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(yīng)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(diào)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(yīng)用，我國秦沈客運(yùn)專線沙河、狗河、雙河特大橋也采用了該種形式的軌道結(jié)構(gòu)，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(shù)。

Ⅰ型板選用滿足要求的瀝青或改性瀝青生產(chǎn)的乳化瀝青、干料（水泥、細(xì)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(chǎn)的乳化瀝青、干料（水泥、細(xì)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(biāo)主要是CRTSⅡ型軌道板。針對砂漿的復(fù)雜性，由鐵道部京滬鐵路建設(shè)總指揮部組織水泥乳化瀝青砂漿供應(yīng)商和施工單位經(jīng)過不同溫度條件下大量的試驗(yàn)室試驗(yàn)、現(xiàn)場工藝性灌、揭板試驗(yàn)，確定了CA砂漿的配方和制備工藝，其各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足鐵科技［2008］74號《客運(yùn)專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件》的要求。

2 CA砂漿的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 CA砂漿的技術(shù)要求

根據(jù)CA砂漿在板式軌道中的作用與功能，其技術(shù)要求為：

（1）穩(wěn)定的力學(xué)性能和適宜的彈性性能、后期強(qiáng)度穩(wěn)定、較低的彈性模量。

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

（3）體積穩(wěn)定性與變形的可控性。體積變化的可設(shè)計(jì)性、長期體積穩(wěn)定性。

（4）良好的施工性能。高流動性與均質(zhì)性、優(yōu)良的自充填與自密實(shí)性能。

2.2 CA砂漿關(guān)鍵技術(shù)

（1）高性能瀝青基材的性能設(shè)計(jì)與改性技術(shù)。制備出適應(yīng)我國氣候特點(diǎn)與高速列車作用的高耐候、高彈性恢復(fù)率瀝青基材。

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

（3）瀝青乳液顆粒超細(xì)化分散技術(shù)。提高瀝青乳液體系的分散性，改善瀝青乳液的溫度適應(yīng)性與儲運(yùn)穩(wěn)定性。

（4）水泥水化與瀝青破乳膠結(jié)過程的匹配設(shè)計(jì)與控制。通過無機(jī)材料性能調(diào)整、外加劑開發(fā)與配比優(yōu)化，改善瀝青乳液與水泥的適應(yīng)性。

（5）高性能CA砂漿的性能(多用途)設(shè)計(jì)與制備施工技術(shù)。開發(fā)出能適應(yīng)不同環(huán)境條件要求的CA砂漿產(chǎn)品與制備施工技術(shù)。

2.3 CA砂漿的主要技術(shù)指標(biāo)

CA砂漿應(yīng)用的特殊性決定了其各項(xiàng)性能指標(biāo)要求極為嚴(yán)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(xì)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(zhì)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(zhì)量的好壞直接影響著CA砂漿硬化體的力學(xué)性能和耐久性?；|(zhì)瀝青應(yīng)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(chǎn)瀝青的原油應(yīng)固定。也可以采用SBS或SBR進(jìn)行改性，主要性能滿足表3。

京滬高速鐵路土建六標(biāo)DK1222+020～DK1302+300里程段施工中，基質(zhì)瀝青為中石油生產(chǎn)的90＃重交道路石油瀝青，技術(shù)指標(biāo)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(chǎn)。

（2）技術(shù)指標(biāo)。符合表4要求。

（3）乳化瀝青配制的基本方法

將基質(zhì)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(zhì)瀝青。所配制的乳化瀝青密度為1.027g/cm3，pH=7.0。同時根據(jù)不同的環(huán)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(shù)指標(biāo)

表2 瀝青技術(shù)指標(biāo)

表3 SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)（用于Ⅱ型板）

3.2 干料

干料由硅酸鹽水泥、細(xì)骨料（河砂或機(jī)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)（用于Ⅱ型板）

表5 干料技術(shù)要求（用于Ⅱ型板）

（1） 硅酸鹽水泥符合GB175—2007規(guī)定。

（2） 細(xì)骨料：河砂或機(jī)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(jié)硬化和后期的強(qiáng)度發(fā)展協(xié)調(diào)一致，而且具有膨脹量合適的優(yōu)點(diǎn)見表6。

有時為了改善配制砂漿的均質(zhì)性、和易性及其硬化體的力學(xué)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(zhì)量，必須在正線以外進(jìn)行實(shí)尺軌道板灌、揭板工藝性試驗(yàn)并對封邊、濕潤、灌注工藝、砂漿質(zhì)量進(jìn)行評定，滿足技術(shù)條件后方可進(jìn)行正線上施工，具體方案如下：

（1）對灌注砂漿試驗(yàn)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(biāo)段最高超高曲線板），揭板時有1塊不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的，判定該砂漿為不合格。

（2）主要工藝包括封邊、板腔預(yù)濕潤、砂漿攪拌、運(yùn)輸、灌注等進(jìn)行評定，施工單位對以上工藝必須制定具體的工藝細(xì)則。

表6 CA砂漿用摻合料技術(shù)要求

表7 骨料技術(shù)指標(biāo)

（3）經(jīng)過在不同環(huán)境溫度條件下的灌、揭板工藝性試驗(yàn)，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(huán)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(jìn)行預(yù)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(jié)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?，F(xiàn)場應(yīng)根據(jù)不同的氣候條件來確定預(yù)濕時間；天氣越熱越干燥預(yù)濕時間要晚，天氣越潮濕越冷則預(yù)濕時間可以適當(dāng)早。

預(yù)濕兩次， 提前1h應(yīng)對板腔進(jìn)行預(yù)濕，灌板前10min再預(yù)濕一次。采用高壓霧化水槍進(jìn)行，預(yù)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(xiàn)積水或預(yù)濕不徹底的情況，應(yīng)采用高壓風(fēng)吹或重新預(yù)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(yīng)立即封邊。采用角鋼和封邊帶封邊，封邊完成后仔細(xì)檢查封邊是否嚴(yán)密，確保砂漿灌注時不漏漿，特殊部位如精調(diào)爪的封堵采用“凹” 形厚度50mm的硬質(zhì)泡沫塑料（精調(diào)爪寬度B120mm），安放在精調(diào)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(yù)先預(yù)留加工（留置見下圖），在角鋼的適當(dāng)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?？刹捎霉嘧r多余的砂漿，防止一段時間的流動度再現(xiàn)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(diào)完成或設(shè)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(dāng)曲線超高達(dá)45mm及以上時軌道板的兩側(cè)中間部位增加設(shè)置固定裝置。軌道板的兩端固定位置設(shè)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(jìn)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(diào)結(jié)果的影響，安裝過程對軌道板不會產(chǎn)生較大的擾動，安裝快捷方便，易于倒用。施工前應(yīng)進(jìn)行錨桿拉拔檢驗(yàn)（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(shè)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(hù)，防止直接擠壓鋼軌扣件損傷扣件保護(hù)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(jìn)場的原材料進(jìn)行形式檢驗(yàn)、進(jìn)場檢驗(yàn)確保原材料滿足技術(shù)條件要求。砂漿攪拌車加料、攪拌車計(jì)量系統(tǒng)校驗(yàn)、操作、攪拌系統(tǒng)檢查。拌制階段首先回流儲料箱內(nèi)的乳化瀝青，以保證儲料箱內(nèi)的乳化瀝青均勻一致。然后確定砂漿施工配合比參數(shù)，測定板腔厚度，計(jì)算攪拌方量。并根據(jù)既定的攪拌程序和參數(shù)，確定的投料次序，設(shè)定各階段的攪拌速度與攪拌時間等攪拌工藝參數(shù)，確認(rèn)拌制工藝參數(shù)準(zhǔn)確無誤后，啟動砂漿車運(yùn)行按鈕攪拌。砂漿車持續(xù)生產(chǎn)，拌合完畢砂漿由攪拌倉卸料至成品倉，再由中轉(zhuǎn)倉使用吊車上橋，運(yùn)輸過程中轉(zhuǎn)倉持續(xù)攪拌。橋上運(yùn)輸距離不宜太遠(yuǎn)。

7 砂漿質(zhì)量檢驗(yàn)

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

為了保證拌合砂漿質(zhì)量的穩(wěn)定性，砂漿攪拌過程中有操作檢驗(yàn)人員及時對砂漿車送料進(jìn)行計(jì)量校核，原材料的儲存、運(yùn)輸、每次拌制的砂漿數(shù)量、砂漿車出料倉等關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格檢查。

8 砂漿灌注施工

做好防污染布的鋪設(shè)和灌注用PVC管的安裝、板腔厚度測量、環(huán)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(zhǔn)備工作，砂漿采用吊車吊裝上橋上小斗車運(yùn)輸?shù)轿弧９嘧㈤_始計(jì)時,灌注時砂漿的灌注速度控制“慢—快—慢”當(dāng)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(guān)閉閥門,停止灌注并記錄灌注結(jié)束時間。

當(dāng)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(nèi)砂漿面與軌道板地面在5cm左右，為了保證后續(xù)澆注堵孔的混凝土與砂漿的粘結(jié)，在砂漿輕度凝結(jié)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(hù)層厚度。持續(xù)灌注時，未使用完的砂漿可添入新拌砂漿通過中轉(zhuǎn)倉攪拌均勻再次使用，施工中斷時應(yīng)將中轉(zhuǎn)倉、灌注管道運(yùn)回地面清洗干凈，方便下次使用。

9 砂漿養(yǎng)護(hù)

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

圖6 砂漿養(yǎng)護(hù)

10 砂漿灌注注意事項(xiàng)

10.1 原材料倉儲的基地建設(shè)

施工現(xiàn)場每隔10～15km設(shè)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(yīng)配有攪拌設(shè)備，定期對乳化瀝青進(jìn)行攪拌，使其均勻。使用前，應(yīng)對乳化瀝青攪拌均勻。嚴(yán)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(yù)濕

板腔的潮濕度直接影響灌注砂漿的質(zhì)量好壞，施工前一定要對板腔充分濕潤。并有專業(yè)技術(shù)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(guī)定的攪拌參數(shù)拌合，并及時復(fù)核。灌注人員嚴(yán)格按照灌注工藝施工。

10.4 灌漿后承壓時間要求

施工現(xiàn)場必須按要求制作同條件養(yǎng)護(hù)試件，同條件養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到1MPa時方可拆除軌道板校正裝置，強(qiáng)度達(dá)到3MPa時方可承重。

10.5 灌注前

灌注前，依據(jù)材料供應(yīng)商技術(shù)服務(wù)單位提供的理論配比，經(jīng)過工藝性灌板試驗(yàn)形成不同環(huán)境溫度條件下的施工配合比，環(huán)境溫度發(fā)生較大變化時，必須重新進(jìn)行工藝性試驗(yàn)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(yīng)對各個排氣孔進(jìn)行觀測，所有排氣孔連續(xù)冒出飽滿砂漿時，方可對排氣孔進(jìn)行封堵。同時仔細(xì)觀察灌漿孔內(nèi)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(jié)束語

水泥乳化瀝青砂漿在京滬高速鐵路土建六標(biāo)路基、橋梁上使用，技術(shù)試驗(yàn)人員進(jìn)行了大量的工藝試驗(yàn)，保證了砂漿的質(zhì)量。提醒我們注意的是，由于砂漿組成材料是有機(jī)材料和無機(jī)材料的混合物，砂漿的性能隨著環(huán)境溫度、攪拌工藝、灌注工藝等的變化而發(fā)生較大的變化，使灌注后砂漿出現(xiàn)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(xiàn)象，這就要求我們必須針對不同的條件進(jìn)行工藝性灌、揭板試驗(yàn)，總結(jié)出不同條件下的配方，才能滿足高速鐵路施工的實(shí)際需要。

[1]客運(yùn)專線鐵路CRTSⅡ軌道板水泥乳化瀝青暫行技術(shù)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(shù)培訓(xùn)教材[M].北京:中國鐵道出版社,2009.