水泥乳化瀝青砂漿在高鐵上的應用

摘要：水泥瀝青砂漿是一種利用水泥吸水后水化加速乳化瀝青破乳，由水泥水化物和瀝青裹砂形成的立體網絡。它以乳化瀝青和水泥這兩種性質差異很大的材料作為結合料，其剛度和強度比普通瀝青混凝土高，但是比水泥混凝土低。其特點在于剛柔并濟，以柔性為主，兼具剛性。

關鍵詞：無砟軌道；瀝青乳液；灌板試驗；攪拌速度；施工溫度

中圖分類號：U214.7+5文獻標識碼：A

水泥瀝青砂漿是高速鐵路CRTS型板式無砟軌道的核心技術，是一種由水泥、乳化瀝青、細骨料、水和多種外加劑等原材料組成，經水泥水化硬化與瀝青破乳膠結共同作用而形成的一種新型有機無機復合材料。水泥瀝青砂漿是一種利用水泥吸水后水化加速乳化瀝青破乳，由水泥水化物和瀝青裹砂形成的立體網絡。它以乳化瀝青和水泥這兩種性質差異很大的材料作為結合料，其剛度和強度比普通瀝青混凝土高，但是比水泥混凝土低。其特點在于剛柔并濟，以柔性為主，兼具剛性。水泥瀝青砂漿填充于厚度約為50mm的軌道板與混凝土底座之間，作用是支承軌道板、緩沖高速列車荷載與減震等作用，其性能的好壞對板式無砟軌道結構的平順性、耐久性和列車運行的舒適性與安全性以及運營維護成本等有著重大影響。

板式無砟軌道是一種適用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。板式軌道結構主要由軌道板、水泥瀝青砂漿彈性墊層、混凝土底座、凸形擋臺及鋼軌扣件等構成。

CA砂漿是板式軌道的關鍵組成部分，它是由專用瀝青乳液、水泥、摻合材料、細骨料、水、鋁粉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。在國外，研究發展板式軌道較早的有日本、英國、美國、意大利、原蘇聯等國家，并以日本為代表，至2001年，日本1952km新干線投入營業，其中1400多千米為雙軌板式軌道。在我國，2002年建成投入運營的秦沈客運專線在狗河、雙何橋兩座特大橋上采用了板式軌道結構，使用了國內開發的 CA砂漿及日本進口的CA砂漿。試驗表明，前者與后者在含氣量、流動度與耐久性、抗凍性等性能還存在相當大的差距。針對上述問題，對自主開發CA砂漿的性能進行了研究。

瀝青乳液是CA砂漿最重要的組成材料，瀝青乳液直接決定CA砂漿的拌合試驗成功與否，在性能上對可工作時間、沁水率、材料分離度、早期抗壓強度、抗凍性及耐候性有顯著影響，瀝青乳液的配合比例要根據乳液特點由試驗確定。干料是一種用于配制高速鐵路軌道路基和道床的板式無砟軌道用CA砂漿的建筑材料，主要由水泥、細砂、粉煤灰、膨脹劑和外加劑組成。具有提高CA砂漿的流動性、密實性，減少砂漿的泌水和離析，增強抗折、抗壓強度、增加抗沖擊性和耐磨性，使CA砂漿成品不分層，提高CA砂漿耐久性等特性。且使工業廢棄混合物料得到充分利用，節約了礦產資源，改善了生態環境。可以說，板式軌道的關鍵是CA砂漿，CA砂漿的核心是瀝青乳液與干粉，它們的質量好壞決定CA砂漿質量和板式軌道應用的成敗。

攪拌速度及時間對CA砂漿性能的影響也非常明顯，在進行CA砂漿拌合時攪拌速度及時間的控制很重要，攪拌速度及時間則主要影響CA砂漿的含氣量、抗壓強度及彈性模量。CA砂漿含氣量隨攪拌速度的增大及攪拌時間的延長而顯著增大。含氣量的標準值為8%～12%，相應要求的攪拌速度及攪拌時間分別在100～140r/min及3～6min之間。因此，CA砂漿最適宜的攪拌速度及攪拌時間分別為120r/min及5min。

在正式灌板作業前，一定要做多次的灌板試驗，在完全驗證了配合比和掌握了灌板工藝后，才能進行線路灌板。灌板試驗，當取得經驗后，要連續灌注5塊以上的板并邀請砂漿灌注專家進行揭板評估。主要考查砂漿的均勻性、充盈度、氣泡、起皮、分層等。在砂漿的灌注作業中，當中轉罐運至灌板作業點位時，可把中轉罐放置在固定的架子上，也可吊在空中，人力穩定中轉罐，進行灌注作業。打開中轉罐卸料閥門，在緩慢打開輸料端灌注閥門，使中轉罐中的砂漿徐徐地連續注入灌注PVC管中，并隨時觀察灌注孔內砂漿的液面高度，灌注的節奏是慢→快→慢。當邊角處的排氣孔中正常的砂漿排出，且灌注孔液面高度高于軌道板底高度10-15cm時，關閉閥門，停止灌注，并在軌道板寬接縫處記錄灌板結束時間。需要注意的是，當砂漿從排氣孔溢出時，不要及時封堵，待流出正常砂漿，且是滿斷面外溢時，用塞子封堵。砂漿灌注完成后，待灌注孔和觀察孔處砂漿硬化到干稠狀態時，用勺子將多余的砂漿舀出，使得砂漿面到軌道板面的差在15cm左右。

在水泥瀝青砂漿施工中，要求灌板時施工溫度在一定的范圍內才能進行施工作業。國家及行業規范規定如下： （1）砂漿攪拌車上必須有能自動檢測環境溫度和水泥瀝青砂漿成品料溫度，并自動存儲在每次生產的記錄中。（2）為了保證有足夠的施工時間和適宜的工作性，新拌制的水泥瀝青砂漿溫度應控制在5℃～35℃；灌注時的環境溫度應大于4℃，并且未來24小時內的環境溫度不得低于2℃；（3）當預測到灌注后未來24小時環境最低溫度大于-3℃時，可以不采取任何附加措施。（4）如果預測到灌注后24小時內空氣的最低氣溫達-5℃，則軌道板在墊層灌漿后應用保溫薄膜進行覆蓋，如果預測到灌漿后未來24小時的最低溫度低于-5℃時，就應放棄墊層砂漿的施工。（5）如果在灌漿后預見到未來24小時的環境溫度會低于預測的環境最低溫度時，則就對灌漿后的軌道板用多層保溫薄膜進行覆蓋。

正常情況下，只要灌板存在缺陷必須揭板重新灌注。但當板的缺陷很小或已經鋪軌無法揭板時，也可依據實際情況對缺陷板進行修補。砂漿的缺陷一般是在軌道板超高側砂漿與軌道板連接處有明細的縫隙，再者是在軌道板的邊角處砂漿為填滿，造成了砂漿不飽滿等。板與砂漿留有空隙灌板后容易產生的質量缺陷應當有下列兩種。一般地說：在軌道板邊角部砂漿未能流到位，面積不大時，板與砂漿留有空隙，縫隙深度小于30cm時，且能夠進行鑿除操作，可進行補灌。補灌時先要對不飽滿的砂漿層進行鑿除，鑿除的深度不能太淺，一般要在10cm以上。鑿除后使砂漿面成齊平狀，不得使新舊砂漿層產生疊加現象。鑿除完成后，用高壓水槍或高壓風對鑿除的砂漿面進行清理。在灌板24小時后，且砂漿達到2Mpa左右拆模，鏟掉板外多余的砂漿，用砂輪磨平。在灌板后要使得新舊砂漿連接密貼，飽滿且無氣泡。缺陷板修復的關鍵點：（1）對缺陷砂漿的鑿除深度應在10cm以上，否則在荷載的作用下會脫落。（2）必需清除粘結面。（3）灌漿槽必需設在缺陷最深處。（4）在砂漿灌注和前硬化期(2Mpa)內不得撓動。

水泥乳化瀝青砂漿已逐漸成為板式無砟軌道道床材料的最佳選擇。

參考文獻

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