題。

6 CRTSⅠ型軌道板充填砂漿層施工工藝及注意點

6.1 施工前的注意點

（1）CRTSⅠ型軌道板充填砂漿層施工前，應(yīng)對混凝土底座與凸臺施工質(zhì)量、軌道板的安裝質(zhì)量進(jìn)行復(fù)檢，底座板與軌道板間的間隙高度、凸臺與軌道板間的間隙寬度應(yīng)符合設(shè)計要求。

（2）CRTSⅠ型軌道板充填砂漿層的施工應(yīng)采用灌注袋法施工。

（3）施工前，應(yīng)按照規(guī)定進(jìn)行工藝性試驗，以確定砂漿的基本配合比、拌制與灌注工藝。

（4）施工環(huán)境溫度應(yīng)在5℃～35℃的范圍內(nèi)，當(dāng)天最低氣溫低于-5℃時，全天不得進(jìn)行砂漿灌注，下雨天也不得進(jìn)行灌注。

（5）砂漿攪拌車應(yīng)符合技術(shù)要求的規(guī)定，應(yīng)由經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的人員進(jìn)行操作。

（6） 精調(diào)作業(yè)完成后至支撐螺栓拆除前，軌道板上應(yīng)避免承受荷載。

（7）施工前檢查乳化瀝青與CA干粉料等原材料的溫度，檢查干粉料是否有結(jié)塊現(xiàn)象，乳化瀝青是否均勻，有無破乳現(xiàn)象等，將合格的原材料加入到砂漿攪拌設(shè)備的料倉中，加料時，現(xiàn)場技術(shù)員應(yīng)對加料時原材料的情況、加料過程進(jìn)行全程檢查，并做好詳細(xì)記錄。采取合適的方法將各種添加劑送入相應(yīng)的儲存?zhèn)}，雨天嚴(yán)禁進(jìn)行加料作業(yè)。

6.2 施工工藝流程

CRTSⅠ型軌道板下充填層砂漿的施工流程見圖4。

7 CA砂漿現(xiàn)場灌注

圖7 現(xiàn)場灌注CA砂漿

灌注時，宜將中轉(zhuǎn)罐內(nèi)砂漿通過灌注漏斗、軟管流入灌注袋，不宜由中轉(zhuǎn)罐直接流入灌注袋。灌注過程中，砂漿應(yīng)一次連續(xù)流入灌注袋，不得夾入氣泡。觀察軌道板狀態(tài)，不得出現(xiàn)拱起與上浮現(xiàn)象，確認(rèn)灌注袋充填飽滿后停止灌注，將灌注袋的灌注口綁扎牢固，并用約45°的三角形墊塊支撐灌注口。灌注結(jié)束后20～45min內(nèi)，將灌注口內(nèi)的砂漿擠入灌注袋，直至軌道板的支撐螺栓稍微松動。灌注口內(nèi)的砂漿不夠時，應(yīng)補(bǔ)充擠入。擠入結(jié)束后，用U形夾具封住灌注口的根部。砂漿層強(qiáng)度達(dá)到0.1MPa以上后，撤除軌道板的支撐螺桿，并切斷灌注口，切口應(yīng)整齊并將灌注口封閉。若灌注施工中出現(xiàn)降雨，應(yīng)停止施工，并對尚未硬化的充填砂漿層采取防水措施。

CA砂漿養(yǎng)護(hù)要求：

（1）灌注完成后，充填砂漿層一般采用自然養(yǎng)護(hù)。

（2）當(dāng)日最低氣溫低于0°C時，應(yīng)對充填砂漿層采取適當(dāng)?shù)谋卮胧?/p>

8 結(jié)論

軌道交通工程的質(zhì)量關(guān)系到國家財產(chǎn)和人民生命安全的百年大計，無砟軌道高速公路技術(shù)是我國未來的發(fā)展方向，CA砂漿是該技術(shù)中的關(guān)鍵，通過我們研制的CA砂漿干粉料，不僅能完全、大批量生產(chǎn)出這種技術(shù)要求高的CA砂漿，而且各性能均達(dá)到國際先進(jìn)水平。CA砂漿干粉料在京滬城際工程的運(yùn)用是中國預(yù)拌干粉砂漿行業(yè)發(fā)展的一件大事，為我國今后無砟軌道高速鐵路技術(shù)的全面發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，具有廣闊的前景。

[1] 羅庚望，張長幫.CA砂漿干粉料的研制及在京津城際軌道交通工程中的應(yīng)用[A].2008第三屆中國國際建筑干混砂漿生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)研討會論文集[C].2008.

[2]左景奇，姜其斌，傅代正。板式軌道彈性墊層CA砂漿的研究[J].鐵道建筑,2005.

[3] 趙東田.板式無砟軌道CA砂漿與施工技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)，2003.

[4] 王濤.高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿的研究與應(yīng)用[D].武漢理工大學(xué)，2008.

[5] 王強(qiáng)，阿茹罕，閻培渝.砂灰比和砂的級配對CA砂漿抗壓強(qiáng)度和流動性的影響[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2008.

戴麗聰（1985-）,男,助理工程師 職位：砂漿技術(shù)主管兼混凝土副主任，成果：CA砂漿干粉料、粉刷石膏及普通砂漿研制、砂漿添加劑研發(fā)等。

[單位地址]常州市武進(jìn)區(qū)奔牛鎮(zhèn)何家村常州市偉凝建材有限公司質(zhì)量部。