水泥乳化沥青砂浆在高铁上的应用

摘要：水泥沥青砂浆是一种利用水泥吸水后水化加速乳化沥青破乳，由水泥水化物和沥青裹砂形成的立体网络。它以乳化沥青和水泥这两种性质差异很大的材料作为结合料，其刚度和强度比普通沥青混凝土高，但是比水泥混凝土低。其特点在于刚柔并济，以柔性为主，兼具刚性。

关键词：无砟轨道；沥青乳液；灌板试验；搅拌速度；施工温度

中图分类号：U214.7+5 文献标识码：A

水泥沥青砂浆是高速铁路CRTS型板式无砟轨道的核心技术，是一种由水泥、乳化沥青、细骨料、水和多种外加剂等原材料组成，经水泥水化硬化与沥青破乳胶结共同作用而形成的一种新型有机无机复合材料。水泥沥青砂浆是一种利用水泥吸水后水化加速乳化沥青破乳，由水泥水化物和沥青裹砂形成的立体网络。它以乳化沥青和水泥这两种性质差异很大的材料作为结合料，其刚度和强度比普通沥青混凝土高，但是比水泥混凝土低。其特点在于刚柔并济，以柔性为主，兼具刚性。水泥沥青砂浆填充于厚度约为50mm的轨道板与混凝土底座之间，作用是支承轨道板、缓冲高速列车荷载与减震等作用，其性能的好坏对板式无砟轨道结构的平顺性、耐久性和列车运行的舒适性与安全性以及运营维护成本等有着重大影响。

板式无砟轨道是一种适用高速铁路发展的无砟轨道结构，它比有砟轨道具有更加良好、稳定的轨道结构，且运营的维护工作量和维护费用远远低于有砟轨道。国外发达国家轮轨式高速铁路越来越多采用板式轨道。板式轨道结构主要由轨道板、水泥沥青砂浆弹性垫层、混凝土底座、凸形挡台及钢轨扣件等构成。

CA砂浆是板式轨道的关键组成部分，它是由专用沥青乳液、水泥、掺合材料、细骨料、水、铝粉等材料在常温下经掺合制成的，其性能好坏直接影响到板式无砟轨道使用的耐久性与维护工作量。在国外，研究发展板式轨道较早的有日本、英国、美国、意大利、原苏联等国家，并以日本为代表，至2001年，日本1952km新干线投入营业，其中1400多千米为双轨板式轨道。在我国，2002年建成投入运营的秦沈客运专线在狗河、双何桥两座特大桥上采用了板式轨道结构，使用了国内开发的 CA砂浆及日本进口的CA砂浆。试验表明，前者与后者在含气量、流动度与耐久性、抗冻性等性能还存在相当大的差距。针对上述问题，对自主开发CA砂浆的性能进行了研究。

沥青乳液是CA砂浆最重要的组成材料，沥青乳液直接决定CA砂浆的拌合试验成功与否，在性能上对可工作时间、沁水率、材料分离度、早期抗压强度、抗冻性及耐候性有显著影响，沥青乳液的配合比例要根据乳液特点由试验确定。干料是一种用于配制高速铁路轨道路基和道床的板式无砟轨道用CA砂浆的建筑材料，主要由水泥、细砂、粉煤灰、膨胀剂和外加剂组成。具有提高CA砂浆的流动性、密实性，减少砂浆的泌水和离析，增强抗折、抗压强度、增加抗冲击性和耐磨性，使CA砂浆成品不分层，提高CA砂浆耐久性等特性。且使工业废弃混合物料得到充分利用，节约了矿产资源，改善了生态环境。可以说，板式轨道的关键是CA砂浆，CA砂浆的核心是沥青乳液与干粉，它们的质量好坏决定CA砂浆质量和板式轨道应用的成败。

搅拌速度及时间对CA砂浆性能的影响也非常明显，在进行CA砂浆拌合时搅拌速度及时间的控制很重要，搅拌速度及时间则主要影响CA砂浆的含气量、抗压强度及弹性模量。CA砂浆含气量随搅拌速度的增大及搅拌时间的延长而显著增大。含气量的标准值为8%～12%，相应要求的搅拌速度及搅拌时间分别在100～140r/min及3～6min之间。因此，CA砂浆最适宜的搅拌速度及搅拌时间分别为120r/min及5min。

在正式灌板作业前，一定要做多次的灌板试验，在完全验证了配合比和掌握了灌板工艺后，才能进行线路灌板。灌板试验，当取得经验后，要连续灌注5块以上的板并邀请砂浆灌注专家进行揭板评估。主要考查砂浆的均匀性、充盈度、气泡、起皮、分层等。在砂浆的灌注作业中，当中转罐运至灌板作业点位时，可把中转罐放置在固定的架子上，也可吊在空中，人力稳定中转罐，进行灌注作业。打开中转罐卸料阀门，在缓慢打开输料端灌注阀门，使中转罐中的砂浆徐徐地连续注入灌注PVC管中，并随时观察灌注孔内砂浆的液面高度，灌注的节奏是慢快慢。当边角处的排气孔中正常的砂浆排出，且灌注孔液面高度高于轨道板底高度10-15cm时，关闭阀门，停止灌注，并在轨道板宽接缝处记录灌板结束时间。需要注意的是，当砂浆从排气孔溢出时，不要及时封堵，待流出正常砂浆，且是满断面外溢时，用塞子封堵。砂浆灌注完成后，待灌注孔和观察孔处砂浆硬化到干稠状态时，用勺子将多余的砂浆舀出，使得砂浆面到轨道板面的差在15cm左右。

在水泥沥青砂浆施工中，要求灌板时施工温度在一定的范围内才能进行施工作业。国家及行业规范规定如下： （1）砂浆搅拌车上必须有能自动检测环境温度和水泥沥青砂浆成品料温度，并自动存储在每次生产的记录中。（2）为了保证有足够的施工时间和适宜的工作性，新拌制的水泥沥青砂浆温度应控制在5℃～35℃；灌注时的环境温度应大于4℃，并且未来24小时内的环境温度不得低于2℃；（3）当预测到灌注后未来24小时环境最低温度大于-3℃时，可以不采取任何附加措施。（4）如果预测到灌注后24小时内空气的最低气温达-5℃，则轨道板在垫层灌浆后应用保温薄膜进行覆盖，如果预测到灌浆后未来24小时的最低温度低于-5℃时，就应放弃垫层砂浆的施工。（5）如果在灌浆后预见到未来24小时的环境温度会低于预测的环境最低温度时，则就对灌浆后的轨道板用多层保温薄膜进行覆盖。

正常情况下，只要灌板存在缺陷必须揭板重新灌注。但当板的缺陷很小或已经铺轨无法揭板时，也可依据实际情况对缺陷板进行修补。砂浆的缺陷一般是在轨道板超高侧砂浆与轨道板连接处有明细的缝隙，再者是在轨道板的边角处砂浆为填满，造成了砂浆不饱满等。板与砂浆留有空隙灌板后容易产生的质量缺陷应当有下列两种。一般地说：在轨道板边角部砂浆未能流到位，面积不大时，板与砂浆留有空隙，缝隙深度小于30cm时，且能够进行凿除操作，可进行补灌。补灌时先要对不饱满的砂浆层进行凿除，凿除的深度不能太浅，一般要在10cm以上。凿除后使砂浆面成齐平状，不得使新旧砂浆层产生叠加现象。凿除完成后，用高压水枪或高压风对凿除的砂浆面进行清理。在灌板24小时后，且砂浆达到2Mpa左右拆模，铲掉板外多余的砂浆，用砂轮磨平。在灌板后要使得新旧砂浆连接密贴，饱满且无气泡。缺陷板修复的关键点：（1）对缺陷砂浆的凿除深度应在10cm以上，否则在荷载的作用下会脱落。（2）必需清除粘结面。（3）灌浆槽必需设在缺陷最深处。（4）在砂浆灌注和前硬化期(2Mpa)内不得挠动。

水泥乳化沥青砂浆已逐渐成为板式无砟轨道道床材料的最佳选择。

参考文献

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[2]栾心国.CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆的配制与灌注施工[J].铁道标准设计，2011第2期.

[3]丁一.水泥乳化沥青砂浆施工应注意的事项[J].科技创新导报，2010第11期.