CRTSⅠ型板式無砟軌道CA砂漿制備及其性能研究

李良英，袁 鋒

（蘭州交通大學土木工程學院，甘肅 蘭州 730070）

CRTSⅠ型板式無砟軌道CA砂漿制備及其性能研究

李良英，袁 鋒

（蘭州交通大學土木工程學院，甘肅 蘭州 730070）

CA砂漿作為全面支承軌道板的墊層結構，對板式軌道結構的經濟性、耐久性與安全性有直接的影響。該試驗自行復配了制備乳化瀝青的乳化劑，采用正交試驗確定了乳化瀝青的最佳配方，經驗證此配方各項技術指標能滿足《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》相關要求，并且具有良好的存貯穩定性和水泥適應性；用該乳化瀝青在室內拌制CA砂漿，其各項指標均滿足要求，并在此基礎上分析了影響CA砂漿強度的因素。

無砟軌道；CA砂漿；乳化瀝青

0　引言

CA砂漿應用于我國客運專線鐵路和城市軌道交通建設中，其生產制備技術卻被發達國家壟斷，轉讓費昂貴，并且進口產品品種單一，不能按照工程的實際需求進行調整，給該種材料的應用帶來一定困難，CA砂漿的特點是水泥砂漿強度高、耐久性長、瀝青材料彈性好，然而其性能絕非瀝青材料性質和水泥等材料的簡單組合[1-3]，而是各組成材料相互作用、相互影響的結果。CA砂漿集工作性能、力學性能、耐久性等為一體，是用于軌道板與底座之間的填充減振砂漿，其各項性能之間相互聯系又相互制約。良好的灌注性、均質性和自流平密實性是CA砂漿滿足無砟軌道填充性能的必要條件，而CA砂漿較好的支撐力、彈性性能與長期耐久及耐候性能是滿足軌道的減振性能的必備條件，因而需對CA砂漿進行系統的研究。不同地區、不同氣候特點的CA砂漿在結構上差異較大。因此，通過試驗研究，制備出適合我們國家需要的CA砂漿材料，并對其強度、工作時間、膨脹率及分離度等性能進行研究，對于促進CA砂漿的國產化進程，實現我國客運專線快速發展、增進材料學的實踐性應用均有重要意義[4-8]。

1　制備CA砂漿專用乳化瀝青

1.1乳化瀝青選擇

在制備乳化瀝青的過程中，原材料的選定十分重要，參照前人的成果并通過實驗室大量的優選試驗，選取埃索—90#基質瀝青為原材料，見表1。

表1　埃索-90#基質瀝青性能指標

1.2乳化劑

乳化劑是影響乳化瀝青破乳過程的關鍵因素，使用兩種或兩種以上的乳化劑稱為復合型乳化劑，在此采用阿克蘇4875慢裂快凝型陽離子乳化劑與NP-40非離子型乳化劑復配進行乳化瀝青的生產，乳化劑見圖1。

圖1　4875乳化劑

1.3其它外加劑

（1）穩定劑

為改善乳化瀝青的穩定性，經常加入穩定劑來提高乳化瀝青的穩定性能。根據試驗對比，本實驗最終選用了無機鹽類氯化銨作為穩定劑。

（2）增稠劑

為了滿足制備的客運專線鐵路CA砂漿專用乳環瀝青的黏度，乳化瀝青的增稠劑選用纖維素醚。

（3）pH調節劑

乳化劑如需獲得最大的溶解度，得處在一定的pH值狀態下。每一種乳化劑對于pH值溶解度的要求不同，本次試驗研究選用HCl溶液作為復合型乳化劑的pH值調節劑，見圖2。

圖2　pH調節劑

1.4乳化瀝青的制備工藝

生產乳化瀝青時，先將瀝青加熱至145℃后加入瀝青罐中，設置保溫145℃，再將配置好的皂液加熱至55℃后加入皂液罐設置保溫55℃，待儀器流量、溫度控制恒定時開始生產乳化瀝青。通過蒸發殘留物含量實驗，計算測得生產的乳化瀝青固含量為60%，在規范要求的60%～70%之間。同時對乳化瀝青的存儲穩定性和水泥拌合性也進行了檢測，結果均滿足規范要求。

乳化瀝青的制備工藝流程見圖3。

圖3　乳化瀝青制備工藝流程圖

2　 CA砂漿制備

2.1技術思路

CA砂漿由乳化瀝青、水泥、細砂、水、鋁粉、引氣劑和消泡劑等多種原材料在特定的拌合條件下拌制而成，其配方的選擇是本研究的核心所在。CA砂漿也需具有特殊的抗凍和耐候的需求，確定配方時，本研究在京滬高鐵使用的泵送CA砂漿配方的基礎上，對原有的CA砂漿配方通過添加聚合物乳液和采用復配乳化劑等方面進行改進，并對該配方進行強度、流動度、分離度、含氣量、彈性模量、耐久性等性能進行測試。結果表明，聚合物乳液可以有效的提高CA砂漿的抗凍性能和彈性模量，自行復配的乳化劑有效的降低了CA砂漿的分離度，并有助于合理的調整CA砂漿的含氣量，見圖4。

圖4　CA砂漿制備及其性能研究技術路線圖

2.2制備過程

由于CA砂漿要求有很高的性能，所以對其原材料也有很高的要求。試驗采用了自行復配的乳化瀝青、規范要求的級配骨料，強度為42.5的硅酸鹽水泥以及其他添加劑作為制備CA砂漿的原材料。通過查閱文獻及相關專家指導，經過大量的對比試驗確定了本項目的CA砂漿配方，CA砂漿拌合工藝流程見圖5。

圖5　CA砂漿拌合工藝流程圖

以上配方制備的CA砂漿進行了強度、流動度、分離度、含氣量和彈性模量檢測，并重點分析了影響CA砂漿抗壓強度的因素。CA砂漿強度和各種選料的用量有重要關系，本實驗制備的CA砂漿5 min時工作時間為11 s，30 min時工作時間為14.8 s。實驗所測得的分離度為0.43%，小于規范允許值（小于1.0%）。為滿足抗凍性能要求，CA砂漿中必須含有一定的微氣孔，微氣孔含量由CA砂漿的含氣量控制。實驗測得的含氣量為11.2%，滿足規范要求。CA砂漿墊層除了具備一定強度外，還為軌道結構提供彈性，規范要求CA砂漿彈性模量必須在100～300 MPa之間。本實驗CA砂漿彈性模量為192.4 mPa，滿足規范要求，見表2。

表2　CA砂漿配方及其作用　（單位：g）

3　結論

據本次實驗進行分析，水泥、乳化瀝青和砂的用量是影響CA砂漿強度的主次因素；絕對用水量：水泥=0.78～1.03時，新拌制的CA砂漿初始流動度為23～16 s，其28 d抗壓強度可以滿足1.8～2.5 MPa要求；引氣劑摻量為0.6‰～1.7‰時，新拌CA砂漿空氣含量8.2%～14.5%，其硬化體28d抗壓強度能滿足1.8～2.5 MPa的要求。

本文研究了水泥、乳化瀝青、砂和引氣劑等材料用量大小對CA砂漿硬化體強度的影響規律，研究結果可對CA砂漿制備與研究提供一定的參考。

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圖2　清水江風雨橋施工照片圖

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U214.3

A

1009-7716（2016）10-0134-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.10.043

2016-06-20

李良英（1979-），男，山西原平人，講師，從事土木工程教學、研究工作。