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)

本文主要對國內自主開發研制的國際鐵路新技術—水泥乳化瀝青砂漿彈性墊層（以下簡稱CA）干粉料的原材料、生產工藝以及CA砂漿的整體性能影響進行了詳細研究，分析了CA砂漿在研制過程中所需的質量控制，通過大量實驗和技術總結，開發設計了用于CA砂漿干粉料的生產及質量控制系統，配制出來的CA砂漿在京滬城際鐵路工程中得到成功運用，產品技術達到了國際水平。

CA砂漿干粉料；原材料；性能研究；質量控制及施工

0 前言

板式軌道是一種適用于高速鐵路發展的無砟軌道結構，它比有砟軌道具有更加良好、穩定的軌道結構，且運營的維護工作量和維護費用遠遠低于有砟軌道。國外發達國家輪軌式高速鐵路越來越多采用板式軌道。而國內正處于使用初期階段，對于自主開發的CA砂漿在京滬城際成功的運用，為我國今后無砟軌道高速鐵路技術的全面發展奠定了良好的基礎，具有廣闊的發展前景。板式軌道結構主要由軌道板、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成 ，其結構如圖1。

CA砂漿是板式軌道的關鍵組成部分，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工作量。CA砂漿干粉是指經干燥篩分處理的骨料（如河砂）、無機膠凝材料（如水泥）和添加劑等按一定比例進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砂漿系統中重要的組分，CA砂漿干粉料產品性能、特點對整個CA砂漿系統乃至整個城際鐵路（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、生產工藝成為成功運用的重點！

1 CA砂漿干粉料

高速城際鐵路工程及材料有著嚴格的技術要求，由國內自主開發的CA砂漿干粉料研制的CA砂漿在國內首用，試驗初期，對不同原材料不同廠家樣品進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

早強型硅酸鹽水泥（P.II52.5R），見表1。

表1 水泥的物理化學性能組成

1.2 混合添加料

各項目指標符合Q/TBJX07-2009CSA膨脹劑標準。

1.3 發氣鋁粉

各項目指標符合G/BT2085.1-2007標準。

1.4 細骨料

自行配制，主要成分為河砂，細度模數為1.5，級配合格。

1.5 水

自來水。

2 試驗依據

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、石質量及檢驗方法標準》的規定測試，CA砂漿參照《客運專線無砟軌道鐵路工程施工技術指南》（TZ216-2007）與鐵道部科技基[2008]74號《客運專線鐵路CRTS I型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術條件》進行試驗。

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，從而降低了強度。在CA砂漿中，水泥作為膠凝材料是強度的主要來源，水泥的品種對其早期強度、乳化瀝青的適應性以及穩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濟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的比例。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，但達到一定比例時反而起相反作用。綜合考慮其它的重要因數，如CA砂漿的體積穩定性和經濟性等，本文作者認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，導致CA砂漿的早期出現收縮，影響其填充效果，為此通過摻入適量引氣類的膨脹劑后，當水泥水化結束時，鋁粉通過堿性反應，產生氣體，在砂漿內部產生小氣孔而引起膨脹，從表4中看出來，鋁粉在標準養護條件下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、強度以及與乳化瀝青的穩定適應性能有著十分重要的影響，為了保證產品的重要性能，減少顆粒級配對CA 砂漿的影響，我們可以通過試驗設計一套適合自己的顆粒級配計算系統，從而能在生產中更好的調節。

3.5 黃砂細度模數對CA砂漿分離度影響

見圖3。

細骨料是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，細骨料的細度模數超過1.6時，CA砂漿材料分離度超過1%，即為不合格。細度模數越小，材料分離度越小，但細度模數過小，會使CA砂漿外加水量明顯增多，強度與彈性模量也會發生變化，所以應選擇合適的細度模數細骨料，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節CA砂漿細度級配，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充后期硬化砂漿的收縮。

4 試驗數據

按確定原材料、規定工藝拌合的CA砂漿性能均符合科技基［2008］74號要求。試驗數據見表6。

表6 CA砂漿性能

表6中CA砂漿性能均符合標準值要求，其中可工作時間和1d早期強度等性能較為突出，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砂漿生產及質量控制

5.1 生產過程中的質量控制

（1）添加劑的均勻添加：

在正式的生產過程中，有些添加劑由于添加量極少，導致設備的計量系統不能達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，導致整個干粉料在CA砂漿中的整體性能達不到技術要求。因此，在正式生產前，首先把摻量低的幾種添加劑進行一次預混（俗稱母料），生產時將母料通過設備計量系統稱量并與部分水泥進行二次混合（俗稱復合添加劑）后，通過已優化的配方輸入，進行水泥、復合添加劑、干砂（級配處理）計量生產，提高了添加劑在整個生產中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）各原材料在生產前必須進行抽樣檢驗，合格后方可入庫。

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

（4）由于砂子的含水率、顆粒級配、含泥量等技術指標在生產過程中存在不穩定因數，導致CA干粉料成品的整個性能出現波動，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，避免生產出來的干粉料出現結塊現象和凝露現象。二是對不同種砂子的級配通過復配，列出每一種粒徑砂對CA干粉料顆粒級配的影響，生產過程中通過復配確定各種砂的合理搭配，達到控制質量的要求。

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

（6）質量檢驗員需現場監督，及時發現并處理生產過程中問題。

5.2 包裝與運輸

（1）CA 砂漿干粉料生產完成進入包裝系統時，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，經過大量相關試驗證明，進入包裝機的前后兩三噸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，且超過標準偏差3%，中間比較穩定，故采取以下措施：一是每次生產時，前后各兩三噸的產品包裝后作為不合格處理；二是生產盡量連續進行，減少不合格數量。生產過程中需停頓時，儲料倉內的CA砂漿干粉料應保持一定料位，杜絕離析現象發生，并隨時抽樣檢驗其均勻性是否合格。

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

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，應對混凝土底座與凸臺施工質量、軌道板的安裝質量進行復檢，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符合設計要求。

（2）CRTSⅠ型軌道板充填砂漿層的施工應采用灌注袋法施工。

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

（4）施工環境溫度應在5℃～35℃的范圍內，當天最低氣溫低于-5℃時，全天不得進行砂漿灌注，下雨天也不得進行灌注。

（5）砂漿攪拌車應符合技術要求的規定，應由經過專業培訓的人員進行操作。

（6） 精調作業完成后至支撐螺栓拆除前，軌道板上應避免承受荷載。

（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塊現象，乳化瀝青是否均勻，有無破乳現象等，將合格的原材料加入到砂漿攪拌設備的料倉中，加料時，現場技術員應對加料時原材料的情況、加料過程進行全程檢查，并做好詳細記錄。采取合適的方法將各種添加劑送入相應的儲存倉，雨天嚴禁進行加料作業。

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砂漿現場灌注

圖7 現場灌注CA砂漿

灌注時，宜將中轉罐內砂漿通過灌注漏斗、軟管流入灌注袋，不宜由中轉罐直接流入灌注袋。灌注過程中，砂漿應一次連續流入灌注袋，不得夾入氣泡。觀察軌道板狀態，不得出現拱起與上浮現象，確認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。灌注結束后20～45min內，將灌注口內的砂漿擠入灌注袋，直至軌道板的支撐螺栓稍微松動。灌注口內的砂漿不夠時，應補充擠入。擠入結束后，用U形夾具封住灌注口的根部。砂漿層強度達到0.1MPa以上后，撤除軌道板的支撐螺桿，并切斷灌注口，切口應整齊并將灌注口封閉。若灌注施工中出現降雨，應停止施工，并對尚未硬化的充填砂漿層采取防水措施。

CA砂漿養護要求：

（1）灌注完成后，充填砂漿層一般采用自然養護。

（2）當日最低氣溫低于0°C時，應對充填砂漿層采取適當的保溫措施。

8 結論

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

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

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

戴麗聰（1985-）,男,助理工程師 職位：砂漿技術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、砂漿添加劑研發等。

[單位地址]常州市武進區奔牛鎮何家村常州市偉凝建材有限公司質量部。