水泥乳化瀝青砂漿（CA砂漿）在高速鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道充填層的應用

陳寶良

（中交第四工程局鐵路工程公司，北京 100025）

1 CA砂漿概述

CA砂漿即水泥(cement)瀝青(asphaltum)砂漿。是用于高速鐵路板式無砟軌道，填充于軌道板與混凝土底座板之間的一種彈性、緩沖材料，以調整軌道板的幾何位置，起到支撐、傳力的作用。

板式無砟軌道首先在日本（Ⅰ型板）、德國（Ⅱ型板）高速鐵路開始應用，我國秦沈客運專線沙河、狗河、雙河特大橋也采用了該種形式的軌道結構，板式無砟軌道道床主要由底座板、CA砂漿、軌道板三部分組成，其中CA砂漿的施工是板式無砟軌道的核心技術。

Ⅰ型板選用滿足要求的瀝青或改性瀝青生產的乳化瀝青、干料（水泥、細骨料、鋁粉、膨脹劑）（硫鋁酸鈣類）、水、消泡劑、引氣劑、聚合物乳液等原料，

Ⅱ型板選用滿足要求的瀝青或改性瀝青生產的乳化瀝青、干料（水泥、細骨料、鋁粉、膨脹劑）、減水劑、水、消泡劑等原料配制。

京滬高速鐵路土建六標主要是CRTSⅡ型軌道板。針對砂漿的復雜性，由鐵道部京滬鐵路建設總指揮部組織水泥乳化瀝青砂漿供應商和施工單位經過不同溫度條件下大量的試驗室試驗、現場工藝性灌、揭板試驗，確定了CA砂漿的配方和制備工藝，其各項性能指標滿足鐵科技［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》的要求。

2 CA砂漿的技術標準

2.1 CA砂漿的技術要求

根據CA砂漿在板式軌道中的作用與功能，其技術要求為：

（1）穩定的力學性能和適宜的彈性性能、后期強度穩定、較低的彈性模量。

（2）高耐候性與耐久性。溫變適應性、高溫抗變形、低溫抗凍裂、抗老化與耐疲勞。

（3）體積穩定性與變形的可控性。體積變化的可設計性、長期體積穩定性。

（4）良好的施工性能。高流動性與均質性、優良的自充填與自密實性能。

2.2 CA砂漿關鍵技術

（1）高性能瀝青基材的性能設計與改性技術。制備出適應我國氣候特點與高速列車作用的高耐候、高彈性恢復率瀝青基材。

（2）瀝青乳化與乳化工藝、裝備技術開發。解決因熱瀝青與乳化液之間溫差大而導致的乳化過程氣化問題，提高乳化質量。

（3）瀝青乳液顆粒超細化分散技術。提高瀝青乳液體系的分散性，改善瀝青乳液的溫度適應性與儲運穩定性。

（4）水泥水化與瀝青破乳膠結過程的匹配設計與控制。通過無機材料性能調整、外加劑開發與配比優化，改善瀝青乳液與水泥的適應性。

（5）高性能CA砂漿的性能(多用途)設計與制備施工技術。開發出能適應不同環境條件要求的CA砂漿產品與制備施工技術。

2.3 CA砂漿的主要技術指標

CA砂漿應用的特殊性決定了其各項性能指標要求極為嚴格，見表1。

3 CRTSⅡ型板式無砟軌道CA砂漿的組成材料

乳化瀝青主要由干料（水泥、細骨料、鋁粉、膨脹劑）（硫鋁酸鈣類）、水、減水劑、消泡劑等組成

3.1 乳化瀝青

（1）材料。乳化瀝青由基質瀝青、乳化劑和水配制而成。

瀝青作為CA砂漿中主要的膠凝材料之一，其質量的好壞直接影響著CA砂漿硬化體的力學性能和耐久性。基質瀝青應選用70號或90號重交通石油瀝青，其主要性能滿足表2。用于生產瀝青的原油應固定。也可以采用SBS或SBR進行改性，主要性能滿足表3。

京滬高速鐵路土建六標DK1222+020～DK1302+300里程段施工中，基質瀝青為中石油生產的90＃重交道路石油瀝青，技術指標符合JTJ052—2000的要求； 乳化瀝青為浙江蘭亭高科股份有限公司生產。

（2）技術指標。符合表4要求。

（3）乳化瀝青配制的基本方法

將基質瀝青加熱到150～160℃，水加熱到60～70℃。投料順序：水—乳化劑—聚乙烯醇—基質瀝青。所配制的乳化瀝青密度為1.027g/cm3，pH=7.0。同時根據不同的環境溫度需要加入其它材料控制破乳速度。

表1 CA砂漿主要技術指標

表2 瀝青技術指標

表3 SBS改性瀝青技術指標（用于Ⅱ型板）

3.2 干料

干料由硅酸鹽水泥、細骨料（河砂或機制砂，不得采用海砂）、鋁粉、膨脹劑等組成(表5)。

表4 乳化瀝青技術標準（用于Ⅱ型板）

表5 干料技術要求（用于Ⅱ型板）

（1） 硅酸鹽水泥符合GB175—2007規定。

（2） 細骨料：河砂或機制砂，不得采用海砂，其性能如表7。

（3） 摻合料主要指膨脹劑，常用為硫鋁酸鈣類膨脹劑。其膨脹性能與水泥—瀝青的膠結硬化和后期的強度發展協調一致，而且具有膨脹量合適的優點見表6。

有時為了改善配制砂漿的均質性、和易性及其硬化體的力學性能，常添加一些礦物摻合料，如硅灰、粉煤灰、礦渣等。

4 水泥乳化瀝青砂漿灌注工藝介紹

為了保證高速鐵路正線上砂漿施工質量，必須在正線以外進行實尺軌道板灌、揭板工藝性試驗并對封邊、濕潤、灌注工藝、砂漿質量進行評定，滿足技術條件后方可進行正線上施工，具體方案如下：

（1）對灌注砂漿試驗的6塊板揭板，具體揭板4塊直線板、2塊曲線板（曲線板為本標段最高超高曲線板），揭板時有1塊不符合標準要求的，判定該砂漿為不合格。

（2）主要工藝包括封邊、板腔預濕潤、砂漿攪拌、運輸、灌注等進行評定，施工單位對以上工藝必須制定具體的工藝細則。

表6 CA砂漿用摻合料技術要求

表7 骨料技術指標

（3）經過在不同環境溫度條件下的灌、揭板工藝性試驗，形成的不同水泥乳化瀝青砂漿配合比如表8。

（4）同一配比砂漿流動度在不同環境溫度下放置30min的變化曲線如圖1。

從曲線可以看出砂漿的流動度隨溫度的增大而減小。

5 水泥乳化瀝青砂漿灌注施工工藝

5.1 水泥乳化瀝青砂漿灌注施工流程圖

如圖2。

5.2 板腔濕潤

砂漿灌注前需要板腔進行預先充分噴霧濕潤，保證砂漿與軌道板及底座板混凝土之間足夠的粘結力；防止砂漿灌注過程底座板底吸水造成砂漿流動度損失，從而形成貫穿孔或分層，但無明水。現場應根據不同的氣候條件來確定預濕時間；天氣越熱越干燥預濕時間要晚，天氣越潮濕越冷則預濕時間可以適當早。

預濕兩次， 提前1h應對板腔進行預濕，灌板前10min再預濕一次。采用高壓霧化水槍進行，預濕后立即隨灌注孔和觀察孔覆蓋，防止水分散失。灌注砂漿前10min再檢查板底混凝土狀況如出現積水或預濕不徹底的情況，應采用高壓風吹或重新預濕（圖3）。

表8 水泥乳化瀝青砂漿配合比 kg/ m3

5.3 軌道板封邊

待充分濕潤并清除明水后，應立即封邊。采用角鋼和封邊帶封邊，封邊完成后仔細檢查封邊是否嚴密，確保砂漿灌注時不漏漿，特殊部位如精調爪的封堵采用“凹” 形厚度50mm的硬質泡沫塑料（精調爪寬度B120mm），安放在精調爪位置，防止漏漿。

封邊角鋼∠70mm×70mm依照封邊尺寸提前精加工完成，排氣孔預先預留加工（留置見下圖），在角鋼的適當位置焊接直徑30mm的排氣鋼管（尺寸2根∠70mm×70mm×2800mm、2根∠70mm×70mm×530mm）。封邊密封材料采用寬度150mm、厚度10mm的泡沫塑料板封邊帶。軌道板橫向封邊采用灌注用同等水泥乳化瀝青砂漿封邊。可采用灌注時多余的砂漿，防止一段時間的流動度再現時使用。排氣孔位置留置如圖4，每個軌道板的四角留置排水孔直線板四個，曲線板兩個。

5.4 軌道板壓緊

為了防止灌注砂漿時軌道板上浮， 精調完成或設置軌道板壓緊裝置。一般情況下固定裝置安裝于軌道板的兩端中間，當曲線超高達45mm及以上時軌道板的兩側中間部位增加設置固定裝置。軌道板的兩端固定位置設置在軌道板安裝定位錐體用過的錨桿處。軌道板縱向壓緊采用新的鉆孔錨固螺桿，鉆孔距離軌道板大于9cm，防止鉆孔破壞底座板鋼筋。封邊角鋼采用“弓”字裝置利用錨桿進行錨固，錨桿要用鋼筋提前錨固，錨桿確保垂直，此方法有效降低了隨軌道板精調結果的影響，安裝過程對軌道板不會產生較大的擾動，安裝快捷方便，易于倒用。施工前應進行錨桿拉拔檢驗（拉拔力≥3kN）。也可以采用軌道板自重作為反力壓緊封邊角鋼，此方法只需要在軌道板的扣件上設置至今20mm的鋼筋即可壓緊角鋼，壓緊時對鋼筋采用塑料泡沫板保護，防止直接擠壓鋼軌扣件損傷扣件保護層。不需要在底座板上打眼至埋植鋼筋，使用更為方便。

6 砂漿攪拌

圖5 軌道板壓緊

砂漿拌制前按要求對進場的原材料進行形式檢驗、進場檢驗確保原材料滿足技術條件要求。砂漿攪拌車加料、攪拌車計量系統校驗、操作、攪拌系統檢查。拌制階段首先回流儲料箱內的乳化瀝青，以保證儲料箱內的乳化瀝青均勻一致。然后確定砂漿施工配合比參數，測定板腔厚度，計算攪拌方量。并根據既定的攪拌程序和參數，確定的投料次序，設定各階段的攪拌速度與攪拌時間等攪拌工藝參數，確認拌制工藝參數準確無誤后，啟動砂漿車運行按鈕攪拌。砂漿車持續生產，拌合完畢砂漿由攪拌倉卸料至成品倉，再由中轉倉使用吊車上橋，運輸過程中轉倉持續攪拌。橋上運輸距離不宜太遠。

7 砂漿質量檢驗

砂漿攪拌均勻后，放入成品倉后持續低速攪拌，觀察砂漿的均勻性，然后取一定數量的砂漿，按照（科技基［2008］74號）規定，檢驗砂漿溫度、流動度、含氣量、表觀密度等指標。滿足要求可用于灌注施工。并照此工藝參數進行下一盤砂漿拌制。

為了保證拌合砂漿質量的穩定性，砂漿攪拌過程中有操作檢驗人員及時對砂漿車送料進行計量校核，原材料的儲存、運輸、每次拌制的砂漿數量、砂漿車出料倉等關鍵點進行嚴格檢查。

8 砂漿灌注施工

做好防污染布的鋪設和灌注用PVC管的安裝、板腔厚度測量、環境溫度、板腔溫度、原材料溫度和砂漿溫度的測量等灌注前的準備工作，砂漿采用吊車吊裝上橋上小斗車運輸到位。灌注開始計時,灌注時砂漿的灌注速度控制“慢—快—慢”當邊角處的排氣孔正常流出砂漿，且砂漿灌注孔液面高于軌道板底10～15cm時,關閉閥門,停止灌注并記錄灌注結束時間。

當砂漿從排氣孔中溢出時,不要立即封堵,待流出砂漿正常、且全斷面外溢時，封堵排氣孔。為防止流出砂漿污染橋面，可在砂漿流出時采用小桶接住。砂漿灌注完成后， 待灌注孔和觀察孔砂漿失去流動性時，用勺子將多余的砂漿舀出，使得孔內砂漿面與軌道板地面在5cm左右，為了保證后續澆注堵孔的混凝土與砂漿的粘結，在砂漿輕度凝結時將“S”鋼筋從灌注孔插入砂漿中，同時保證有足夠的混凝土保護層厚度。持續灌注時，未使用完的砂漿可添入新拌砂漿通過中轉倉攪拌均勻再次使用，施工中斷時應將中轉倉、灌注管道運回地面清洗干凈，方便下次使用。

9 砂漿養護

水泥乳化瀝青砂漿施工溫度5～35℃，養護采用自然養護，溫度較低時可使用土工布覆蓋軌道板保溫養護。自然養護時需要對灌漿孔和觀察孔加蓋，防止雨水進入。見圖6。

圖6 砂漿養護

10 砂漿灌注注意事項

10.1 原材料倉儲的基地建設

施工現場每隔10～15km設置一個儲料基地，同時考慮材料的降溫、保溫等措施。乳化瀝青的儲存時間不宜大于3個月，乳化瀝青儲罐應配有攪拌設備，定期對乳化瀝青進行攪拌，使其均勻。使用前，應對乳化瀝青攪拌均勻。嚴禁采用回流的方式攪拌乳化瀝青，干粉料儲藏必須具有防潮措施，儲存期不能超過一個半月。

10.2 板腔預濕

板腔的潮濕度直接影響灌注砂漿的質量好壞，施工前一定要對板腔充分濕潤。并有專業技術人員檢查，形成記錄。

10.3 砂漿攪拌與灌注

砂漿攪拌一定按規定的攪拌參數拌合，并及時復核。灌注人員嚴格按照灌注工藝施工。

10.4 灌漿后承壓時間要求

施工現場必須按要求制作同條件養護試件，同條件養護強度達到1MPa時方可拆除軌道板校正裝置，強度達到3MPa時方可承重。

10.5 灌注前

灌注前，依據材料供應商技術服務單位提供的理論配比，經過工藝性灌板試驗形成不同環境溫度條件下的施工配合比，環境溫度發生較大變化時，必須重新進行工藝性試驗形成此條件下的施工配比。

10.6 砂漿灌注時

砂漿灌注時，出料口距軌道板頂面0.5～1.0m，灌注過程中，應對各個排氣孔進行觀測，所有排氣孔連續冒出飽滿砂漿時，方可對排氣孔進行封堵。同時仔細觀察灌漿孔內砂漿表面高度變化情況，確保砂漿面高于軌道板地面且不再回落時，方可停止灌注。

11 結束語

水泥乳化瀝青砂漿在京滬高速鐵路土建六標路基、橋梁上使用，技術試驗人員進行了大量的工藝試驗，保證了砂漿的質量。提醒我們注意的是，由于砂漿組成材料是有機材料和無機材料的混合物，砂漿的性能隨著環境溫度、攪拌工藝、灌注工藝等的變化而發生較大的變化，使灌注后砂漿出現泌水、分層、表面及斷面有大氣泡，甚至砂漿表面有瀝青析出等現象，這就要求我們必須針對不同的條件進行工藝性灌、揭板試驗，總結出不同條件下的配方，才能滿足高速鐵路施工的實際需要。

[1]客運專線鐵路CRTSⅡ軌道板水泥乳化瀝青暫行技術條件.北京: 中國鐵道出版社,2009.

[2]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,2009.