工程科技 ・２３９・ ＣＲＴＳＩ型板式轨道水泥乳化沥青砂浆的配制及性能分析 胡立峰 （中铁二十局集团第四工程有限公司，山东青岛２６６１００） 摘要：在ＣＲＴＳＩ型板式无砟轨道施工中，水泥乳化沥青砂浆相对而言具有更为复杂的组成结构和对环境更强的敏感性，其配制和 灌注施工技术要求相对更高。基于ＣＲＴＳＩ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆繁杂的配置过程及灌注施工工艺，文章结合新建哈齐客运专 线ＨＱＴＪ一２标段ＣＲＴＳＩ型板式无砟轨道的施工经验，从技术角度对ｃＡ砂浆的配制过程和灌注施工工艺进行了总结和分析，以此为类似 工程施工提供必要的技术参考。 关键词：水泥乳化沥青砂浆；ＣＲＴＳＩ型板式无砟轨道；配制；灌注 １概述 ＣＲＴＳＩ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆是轨道板与混凝土 底座之间，以及凸型挡台周围所使用的一种缓冲充填材料，简称Ｉ 型ＣＡ砂浆。ＣＡ砂浆是由水泥砂浆和乳化沥青二者相结合的一种 表１干料的性能检测结果 序号 检涌项目 检涌结果 有机无机复合材料，其硬化体是由水泥水化产物和细骨料周围被乳 化沥青连续所包裹而形成的一种复杂的三维网状结构。ＣＡ砂浆作 为无砟轨道结构的一部分，其性能结合了水泥砂浆和沥青的性能特 点，在满足强度和刚度需求的同时，兼顾了材料的弹韧性要求。ＣＡ 砂浆调整层主要作用表现在：支撑轨道板、调节轨道板安装精度、传 递和缓冲列车荷载等方面。所以，ＣＡ砂浆是铁路无砟轨道施工过程 中所采用的关键工程材料之一。 新建哈齐客运专线ＨＱＴＪ一２标段由中铁二十局集团有限公司 承担ＣＲＴＳ Ｉ型板式无砟轨道施工，起讫里程为ＤＫ４９＋３００～ ＤＫ１０９＋０００。其中，桥梁上无砟结构３６．９９０ｋｍ，路基上无砟结构 ２２．ＩＭ２ｋｍ。无砟结构调整层采用的为Ｉ型ＣＡ砂浆，工程数量约 颗粒极性 １６５８９ｍｓ。Ｉ型ＣＡ砂浆的配制主要采用包括乳化沥青、减水剂、水、 恩氏黏度（２５℃） 干料以及消泡剂等原料依照合理的比例进行拌制。Ｉ型ＣＡ砂浆的 筛上剩余物（１．１８ｍ） 贮存稳定性（１ｄ，２５℃） 配制和灌注相对于其他类型板式轨道结构ＣＡ砂浆而言，由于Ｉ型 贮存稳定性（５ｄ，２５℃） ＣＡ砂浆中的有机物所占比例较大，水泥和沥青的用量相当，其组成 水泥混合性 结构更为复杂，对环境的敏感性更高，配制和灌注技术难度也会相 蒸发残留物含量 对增加。因而在ＣＡ砂浆的配制和灌注过程中会遇到诸多的问题。 残留针入度（２ ５℃，１ ００ｇ） 物 溶解度（三氯乙烯） 文章主要结合新建哈齐客运专线ＨＱＴＪ一２标ＣＲＴＳ Ｉ型板式无砟轨 延度（１５℃） 道施工经验，对ＣＡ砂浆的配置技术和灌注进行了总结和分析，从 而为ＣＲＴＳＩ型板式无砟轨道ＣＡ砂浆的配制与灌注施工提供一定 表３聚合物乳液性能检测结果 的技术参考。 ２ ＣＲＴＳＩ型板式无砟轨道ＣＡ砂浆的配制过程分析 ２．１材料的性能及其影响分析 阳¨ ２．１．１干料 ＣＡ砂浆用干料属于干粉砂浆的一种，是由专业生产厂家将干 燥且符合级配要求的细集料与胶凝材料、矿物掺和料、外加剂等按 照合理比例混合而成的一种颗粒状或粉状混合物。干料的组成成分 墨丝 坌丝 蕉— 厂｜ 比例 阳 ㈣ ３ ０ 豫 ：１．２ ５ ■０ ０ 叠 ０．１ ５ ０．０６ ０．０００３３ ０．０ｌ 复杂，配制所需材料种类较多，且部分添加剂的掺量很小，其生产过 砂浆用量（ｋｇ／ｍ ）１１０２．６ ４５９．４ ５５．１ ２４ ０．１２２ ３．６８ 程必须采用合理的投料和分散工艺将干料各组分均匀分散，才能保 持干料生产质量的持续稳定。另外，干料各组成材料的性能对干料 和ＣＡ砂浆的性能有很大影响，其影响分析如下： ２．１．１．１水泥。水泥是ＣＡ砂浆中主要的胶凝材料，同时它对乳 化沥青的破乳胶结也能起到有效的促进作用。所以，水泥的选择对 ＣＡ砂浆的拌合状态及固化成型过程有着重要影响。由于ＣＡ砂浆 灌注施工要求其具有较高流动度，故配合比设计时的水灰比较大， 且要求ＣＡ砂浆灌注后１天的强度须达０．１Ｍｐａ以上，因此，必须严 格控制选择水泥的品种和强度等级。目前，一般采用早强型且强度 等级不低于４２．５级的普通硅酸盐水泥，其技术要求应符合ＧＢ１７５ 规定。 ２．１．１．２细集料。细集料应采用河砂、山砂或机制砂，不得用海 会相应增加。 砂。最大粒径应小于２．５ｍｍ。砂子的种类、级配和最大粒径对ＣＡ砂 ２．１．１．３膨胀剂。膨胀剂宜用钙矾石类膨胀剂，其加水后会快速 浆的流动性和匀制性有较大影响。经相关试验表明：河砂配置的ＣＡ 溶解产生ｓ０４２＿、ｃａ２＋、ＡｌＯ２＿和ＯＨ一等，经反应生成钙矾石晶体，晶体 从而使ＣＡ砂浆体积产生膨 砂浆流动性好于其它种类砂；砂子的细度模数越大，所配制的干料 中所含的大量结晶水增加了固相体积，具 和ＣＡ砂浆的流动性越好，但ＣＡ砂浆的分离度会增大；细度模数相 胀。其膨胀性能与ＣＡ砂浆的硬化成型及强度的增长比较一致，同的砂，较大粒径或单一粒径的颗粒含量越多，ＣＡ砂浆的分离度也 有适宜的膨胀量。干料中所掺膨胀剂的初凝时间应大于６０ｍｉｎ，其 ０ ／／％％％％％ ％ ｍ ５ １ Ｏ ０ ０ ７ ０ 丑 ・２４０・ 工程科技 它性能指标应符合ＧＢ２３４３９的规定。膨胀剂的掺量和ＣＡ砂浆的养 表６搅拌时间与含气量关系 护条件对其使用效果会产生很大影响。经相关试验表明：膨胀剂掺 量增加，ＣＡ砂浆固化后的膨胀率也会相应增加，７天时膨胀率达到 峰值，而后逐渐收缩，在９Ｏ天时基本趋于稳定；养护湿度充足时， ＣＡ砂浆固化后的膨胀率会快速增长，在１４天后缓慢增长至稳定。 养护湿度不足时，其膨胀率增长缓慢，在７天后会开始收缩。 ２．１．ｔ．４铝粉。为保证列车安全、平顺运行，ＣＡ砂浆作为轨道结 构的缓冲充填层，灌注时必须保证ＣＡ砂浆完全充盈于混凝土底座 和轨道板之间的空间，并与周围紧密接触。但ＣＡ砂浆的固化会产 生一定量的体积收缩，导致砂浆垫层和轨道板之间出现一定间隙， 从而对轨道板的安装高程和ＣＡ砂浆的耐久性造成影响。在ＣＡ砂 浆中添加一定量的铝粉作为砂浆固化前的膨胀剂，可以补偿ＣＡ砂 浆ｌ天内所产生的２％一３％的体积收缩量。铝粉的膨胀效果与铝粉 的颗粒形状、细度和纯度有关。铝粉的颗粒形状宜呈鳞片状，颜色应 为银灰色，且不含结块和杂质。铝粉中的金属铝含量不少于８８％，有 机化合物含量不大于１．５％ 其它性能应符合ＧＢ／Ｔ２０８５．１的规定。另 外，铝粉的掺量、粒径及ＣＡ砂浆的养护温度对ＣＡ砂浆固化前的膨 胀率影响较大。相关试验表明：铝粉的掺量增加，ＣＡ砂浆早期膨胀 率也会相应增加，其掺量宜控制在０．０１３％一０．０１７％；掺入铝粉的粒 径越小，其早期膨胀率越大，铝粉粒径宜控制在２４—２６ ｍ；养护温 表８ ＣＡ砂浆初始配合比及性能检测结果 度在１５％时，ＣＡ砂浆早期膨胀率会随时间变化先收缩再膨胀。养 护温度在２５℃时，ＣＡ砂浆不会产生收缩，直接开始膨胀。养护温度 材料名称 ｆ粹 乳亿沥青聚合物乳液 承 消泡裁 ５｜气裁 越高，ＣＡ砂浆的体积膨胀率会越大。 ３ １．２５ ０．１ ５ ０．０８ ０．０００３ ３ ０．０１ 比例 ２．１．１．５干料的选择及性能检测结果。本标段采用的是由四川巨 砂浆用量（ｋｇ／ｍ ） １１０２．６ ４５９．４ ５ ５．１ ２８ ０．１ ２２ ３．６８ 星新型材料有限公司生产的干料。干料以商品形式直接进行采购， 砂浆性能检测结果 单位 标准规定值检测结果 单项结论 减少了干料的生产工序和各种原材料的储存管理等费用。既节约了 检测项目 砂浆温度 ℃ ５—４０ ２０ 合格 成本，又加快了ＣＡ砂浆的施工效率。另外，干料采取集中工厂化自 流动度 Ｓ １８－２６ ２１．０ 合格 动生产，确保了干料各组分计量的精确性，能有效促进干料生产质 可工作时间 ｍｉｎ ＞３０ ＞３０ 合格 量的持续稳定。本标段所采用的干料组分包括：水泥、石英砂、膨胀 含气量 ％８—１２ ８．８ 合格 表观密度 ｋｇ／ｍ ＞１ ３００ １６２８ 合格 剂、铝粉及其它添加剂等。其性能指标的检测结果见表１。 材料分离度 ％ ＜１．０ ０．６ 合格 ２．１．２乳化沥青 膨胀率 ％ １．０－３．０ １．３ 合格 乳化沥青是沥青颗粒均匀分布在乳化剂和稳定剂组成的溶液 泛浆率 ％０ ０ 合格 ＭＰａ ＞０．１ ０ ０．３２ 合格 中而形成的一种热力学稳定的悬浮体系。在ＣＡ砂浆中，乳化沥青 抗压强度 １ｄ ７ｄ ＞０．７０ １．２８ 合格 是最为关键的原料，其性能同ＣＡ砂浆的性能息息相关，它对新拌 ２８ｄ ＞１．８０ ２．２５ 合格 ＣＡ砂浆的工作性能、力学性能及耐候性等影响显著。为了保证乳化 弹性模量（２８ｄ） ＭＰａ １ ０ ０－３０ ０ １ ４６ 合格 沥青在水泥浆体中的稳定性，其必须与水泥有较好的相容性，固化 后能与水泥、细集料形成具有温度依存关系和滞弹性体特征的复合 材料。所以，必须对乳化沥青的生产、运输、储存等方面进行严格控 制。本标段采用的是由中石化股份有限公司生产的乳化沥青，其性 能指标的检测结果见表２。 ２．１．３聚合物乳液 ＣＡ砂浆中掺入高分子聚合物乳液，可以改善浆体的整体性能， 特别是可以提高浆体的耐久性能。聚合物乳液与乳化沥青应具有良 好的相容性。不得产生凝聚、破乳等现象。本标段所采用的是由北京 东方科力化工科技有限公司生产的聚合物乳液。其性能指标的检测 结果见表３。 ２．１．４消泡剂 在ＣＡ砂浆拌制过程中，浆体中会产生大量气泡，虽然含气量 和气孔的存在可以改善和提高ＣＡ砂浆的工作性能和抗冻性能，但 过量的气泡会降低ＣＡ砂浆稳定性和强度，试验表明：ＣＡ砂浆中适 宜的含气量应为８％一１６％。通过掺加消泡剂，可以优化ＣＡ砂浆的 含气量和气孑Ｌ结构。目前常用的消泡剂为有机硅类。同时消泡剂的 用水量（ｋｇ／￣ ） 使用必然也会ＣＡ砂浆的性能产生不利影响，所以在施工过程中也 图１用水量一流动度关系图 必须严格控制消泡剂的使用。消泡剂应具备：良好的化学稳定性，其 表面张力和ＨＬＢ值较低；无生理活性，安全性高；均匀分布于被消 林建材有限公司生产的引气剂。 泡的介质中，且不溶于介质。本标段采用的是由辽宁隆顺化工公司 ２．１．６水 生产的消泡剂。 自然界中的水并非全都是一样的，其中会含有各类物质，例如 ２．１．５引气剂 悬浮物质以及可溶性物质等，并且不同地区的水，其ＰＨ值也具有 宜采用松香类引气剂，目的是在ＣＡ砂浆中引入所需微小气 差异，这些都有可能对乳化沥青的性能造成影响，从而抑制ＣＡ砂 泡，提高ＣＡ砂浆的耐久性和耐候性。本标段采用的是由哈尔滨成 浆的性能，所以，要对ＣＡ砂浆的用水进行控制。需要通过试验对水 工程科技 ・２４１・ 量。。 搭ｌ８ 块。 ≤１６ Ｈ ｌ２ ｌ０ ８ ６ ８ ９ ｌ０ 搅拌时阊（ｍｉｎ） 图２搅拌时间一含气量关系图 ２．２．４．３最佳搅拌工艺的确定。通过工艺性试验，我们得出的最 佳搅拌工艺为：ａ．在３０ｒ／ｍｉｎ转速下加入沥青、水、消泡剂，搅拌３０ｓ； ｂ．在８０ｒ／ｍｉｎ转速下加人干料，搅拌３０ｓ；ｃ．在１２０ｒ／ｍｉｎ转速下搅拌 １００ｓ后，加入引气剂；ｄ．在１００ｒ／ｍｉｎ转速下搅拌１３５ｓ，然后在 ３０ｒ／ｍｉｎ转速下搅拌１５０ｓ。 ２．２．４．４基本配合比的确定。在工艺试验过程中，ＣＡ砂浆中干 料、乳化沥青和聚合物乳液的用量和初始配合比保持一致，通过调 整用水量和消泡剂掺量来满足对ＣＡ砂浆性能的要求。通过反复调 整与验证，最终确定了ＣＡ砂浆的基本配合比见表９。 ３ ＣＡ砂浆施工过程中的性能影响分析 ３．１原材料 原材料是ＣＡ砂浆配制的基础，例如原料中乳化沥青的使用量、 干料的级配和干料的强度等都会影响ＣＡ砂浆的质量和性能。所以 在施工中所使用的原料不仅仅需要质量合格，还需要不断的进行试 验，确定最佳的指标适用范围，并严格控制使用过程。 ３．２搅拌工艺 ＣＡ砂浆会受到搅拌工艺的直接影响，因而其性能会直接随着 搅拌工艺变化而变化，搅拌效果不良会导致新拌ＣＡ砂浆中含气量 ｌ０ ２０ ３０ ４０ ５Ｏ ６０ 这些参数的执行情况。 ３．３温度 这里的温度主要指ＣＡ砂浆的温度以及原料温度，在灌注过程 源进行试配，从而予以确定。 ２．２ ＣＡ砂浆配合比设计过程分析 中需要严格控制ＣＡ砂浆温度并将原料温度控制在规定的范围内。 ３．４板底的润湿 ２．２．１ ＣＡ砂浆配合比设计应遵循的基本规定： 在施工中，水硬性支承层的吸水率普遍偏高，高吸水率必然会 ａ．水泥用量宜在（２５０—３００）ｋｇ／ｍ ；ｂ．水灰比不宜大于０．９；ｃ晋Ｌ化 沥青（含聚合物乳液）与水泥的比值应不小于１．４０；ｄ．配合比设计应 影响灌注效果。因此在灌注前必须对支承层进行预湿处理，降低其 吸水率。另外预湿处理可提高ＣＡ砂浆流动性，避免其同底座板之 考虑施工环境温度条件变化对砂浆拌合物性能的影响。 间出现过多气泡。但是需要控制预湿用水量，否则会使砂浆表面出 ２．２．２确定理论配合比（即每ｍ 各种材料用量及比例） 哈齐客专统一采用由铁科院金属及化学研究所根据工程项目 现气泡。３．５灌注 及原材料的实际情况确定的ＣＲＴＳＩ型板式轨道ＣＡ砂浆理论配合 ＣＡ砂浆灌注主要是对灌注速度的控制，过慢或过快均不宜。过 比。其设计成果见表４。 慢时，会造成ＣＡ砂浆分层；过快时，容易产生气泡聚集，在板内局部 ２．２＿３通过室内试验确定初始配合比 需结合灌板工艺性试验，确定合理的灌注速度。 在理论配合比基础上，通过室内试验确定初始配合比。我们通 容易流不到位。因此，先慢速，等ＣＡ砂浆没过灌注口时开始快速灌注，直至砂浆液 过调整用水量和搅拌时间对新拌ＣＡ砂浆的流动度、含气量和均匀 灌注时，此过程时间宜控制在１２０—１５０ｓ。然后开始缓慢 性的变化情况进行了分析。通过进行大量试验，我们总结出用水量 面布满观察口板底，待板端排气口有砂浆排出，观察排出砂浆，直至无气泡时进行 流动度关系（见表５和图１）、搅拌时间一含气量关系（见表６和图 减速，２）、流动度一时间关系（见表７和图３）。 封堵，最后慢慢补人少量砂浆，直至灌人口和观察口液面高度高于轨 否则容易造成ＣＡ砂浆分层。 根据室内试验结果对理论配合比进行适当调整，确定了初始配 道板顶时停止。切忌不可二次灌注，结束语 合比见表８。 首先，配置技术对于ＣＡ砂浆的性能以及质量会造成直接性的 ２．２．４通过工艺性试验确定基本配合比 关系着材料是否能够满足施工要求，由于ＣＡ砂浆的配置相 通过模拟施工现场，利用砂浆搅拌车，进行工艺性试验。工艺性 影响，并且容易受到外界各类因素的影响。所以必须予以配 试验前，我们根据施工要求制定了详细的试验大纲，明确了工艺性 对较为复杂，从而保证施工工程材料的质量能够满足施工要 试验的内容，主要包括：确定基本配合比，明确ＣＡ砂浆配比调整范 置技术极大的关注， 围；确定砂浆搅拌工艺控制参数，包括：计量精度、拌合量、搅拌时间 求。其次，施工水平是影响填充层质量的决定性因素。由于ＣＡ砂浆 及速度等；确定ＣＡ砂浆的灌注方式、灌注速度以及灌注时间。 所 ２．２．４．１拌制工艺参数的确定。拌制工艺对新拌ＣＡ砂浆的含气 在施工中具有繁杂的工序，对于过程的控制也具有较大的难度，严格 量和流动度影响较大。ＣＡ砂浆的含气量会随搅拌速度的增加而增 以现场工作人员在进行操作时必须依照规程进行规范的施工，大，为满足含气量的要求，应合理控制砂浆搅拌机的转速，转速范围 控制整个施工过程，从而保证填充层的施工质量满足要求。 我国在无砟轨道板施工过程中都会应用到ＣＡ砂浆，但是在应 宜控制在（１００—１４０）ｒ／ｍｉｎ。同时，高速搅拌时间不宜过长，否则含气 量也会偏高，合理的高速搅拌时间宜控制在２～３ｍｉｎ。另外，由于沥 用的过程中一些技术难点仍旧需要科研人员进行进一步的研究探 使之不断完善。 青砂浆搅拌车的引气功能也会导致ＣＡ砂浆含气量的增加，因此应 索，参考文献 在初始配合比的基础上适当增加消泡剂的掺量，用以抵消由此引入 【ｌ】卢建中．博格式轨道板预制关键技术探讨［Ｊ】．铁道建筑技术，２００７ 的含气量。 图３流动度一时间关系图 一时同（ｍｉｎ） 增加，搅拌不均匀会使新拌ＣＡ砂浆中含有大量的干料颗粒，直接 对灌注效果造成影响。因此ＣＡ砂浆搅拌的投料顺序、搅拌速度、搅 拌时间等参数须由试验人员设定，搅拌过程中试验人员要全程监督 ２．２．４．２灌注工艺参数的确定。工艺性试验表明，ＣＡ砂浆的灌注 （３）：４－８． ２１赵国堂．高速铁路无砟轨道结构【Ｍ】．北京：中国铁道出版社，２００６． 速度不宜过快，否则将导致灌注袋滑动与偏移；同时木楔不宜过早 ｆ拔出，且铺设的灌注袋应拉紧，否则将导致揭板后的灌注袋出现皱 褶。通过工艺性试验，我总结出合理的灌注时间宜控制在５－８ｍｉｎ／
