谷坤鵬，王成啟

(中交上海三航科學(xué)研究院有限公司，上海 200032)

新建鐵路線采用板式無砟軌道結(jié)構(gòu)。板式無砟軌道結(jié)構(gòu)是60年代在日本新干線高速鐵路上發(fā)展起來的一種新型軌道結(jié)構(gòu)(見圖1)，與普通鐵路相比，無砟軌道具有高穩(wěn)定性、少維修、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，并在國(guó)外高速鐵路獲得了廣泛應(yīng)用。這種新型軌道結(jié)構(gòu)從根本上取消了傳統(tǒng)軌道的軌枕和道床，改用預(yù)制的鋼筋混凝土板(稱軌道板)直接支撐鋼軌，并在軌道板與路基或橋隧建筑物基底上澆筑的混凝土基礎(chǔ)板之間填充水泥瀝青砂漿(CA砂漿)墊層，成為一種全面支撐的板式軌道結(jié)構(gòu)。CA砂漿彈性調(diào)整層是板式無砟軌道結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，主要起到支撐調(diào)整和緩沖協(xié)調(diào)的作用，軌道結(jié)構(gòu)對(duì)砂漿性能主要有以下要求:①良好的施工性能，能滿足灌注施工、充填飽滿的要求;②良好的彈韌性和高延展性，滿足軌道動(dòng)力學(xué)要求;③足夠的耐久性，滿足服役環(huán)境的使用要求。CA砂漿是由多種原材料配合并經(jīng)復(fù)雜的攪拌工藝攪拌而成，灌注后的CA砂漿彈性調(diào)整層的性能對(duì)各種原材料的性能、攪拌工藝和施工工藝等依賴程度很高，各種原材料性能、攪拌工藝和施工工藝的微小變化均可對(duì)CA砂漿彈性調(diào)整層的性能造成很大的影響。

圖1 板式軌道結(jié)構(gòu)示意

本文針對(duì)CA砂漿這一新型建筑材料的特殊性，從原材料、配合比、攪拌工藝和施工控制等方面展開大量的研究，確定了CA砂漿的配合比和攪拌工藝，并提出了CA砂漿施工質(zhì)量控制要點(diǎn)。

1 原材料

CA砂漿原材料包括乳化瀝青、聚合物乳液、消泡劑、引氣劑、鋁粉、膨脹劑、水泥、水和砂等9種原材料，原材料種類繁多，且原材料之間相互制約，各種原材料的品質(zhì)都將直接影響CA砂漿的最終性能，因此各種原材料的優(yōu)選是保證CA砂漿順利施工的基礎(chǔ)。

CA砂漿原材料中乳化瀝青、聚合物乳液、消泡劑、引氣劑、鋁粉、膨脹劑、水泥和水八種原材料均由供應(yīng)商提供成品原材料，但砂由于對(duì)細(xì)度模數(shù)和級(jí)配要求較高，難有現(xiàn)成的砂滿足施工要求。砂的粒徑對(duì)CA砂漿的分離度和耐久性有較大的影響，砂細(xì)度模數(shù)過小，比表面積增大，相同的流動(dòng)度時(shí)需水量增大，耐久性降低;砂細(xì)度模數(shù)過大，大顆粒含量高，砂子容易沉降，分離度會(huì)變大。因此，需進(jìn)行天然細(xì)砂各級(jí)篩分，然后按比例復(fù)配，最終配制了細(xì)度模數(shù)為1.55、級(jí)配合理滿足要求的砂。砂的級(jí)配見表1，原材料的技術(shù)性能指標(biāo)均滿足《客運(yùn)專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件》［1］及有關(guān)文件的規(guī)定。

表1 砂顆粒級(jí)配

2 現(xiàn)場(chǎng)攪拌設(shè)備

3 CA砂漿理論配合比和基準(zhǔn)配合比

CA砂漿現(xiàn)場(chǎng)攪拌設(shè)備采用秦皇島CA砂漿攪拌車，攪拌車共設(shè)置2個(gè)粉體料自動(dòng)稱量添加倉、5個(gè)液體料自動(dòng)稱量添加倉和2個(gè)1 m3CA砂漿攪拌鍋，攪拌轉(zhuǎn)速可在0～120 r/min之間調(diào)節(jié)，攪拌轉(zhuǎn)速和時(shí)間可根據(jù)需要任意設(shè)置。對(duì)計(jì)量系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和灌注系統(tǒng)等進(jìn)行檢查，確定其滿足攪拌和灌注要求。

3.1 CA砂漿理論配合比

CA砂漿理論配合比是由中國(guó)鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所根據(jù)研究結(jié)果出具，理論配合比見表2。膠凝材料∶乳化瀝青∶聚合物乳液∶外加水∶砂 =1∶1.25∶0.15∶0.04∶2，引氣劑摻量為 0.4% ，鋁粉摻量為0.07‰～0.12‰，消泡劑摻量為0.4‰，膨脹劑等量取代1%的水泥。

表2 CA砂漿理論配合比

3.2 CA砂漿基準(zhǔn)配合比

CA砂漿基準(zhǔn)配合比是在理論配合比的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)室內(nèi)選擇合適的攪拌設(shè)備與攪拌工藝，進(jìn)行CA砂漿的攪拌與配制，并對(duì)CA砂漿流動(dòng)性能、含氣量和抗壓強(qiáng)度等性能進(jìn)行測(cè)試，確定了滿足要求的CA砂漿基準(zhǔn)配合比，見表3。同時(shí)提出了CA砂漿配合比的調(diào)整說明:保持乳化瀝青、聚合物乳液、膨脹劑、水泥和砂的用量不變，針對(duì)不同的攪拌車、不同的氣候條件，砂漿的拌合用水量、消泡劑、引氣劑和鋁粉的摻量做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

表3 CA砂漿基準(zhǔn)配合比

4 CA砂漿施工工藝流程

CA砂漿施工工藝要求特別嚴(yán)格，CA砂漿施工工藝主要包括軌道板檢查驗(yàn)收、安裝和調(diào)整，CA砂漿灌注袋的鋪設(shè)，CA砂漿的拌合、性能試驗(yàn)、灌注、養(yǎng)生和質(zhì)量檢查等。每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)CA砂漿的質(zhì)量均有很大的影響，任一環(huán)節(jié)不滿足規(guī)范要求，均不能進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的施工。特別是在CA砂漿拌合后的性能試驗(yàn)時(shí)，CA砂漿的溫度、流動(dòng)度和含氣量等任一性能不能滿足要求，均不得進(jìn)行CA砂漿的灌注;另外在CA砂漿養(yǎng)生后的質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收時(shí)，如不能滿足《客運(yùn)專線鐵路無砟軌道充填層施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》［2］時(shí)，需重新進(jìn)行CA砂漿的灌注施工，確定的CA砂漿施工工藝流程見圖2。

5 攪拌工藝的優(yōu)化試驗(yàn)研究

5.1 基準(zhǔn)攪拌工藝

圖2 CA砂漿施工工藝流程

CA砂漿是一種多組分的混合體，良好的攪拌工藝是保證CA砂漿質(zhì)量的基礎(chǔ)。CA砂漿的攪拌工藝主要包括:加料順序、攪拌速度(指中速和高速)和攪拌時(shí)間，加料順序?qū)A砂漿的攪拌均勻性及整體性能有很大的影響，加料順序不當(dāng)可使CA砂漿內(nèi)部攪拌不均勻，形成水泥團(tuán)顆粒，直接影響CA砂漿的整體性能;攪拌速度和攪拌時(shí)間主要影響CA砂漿的含氣量和氣泡直徑分布，攪拌速度過快或攪拌時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，使CA砂漿含氣量過大，而且微氣泡容易聚集成大氣泡，降低CA砂漿的力學(xué)及耐久性能;攪拌速度過慢或攪拌時(shí)間過短，引入的氣體不夠，使CA砂漿含氣量過小。

根據(jù)CA砂漿原材料的性能、CA砂漿攪拌車自身的特性和室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，基準(zhǔn)攪拌工藝如下:①攪拌車加料順序、原材料用量和攪拌工藝設(shè)置。人工稱量鋁粉、膨脹劑和5 kg砂，拌合均勻;②攪拌速度調(diào)至低速30 r/min;③依次加入乳化瀝青、聚合物乳液、水、消泡劑，攪拌30 s;④提高轉(zhuǎn)速至中速80 r/min，依次加入水泥和砂;⑤人工加入拌勻的鋁粉、膨脹劑和5 kg砂;⑥加入引氣劑;⑦提高轉(zhuǎn)速至高速115 r/min并攪拌5 min;⑧調(diào)至低速30 r/min并攪拌5 min。

5.2 攪拌工藝的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

保持加料順序不變，設(shè)計(jì)了不同的攪拌速度和攪拌時(shí)間進(jìn)行工藝性試驗(yàn)。攪拌速度的中速范圍為50～90 r/min，攪拌速度的高速范圍為90～115 r/min，攪拌時(shí)間范圍為3～8 min，具體 CA砂漿攪拌工藝的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表4。

5.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

按表4中不同的攪拌工藝進(jìn)行CA砂漿的攪拌，測(cè)試CA砂漿的各項(xiàng)性能，并在攪拌結(jié)束后進(jìn)行灌注試驗(yàn)，控制單塊板的灌注時(shí)間在6～10 min內(nèi)完成，1 d后揭板觀察灌注后CA砂漿的質(zhì)量。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選攪拌工藝，CA砂漿的工藝優(yōu)選試驗(yàn)及結(jié)果見表5。

表4 CA砂漿攪拌工藝的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

表5 CA砂漿攪拌工藝型式試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可知，按編號(hào)為 XH-1～XH-5等攪拌工藝進(jìn)行CA砂漿的拌制并灌注，灌注后的CA砂漿均出現(xiàn)了不同程度的上表面聚集較多的大氣泡和砂漿分層問題。而當(dāng)攪拌中速降至60 r/min、攪拌高速降至110 r/min、高速攪拌時(shí)間為5min時(shí)，即按編號(hào)為XH-6的攪拌工藝進(jìn)行拌制并灌注，灌注后的CA砂漿上表面氣泡少且直徑較小，砂漿上下分布均勻，可有效消除CA砂漿上表面的大氣泡聚集，解決砂漿分層問題。

攪拌速度和攪拌時(shí)間對(duì)CA砂漿含氣量、灌注后的氣泡量、氣泡大小及分布有很大的影響。攪拌速度越高、攪拌時(shí)間越長(zhǎng)，CA砂漿的含氣量就越大，同時(shí)CA砂漿內(nèi)部氣泡直徑也越大，而氣泡直徑越大，氣泡越易上浮，從而造成灌注硬化后的CA砂漿上表面聚集大量的大氣泡和砂漿上下分層問題。因此，在保證CA砂漿含氣量、灌注后的各項(xiàng)性能滿足要求的同時(shí)，應(yīng)盡量降低攪拌速度和縮短攪拌時(shí)間。

5.4 初步優(yōu)化的攪拌工藝

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，初步優(yōu)化的攪拌工藝如下:①攪拌車加料順序、原材料用量、攪拌工藝設(shè)置，人工稱量鋁粉、膨脹劑和5 kg砂，并預(yù)混均勻;②攪拌速度調(diào)至低速30 r/min;③依次加入乳化瀝青、聚合物乳液、水和消泡劑并攪拌30 s;④提高轉(zhuǎn)速至中速60 r/min，依次加入水泥和細(xì)骨料;⑤人工加入鋁粉、膨脹劑和5 kg砂的混合物;⑥加入引氣劑;⑦提高轉(zhuǎn)速至高速110 r/min并攪拌5 min;⑧調(diào)至低速30 r/min攪拌2 min后取樣檢測(cè)并持續(xù)攪拌至灌注。

5.5 型式試驗(yàn)

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)及攪拌工藝的優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行CA砂漿型式試驗(yàn)，試驗(yàn)配合比見表6，采用初步優(yōu)化的攪拌工藝，CA砂漿的攪拌均勻性良好、砂漿溫度為25.4℃、流動(dòng)度21 s、含氣量為9.6%，以上各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《客運(yùn)專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件》要求，可進(jìn)行灌注。灌注1 d后揭板檢驗(yàn)，CA砂漿飽滿、表面無氣泡，斷面砂漿上下均勻密實(shí)，無分層現(xiàn)象，滿足《客運(yùn)專線鐵路無砟軌道充填層施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》要求，型式試驗(yàn)結(jié)果見表6、圖3。試驗(yàn)結(jié)果表明:此 CA砂漿配合比和攪拌工藝可用于CA砂漿的現(xiàn)場(chǎng)施工。

6 現(xiàn)場(chǎng)施工

2009年9月14日，中交第三航務(wù)工程局新建鐵路專線項(xiàng)目部進(jìn)行CA砂漿正式灌注施工，施工過程中嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行，CA砂漿基本性能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果見表7。CA砂漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足要求，目前CA砂漿施工順利。

表6 CA砂漿型式試驗(yàn)配合比

圖3 型式試驗(yàn)結(jié)果

表7 CA砂漿基本性能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

7 CA砂漿施工質(zhì)量控制要點(diǎn)總結(jié)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)型式試驗(yàn)結(jié)果及施工狀況，總結(jié)了 CA砂漿施工質(zhì)量控制要點(diǎn)，主要包括原材料質(zhì)量控制、配合比及攪拌工藝調(diào)整控制和施工控制三個(gè)方面。

1)原材料質(zhì)量控制

①應(yīng)按有關(guān)文件對(duì)原材料檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢驗(yàn)數(shù)量和檢驗(yàn)方法的規(guī)定，對(duì)CA砂漿的各項(xiàng)原材料的性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果需滿足相關(guān)文件的規(guī)定。

②由于乳化瀝青宜分層或破乳，故應(yīng)根據(jù)要求對(duì)乳化瀝青進(jìn)行定期的攪拌。

③由于鋁粉的摻量極低，如采用干料預(yù)混的方式，鋁粉不易在干料中攪拌均勻，建議鋁粉在攪拌CA砂漿時(shí)人工摻入。

④細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)對(duì)CA砂漿最終的分離度性能影響很大，建議將CA砂漿的細(xì)度模數(shù)嚴(yán)格控制在1.4～1.6。

⑤各種原材料的保存條件和保存時(shí)間也應(yīng)滿足要求。

2)配合比及攪拌工藝的調(diào)整控制

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，可針對(duì)不同的氣候條件和不同批次的原材料，根據(jù)CA砂漿的含氣量、膨脹率和攪拌均勻性等具體情況，在CA砂漿配合比允許調(diào)整的范圍內(nèi)對(duì)拌合用水量、消泡劑和鋁粉三個(gè)配合比參數(shù)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整;可根據(jù)CA砂漿的含氣量和攪拌均勻性等性能對(duì)攪拌工藝參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。但CA砂漿施工配合比及攪拌工藝的調(diào)整應(yīng)由相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行。

3)施工控制

①環(huán)境溫度對(duì)CA砂漿的性能影響很大，溫度過高時(shí)CA砂漿的可工作時(shí)間不能保證，溫度過低時(shí)，CA砂漿的強(qiáng)度和膨脹性能不能保證，施工環(huán)境溫度應(yīng)保證在5℃ ～35℃范圍內(nèi)，當(dāng)天最低氣溫低于－5℃或下雨天，全天不得進(jìn)行灌注。

②CA砂漿攪拌車應(yīng)符合有關(guān)文件規(guī)定，應(yīng)由經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的人員進(jìn)行操作。

③CA砂漿攪拌車拌制的CA砂漿溫度、含氣量或流動(dòng)度任意一項(xiàng)性能指標(biāo)不能滿足要求時(shí)，不得進(jìn)行CA砂漿灌注。

④單塊板CA砂漿灌注時(shí)，砂漿應(yīng)一次連續(xù)流入灌注袋，不得夾入氣泡。

⑤灌注速度對(duì)CA砂漿的灌注飽滿度有很大的影響，灌漿口處的液面高度過低或過高，砂漿灌注速度慢或快，均易使CA砂漿灌注不飽滿，產(chǎn)生氣泡，故為保證合適的CA砂漿灌注速度，自由傾落高度不宜大于1.5 m，單塊板灌注時(shí)間保持在6～10 min較為合適。

⑥灌注結(jié)束后20～45 min內(nèi)，將灌注口內(nèi)的砂漿擠入灌注袋，直至軌道板的支撐螺栓稍微松動(dòng)。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部.客運(yùn)專線鐵路 CRTSⅠ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(guó)鐵道出版社，2008.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部.客運(yùn)專線鐵路無砟軌道充填層施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

［3］何彥甫，陳孟強(qiáng)，陳建男.CRTSⅡ型板式無砟軌道用 CA砂漿配方設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制技術(shù)［J］.鐵道建筑，2008(增):97-100.

［4］楊德軍.CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2010(1):42-44.