CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿施工配合比控制要點

胡金剛，樓梁偉，崔 強

(1.寧杭鐵路有限責任公司，浙江杭州 310007;2.中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

水泥乳化瀝青砂漿(cement emulsified asphalt mortar，簡稱CAM)作為CRTSⅡ型板式無砟軌道的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)層材料，主要起到填充、調(diào)整、支撐、承力和傳力作用，并可為軌道提供一定的剛度和彈性，其性能直接影響到軌道結(jié)構(gòu)的平順性、列車運行的舒適性與安全性、軌道結(jié)構(gòu)耐久性和運營維護成本[1]。

水泥乳化瀝青砂漿主要由乳化瀝青、干料、水、減水劑和消泡劑經(jīng)特定工藝拌制而成，是一種多組分、多物相的新型有機—無機復合砂漿[2]。由于水泥乳化瀝青砂漿對原材料、溫度、濕度、工藝等因素較為敏感，針對砂漿施工敏感性強的突出特點，施工過程中需要結(jié)合原材料特性、氣候條件、施工組織及工藝要求等因素，對砂漿配合比嚴格加以控制，并適時調(diào)整原材料組成。為此，本文就施工配合比設(shè)計、調(diào)整范圍、控制要點以及原材料調(diào)整方法進行了論述，對提升無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿的施工質(zhì)量具有重要意義。

1 水泥乳化瀝青砂漿施工常見質(zhì)量問題

水泥乳化瀝青砂漿是一種高流動性的自填充材料，依靠其自身灌注壓力填充至軌道板與混凝土底座之間的狹長密封空間(6 450 mm×2 550 mm×300 mm)，因而要求具有良好的流動性、黏聚性和保水性，而水泥乳化瀝青砂漿施工配合比的設(shè)計、試驗和調(diào)整對保障砂漿上述性能起著至關(guān)重要的作用。施工配合比控制不嚴會使得新拌砂漿的性能反復波動，如流動度過大(小)、工作性能損失過快、含氣量過大(小)以及乳化瀝青破乳等現(xiàn)象(如圖1和圖2所示)，嚴重影響砂漿墊層的質(zhì)量。

圖1 砂漿稠化

圖2 乳化瀝青破乳

工程實踐表明，施工配合比控制不合理會引起新拌砂漿性能變化，后續(xù)容易出現(xiàn)砂漿充盈不飽滿、瀝青析出、表面泌水、分層和早期離縫等不良后果(如圖3～圖6所示)，砂漿質(zhì)量難以得到保證，影響其結(jié)構(gòu)功能和使用壽命。

圖3 灌注不飽滿

圖4 分層

圖5 早期離縫

圖6 充盈不飽滿

結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，施工配合比控制不當主要體現(xiàn)在現(xiàn)場配合比變動頻繁、參數(shù)調(diào)控不合理、原材料不匹配或者砂漿車未及時標定造成材料計量誤差等幾個方面。上述影響施工配合比的任一要素發(fā)生變化，都可能引起砂漿出現(xiàn)嚴重的質(zhì)量缺陷，因而必須嚴格加以控制。

2 水泥乳化瀝青砂漿原材料控制

單純調(diào)整施工配合比參數(shù)不能完全保證水泥乳化瀝青砂漿的性能完全滿足施工與質(zhì)量要求。實際施工過程中，應(yīng)根據(jù)施工季節(jié)的變化提前對水泥乳化瀝青砂漿原材料的類型及其配方進行適當?shù)恼{(diào)整。當施工環(huán)境溫度變化較大時(溫差超過15℃)，若不及時調(diào)整干料和減水劑的類型，砂漿拌合物性能不能適應(yīng)施工需要，造成施工困難甚至實體質(zhì)量缺陷。譬如，夏季施工時新拌砂漿溫度較冬季高，若干料與減水劑類型選取不當，水泥水化進程過快，大量水化熱又使得砂漿溫度進一步升高，降低了新拌砂漿的穩(wěn)定性，嚴重時引起水泥乳化瀝青砂漿破乳，影響正常施工。因此，水泥乳化瀝青的原材料應(yīng)適時進行調(diào)整，以保證水泥乳化瀝青砂漿灌注質(zhì)量的穩(wěn)定和可靠。

2.1 原材料控制

針對環(huán)境溫度的變化，需要對乳化瀝青砂漿原材料類型及用量進行及時調(diào)整，以保證砂漿在5℃ ～35℃之間都具有良好的施工、物理、力學和耐久性能。水泥乳化瀝青砂漿各種原材料的控制建議按表1進行。

表1 原材料及控制方法

2.2 干料組份調(diào)整

干料作為水泥乳化瀝青砂漿的重要組成材料之一，約占砂漿總質(zhì)量的75% ～80%。因此，干料的性能很大程度上決定著砂漿的最終性能。為確保砂漿性能在不同的施工環(huán)境條件下均能滿足要求，就需要及時調(diào)整干料的組份。

干料組份的調(diào)整需經(jīng)過室內(nèi)試拌測試以及實尺軌道板灌揭板工藝試驗確定，既要保證砂漿的工作性能滿足施工需要，又要保證砂漿灌注后不出現(xiàn)分層、夾層、泌水以及收縮等問題。實踐已經(jīng)證明，盡管砂漿出機溫度、流動度、擴展度、含氣量等指標均控制在允許范圍之內(nèi)，砂漿灌注后依然可能出現(xiàn)上述質(zhì)量缺陷。例如凝結(jié)硬化時間過長引起的泌水，工作性能經(jīng)時急劇損失引起的灌注不密實，甚至是膨脹點和膨脹率控制不當引起的砂漿過量膨脹或局部開裂。而這些問題通過簡單調(diào)整配合比參數(shù)或者更換減水劑類型并不能完全解決，需要結(jié)合季節(jié)性施工差異，有計劃、科學合理地對干料組份進行優(yōu)化與調(diào)整。為滿足不同環(huán)境溫度下的施工要求，建議按表2調(diào)整干料組份的類型與摻量。

表2 干料組份推薦類型與摻量

3 水泥乳化瀝青砂漿施工配合比控制

水泥乳化瀝青砂漿配合比選定通常分為4步:即理論配合比→初始配合比→基本配合比→施工配合比[3-4]。其中，基本配合比是采用初始配合比進行工藝性放大試驗，并經(jīng)型式檢驗驗證確定的涵蓋調(diào)整范圍的指導性配合比;施工配合比則建立在基本配合比的基礎(chǔ)上，由施工單位綜合考慮氣候條件、施工工藝、原材料特性及砂漿攪拌車類型等因素而確定。砂漿施工配合比(施工性能)的控制及其調(diào)整應(yīng)重點從以下幾方面著手。

3.1 施工配合比設(shè)計

水泥乳化瀝青砂漿配合比設(shè)計時，應(yīng)充分考慮當?shù)氐臍夂蛱攸c、施工工況及原材料特性等因素的影響。通常情況下，宜按表3中推薦范圍確定砂漿各組成材料用量，并保證新拌砂漿性能指標滿足表4要求。

表3 原材料用量范圍 kg/m3

表4 新拌砂漿性能指標最佳范圍

3.2 施工配合比調(diào)整原則

施工配合比調(diào)整應(yīng)遵循以下原則:①基于基本配合比參數(shù)，允許適當調(diào)整拌合水、減水劑以及消泡劑用量，不得對干料及乳化瀝青用量進行變動;②結(jié)合砂漿攪拌車類型、原材料品質(zhì)、現(xiàn)場拌合水質(zhì)、環(huán)境溫度、施工工藝等實際情況進行調(diào)整，進行灌揭板工藝試驗;③原材料用量調(diào)整應(yīng)在基本配合比規(guī)定范圍內(nèi)，一旦確定用量的上下限值，不得無故改變;④原材料用量超過基本配合比允許范圍時，應(yīng)及時咨詢原材料供應(yīng)商和技術(shù)支持人員，共同分析原因，提出解決措施。

3.3 施工配合比調(diào)整方法

水泥乳化瀝青砂漿施工配合比的調(diào)整往往在新拌砂漿工作性能不能滿足技術(shù)條件或施工要求時進行，多由環(huán)境溫度變化、攪拌工藝或者施工工藝改變引起。水泥乳化瀝青砂漿施工配合比調(diào)整方法詳見表5。

從表5可知，當環(huán)境氣溫或砂漿溫度升高，砂漿的工作性能不再滿足灌注要求時，首先應(yīng)考慮增加減水劑用量，或采用緩凝型減水劑，其次考慮適當增加用水量。當環(huán)境氣溫或砂漿溫度逐漸下降，砂漿的工作性能不再滿足灌注要求時，首先應(yīng)考慮減少減水劑用量，或更換為早強型減水劑;若仍不能夠滿足要求時，可以酌情減少拌合水的用量。

表5 施工配合比調(diào)整方法

同理，消泡劑的用量亦根據(jù)環(huán)境氣溫或砂漿溫度適當調(diào)整，調(diào)整時應(yīng)密切關(guān)注含氣量測試結(jié)果，建議含氣量控制在4%～8%。當砂漿溫度或施工環(huán)境氣溫逐漸升高時，若砂漿的含氣量不能滿足相關(guān)要求時，可以適當減少消泡劑用量;反之，可適當增加消泡劑用量。

4 結(jié)語

水泥乳化瀝青砂漿是一種新型無砟軌道結(jié)構(gòu)材料，具有技術(shù)含量高、施工工藝復雜、質(zhì)量要求高和施工敏感性強的特點。這一特點決定了其施工中的每一環(huán)節(jié)都必須嚴格控制，而施工配合比的控制是重中之重。要解決施工配合比控制不當帶來的問題，必須嚴格監(jiān)控施工配合比參數(shù)及其調(diào)整范圍，加大新拌砂漿性能指標檢測頻次，提高現(xiàn)場技術(shù)人員的認知度和責任心，確保水泥乳化瀝青砂漿施工質(zhì)量穩(wěn)定。

[1]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(shù)培訓資料[M].北京:中國鐵道出版社，2009:4-5.

[2]趙年全，李進銳，趙常煜，等.高速鐵路CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿灌注質(zhì)量影響因素分析[J].建材世界，2011(5):10-14.

[3]中華人民共和國鐵道部.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(shù)條件[S].北京:中國鐵道出版社，2009.

[4]譚鳳吉.CRTSⅡ型水泥乳化瀝青砂漿灌注質(zhì)量通病及防治措施[J].鐵道建筑，2012(4):139-141.