電流法在砂漿攪拌車CA砂漿攪拌質量控制中的應用

湯 明，童 昕

(1.華僑大學 機電及自動化學院，福建 泉州 362021;2.福建南方路面機械有限公司，福建 泉州 362021)

板式無砟軌道CA砂漿(Cement and emulsified asphalt mortar)是由乳化瀝青、水泥、細骨料、水和外加劑經(jīng)特定工藝攪拌制得的具有特定性能的砂漿，分為CRTSⅠ型和 CRTSⅡ型兩種［1-2］。采用灌注施工，厚度為30～60 mm，起支撐、調節(jié)、吸振和隔振等作用，是高速鐵路系統(tǒng)的關鍵功能材料之一［3-7］。

攪拌工藝對CA砂漿性能有重要影響，攪拌工藝主要包括投料順序、攪拌方式、攪拌時間、攪拌速度等［8］。攪拌過程也是干料、乳化瀝青、水、外加劑、空氣等混合與演化過程，主機電流或功率可較好地反映這些變化。與攪拌電流有關的攪拌功主要用于:①克服機械間的摩擦力;②克服顆粒與顆粒、顆粒與葉片及顆粒與壁間的摩擦力;③克服液相與顆粒、液相與葉片、液相與壁黏結力;④克服液相間的黏聚力。

1 電流法觀察砂漿流動度

由于CA砂漿采用灌注施工的方法，所拌合的砂漿需具有較好的流動性。按照規(guī)范要求，CRTSⅠ型板式無砟軌道CA砂漿的流動度(砂漿從漏斗流下時間)需18～26 s;而 CRTSⅡ型CA砂漿的流動度需80～120 s，此外 CRTSⅡ型 CA砂漿還有擴展度的要求［1-2］。從施工方面考慮，砂漿應具有較好的流動能力，但從砂漿穩(wěn)定性出發(fā)，砂漿流動性不宜過大，因為這將導致砂、水泥等密度較大組分下沉，同時氣泡上浮，流動度是CA砂漿主要現(xiàn)場控制指標之一。

為節(jié)省現(xiàn)場攪拌時間，CA砂漿原材料常被設計成干料加乳化瀝青的雙組份模式，現(xiàn)場只需加一定量的拌合水用來調節(jié)CA砂漿的流動度。但受原材料組成、施工環(huán)境溫度等波動的影響，在同樣的用水量情況，CA砂漿的流動度會有較大波動，這就要求現(xiàn)場技術人員能及時發(fā)現(xiàn)并進行調整，主機電流法即是手段之一。

在機器、材料正常，且攪拌量不變的情況下，不同流動度對應的主機電流如圖1所示。圖1表明，主機電流越大，CA砂漿的流動度越大，二者成線性關系。這是因為電流越大，說明攪拌主機葉片對漿體進行剪切時所受阻力越大，同時說明漿體越黏稠，流動度也越大。因此，在現(xiàn)場，若發(fā)現(xiàn)攪拌主機電流較大，在機器正常的情況下，應及時調整CA砂漿的配合比參數(shù)，并觀察電流變化，以將流動度調整至合理范圍。

圖1 主機電流隨流動度的變化

2 電流法觀察砂漿均勻性

由于CA砂漿的攪拌為典型的固液相混合，因此極易出現(xiàn)拌合不均勻。為提高現(xiàn)場施工速度，提高工作效率，應盡可能減少CA砂漿的現(xiàn)場拌合時間;但過短的攪拌時間將導致砂漿不均勻，出現(xiàn)干料團現(xiàn)象(圖2)。這將嚴重影響砂漿的性能，包括力學性能、耐久性等。

對于多相系統(tǒng)的混合，尤其是固液相的混合，混合過程中，主機葉片所剪切介質對葉片的阻力不同，因此在混合過程中主機電流會發(fā)生波動，拌合物越均勻，主機電流波動也就越小，因此可通過主機電流波動的方法來觀察砂漿的均勻性。如圖3所示，在高速攪拌后期，主機電流隨時間的變化越來越小，且趨于定值，因此可通過電流波動來監(jiān)測砂漿的均勻情況。

圖2 攪拌不均勻導致的干料團

圖3 攪拌后期主機電流隨時間的變化

3 電流法觀察機器運轉情況

CA砂漿的拌合為固液相混合，其電流變化有其基本規(guī)律，因機器故障導致的主機電流出現(xiàn)異常行為如表1所示。

表1 主機電流異常情況及對應機器故障

表1中，在流動度正常的情況下，主機電流逐漸變小，且出現(xiàn)干料未攪拌均勻而成團的現(xiàn)象，這說明主機葉片可能磨損嚴重，導致了攪拌效率的下降;同樣，若主機電流越來越大，那么有可能是設備潤滑出了問題，導致了相同轉速下電流值的增大，另外攪拌罐里若有砂漿結塊現(xiàn)象，且殘留物較多，也會導致葉片所受摩擦力較大，而導致主機電流增大;若主機電流突然變大，這極有可能是機器被卡導致的，最好停機檢修，因為電流過大將導致電機毀損;若電流突然變小，一方面可能計量系統(tǒng)出問題，另外變頻器也可能出問題。

4 電流法觀察原材料狀況

當原材料的質量發(fā)生波動時，可在電流上得到反映，如電流以較快的速度降低或升高，如電流在攪拌后期仍波動較大等，這些均與原材料的波動有關。比較難判斷的是因原材料波動導致的電流變化往往與機器故障導致的電流混淆。因機器故障導致的主機電流出現(xiàn)異常行為如表2所示。

表2 主機電流異常情況及對應材料狀況

5 結語

CA砂漿是高速鐵路系統(tǒng)的關鍵功能材料之一，其質量直接關系到列車運行的穩(wěn)定性和安全性。通過攪拌，主機電流可直觀、迅捷地獲得有關砂漿、設備的信息，在施工現(xiàn)場有較強的可操作性，因此有望用于CA砂漿現(xiàn)場質量監(jiān)控。

［1］中華人民共和國鐵道部.科技基［2008］74號 客運專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術條件［S］.北京:人民鐵道出版社，2008.

［2］鐵道部科學技術司.科技基［2008］74號 客運專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術條件［S］.北京:人民鐵道出版社，2008.

［3］COENRAAD E.Recentdevelopmentinslabtrack［J］.European Railway Review，2003，9(2):81-85.

［4］SHIGERU M，HIDEYUKI T，MASAO U，et al.The mechanism of railway tracks［J］.Japan Railway and Transportation Review，1998(3):38-45.

［5］TAKAI H.40 years experiences of the slab track on Japanese high speed lines［C］//Proc of 1st Int Cof.Valencia:Basque Department of Transport and Public Works Euskal Trenbide Sarea，2007:234-246.

［6］MURATA O.Overview of recent structure technology R＆D at RTRI［J］.Quarterly Report of RITI(Railway Technical Research Institute)，2003，44(4):133-135.

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

［8］鐵道部工程管理中心.板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿施工技術培訓教材［M］.北京:中國鐵道出版社，2008:26-28.