板式軌道彈性墊層CA砂漿的研究

板式軌道是一種適用高速鐵路發(fā)展的無碴軌道結(jié)構(gòu)，它比有碴軌道具有更加良好、穩(wěn)定的軌道結(jié)構(gòu)，且運營的維護工作量和維護費用遠遠低于有碴軌道。國外發(fā)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(jié)構(gòu)主要由軌道板、水泥瀝青砂漿彈性 墊層(cementasphaltmotar，以下簡稱CA砂漿)、混凝土底座、凸形擋臺及鋼軌扣件等構(gòu)成 ，其結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。
 

CA砂漿是板式軌道的關(guān)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(jīng)摻合制成的，其性能好壞直接影響到板式無碴軌道使用的耐久性與維護工作量。在國外，研究發(fā)展板式軌道較早的有日本、英國、美國、意大利、原蘇聯(lián)等國家，并以日本為代表，至2001年，日本1952km新干線投入營業(yè)，其中1400多km為雙軌板式軌道[2]。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(jié)構(gòu)，使用了國內(nèi)開發(fā)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(fā)CA砂漿的性能進行了研究。

1 CA砂漿試驗

1.1 主要材料

1)瀝青乳液。自行開發(fā)的瀝青乳液A1、日本東亞道路株式會社生產(chǎn)CA砂漿專用瀝青乳液A2。國內(nèi)購買普通瀝青乳液A3。

2)細骨料。自行配制，主要成份為河砂，粒徑0.15～2.5mm，細度模數(shù)1.4～2.2，表觀密度2.59，含水率1%。

3)水泥。早強型硅酸鹽水泥，強度等級42.5R。

4)混合劑。UEA型混凝土膨脹劑。

5)鋁粉。鱗片狀鋁粉，250目。

6)消泡劑。水性有機硅類消泡劑。

7)AE劑。MNC—AE型減水型引氣劑。

1.2 主要設備和儀器

15LCA砂漿攪拌機，64OmlJ型漏斗，抗壓強度試驗機型號為SWE—5。

2 試驗結(jié)果

2.1 性能試驗結(jié)果

將按拌合工藝拌合好的CA砂漿進行性能試驗，其結(jié)果見表1。

注：CA1表示自制A1拌合的CA砂漿；CA2表示用日本東亞道路株式會社生產(chǎn)的專用瀝青乳液A2拌合的CA砂漿；CA3表示用購買的普通瀝青乳液A3拌合的CA砂漿。

表1中，CAI全部性能均符合標準值要求，其中可工作時間、材料分離度及1d早期強度等性能較為突出。由此可見，我們自主研究的CA砂漿完全符合板式軌道的使用要求，能用于板式軌道的施工。

2.2 CA砂漿基本配合比

本文研究的CA砂漿基本配合比見表2。通過對CA砂漿的各種組成材料的研究，參考日本CA砂漿配合比，最終確定了表2的CA砂漿基本配合比。表2配合比中外加水的用量要根據(jù)施工現(xiàn)場環(huán)境溫度及濕度的不同而通過試驗進行調(diào)整，故稱之為基本配合比。

2.3 瀝青乳液對CA砂漿性能的影響

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(jù)乳液特點由試驗確定。我們自行研制的CA砂漿專用瀝青乳液A1具有粘度大、貯存穩(wěn)定性好、與水泥及細骨料混合相容性好、工作時間長以及具有優(yōu)異的抗凍性、耐候性能，其在CA砂漿中適宜比例為水泥與混合劑總用量的1.6倍。將A1與日本進口產(chǎn)品A2及國內(nèi)購買的瀝青乳液A3進行CA砂漿對比拌合試驗，試驗時，除瀝青乳液不同外，其它材料均相同，配方也一致，試驗結(jié)果見表1。

表1中CA1與CA2各項性能均符合標準值，而CA3的泌水率、材料分離度、早期強度等性能明顯不符合標準要求。由此表明，Al與A2均符合板式軌道CA砂漿的使用要求。可以說，板式軌道的關(guān)鍵是CA砂漿，CA砂漿的核心是瀝青乳液，瀝青乳液的質(zhì)量好壞決定CA砂漿質(zhì)量和板式軌道應用的成敗。

2.4 細骨料對CA砂漿性能的影響

細骨料是CA砂漿另一重要的組成材料，細骨料對CA砂漿的材料分離度及外加水量有顯著影響。細骨料主要成分為河砂，不同細度模數(shù)、不同含水率的河砂對CA砂漿的材料分離度及外加水量的影響見圖2、圖3。

由圖2及圖3可知，細骨料的粒度分布對CA砂漿的材料分離度影響很大，細骨料的細度模數(shù)超過3時，CA砂漿材料分離度超過3%，變?yōu)椴缓细?。細度模?shù)變小，材料分離度也相應變小，但并不是細度模數(shù)越小越好，細度模數(shù)過小，會使CA砂漿外加水量明顯增多，強度與彈性模量也會發(fā)生相應變化。細骨料的含水率也顯著影響CA砂漿拌合時的外加水量，砂的含水率如果超過8%，就無法摻外加水而使流動度不合格。砂的合適細度模數(shù)控制在1.4～2.2之問，含水率3%，適宜配合比例為水泥及混合劑總量的2倍。圖4為細骨料的篩分曲線，陰影部分為合適細度模數(shù)區(qū)。

2.5 外加水摻量對性能的影響

外加水摻量對CA砂漿的流動度、沁水率、早期抗壓強度等性能有顯著影響，CA砂漿配合比中外加水摻量根據(jù)組成材料性能、環(huán)境溫度的變化而變化。圖5為外加水量對流動度的影響。

由圖5可知，外加水摻量對CA砂漿的流動度的影響很大，隨著外加水量的增加，CA砂漿的流動度變小。流動度的標準值范圍為16～26s之間，要求的外加水摻量則在8%～14%之間，因此，CA砂漿最適宜的外加水量為1O%，此時流動度為22s。

2.6 攪拌速度及時間對CA砂漿性能的影響

將配方量的各種材料按一定的加料順序加入到CA砂漿攪拌機中，控制攪拌速度均勻攪拌以形成CA砂漿，性能試驗合格后即可灌漿。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。圖6為不同攪拌速度在同一攪拌時間下對含氣量的影響，圖7為同一攪拌速度在不同攪拌時間下對含氣量的影響。

由圖6、圖7可知，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。

3 結(jié)論

CA砂漿關(guān)鍵原材料是瀝青乳液，經(jīng)試驗確定了CA砂漿基本配合比，其中CA砂漿細骨料最適宜的細度模數(shù)范圍為1.4～2.2，適宜含水率為3%，CA砂漿最適宜的外加水量為1O%，最適宜的攪拌速度及攪拌時間分別為120r/min和5min，自主研發(fā)的CA砂漿性能符合無碴軌道使用要求。

參考文獻

[1]傅代正，黃金田，鄭新國．橋上板式無碴軌道CA砂漿施工技術(shù)[J]．鐵道建筑技術(shù)．2002，(6)：28—31．
[2]任靜．板式軌道的發(fā)展及應用前景[J]．世界鐵路．1994，(2)：14—16．
[3]早川允，原田豐，小林建次．鐵路用水泥瀝青體系注入材料[P]．日本專利：特開平9-227194，1997．
[4]鳥取誠一．CA砂漿新配方的凍融試驗報告書[Z]．日本鐵道綜合技術(shù)研究所．2000．
[5]田沼干人，長瀨正．混凝土軌道填充用組成物[P]．日本專利：特開平5-97490，1993．