欒心國

(山東鐵正工程試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司,濟(jì)南 250014)

1 概述

CRTSⅡ型板式無砟軌道是我國無砟軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分,具有平整度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長、乘坐舒適等優(yōu)點(diǎn)[1],目前已得以廣泛應(yīng)用,并且已在上述性能方面顯示出明顯的優(yōu)越性,取得了良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

石武客運(yùn)專線(河北段)采用CRTSⅡ型板式無砟軌道技術(shù),其軌道結(jié)構(gòu)主要由軌道板、水泥乳化瀝青砂漿充填層、混凝土底座板及鋼軌扣件等構(gòu)成[2]。水泥乳化瀝青砂漿(以下簡(jiǎn)稱CA砂漿)主要用作軌道板和混凝土底座板之間的彈性充填層,具有支撐、調(diào)節(jié)、緩沖、吸振等作用,并提供足夠的剛度和彈韌性,其性能與施工質(zhì)量對(duì)于高速列車運(yùn)行過程中的平順性、舒適性和安全性起著至關(guān)重要的作用[3～4]。

CA砂漿主要由乳化瀝青、干料、水、減水劑、消泡劑(如有必要)按一定的攪拌工藝攪拌而成,其成分復(fù)雜,配制技術(shù)要求高[5],施工過程較難控制。對(duì)CA砂漿的配制和灌注施工進(jìn)行了總結(jié)和探討,為CRTSⅡ型板式無砟軌道CA砂漿的配制與灌注施工提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。

2 CRTSⅡ型板式無砟軌道CA砂漿的配制

2.1 CRTSⅡ型板式無砟軌道CA砂漿性能指標(biāo)要求

CA砂漿是一種多組分、多物相的復(fù)雜混合砂漿,新拌砂漿是一種介穩(wěn)懸浮體系,主要性能有拌和物性能、力學(xué)性能和耐久性能。CRTSⅡ型板式無砟軌道CA砂漿性能指標(biāo)要求如表1所示[6]。

表1中的擴(kuò)展度、流動(dòng)度是影響CA砂漿灌注效果的2個(gè)重要指標(biāo),結(jié)合本標(biāo)段灌注經(jīng)驗(yàn),流動(dòng)度控制在80～100 s,擴(kuò)展度D5控制在290～310 mm,t280控制在7～12 s是比較合適的。

表1 CRTSⅡ型板式無砟軌道CA砂漿性能指標(biāo)要求

2.2 CRTSⅡ型板式無砟軌道CA砂漿原材料

2.2.1 干料

干料一般由不大于1.18 mm的砂子、硅酸鹽水泥、膨脹劑和其他惰性物質(zhì)組成。施工過程中,應(yīng)該嚴(yán)格控制干料的級(jí)配和抗壓強(qiáng)度。本標(biāo)段采用北京麥克斯特產(chǎn)水泥乳化瀝青砂漿干粉料,主要指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

2.2.2 乳化瀝青

乳化瀝青是CA砂漿原材料中最關(guān)鍵的一種材料,CA砂漿的性能與之息息相關(guān)。乳化瀝青主要有3個(gè)作用：一能有效降低CA砂漿彈性模量,故CA砂漿彈性模量過大時(shí)解決方案之一是增加乳化瀝青用量；二能加大CA砂漿抗疲勞能力,提高耐久性能；三是調(diào)節(jié)CA砂漿的施工狀態(tài)。施工過程中,應(yīng)嚴(yán)格控制其溫度、篩上剩余物(1.18 mm)、水泥適應(yīng)性、貯存穩(wěn)定性(1 d)和蒸發(fā)殘留物含量。本標(biāo)段采用株洲時(shí)代產(chǎn)TJ-A04專用瀝青乳液,主要指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表2 北京麥克斯特產(chǎn)CA砂漿干粉料主要指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表3 TJ-A04專用瀝青乳液主要指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

2.2.3水[7～8]

自然界的水,含有可溶或懸浮的各種物質(zhì),pH值也不盡相同,這些因素都可能導(dǎo)致乳化瀝青破乳,對(duì)CA砂漿產(chǎn)生不利影響,因此,對(duì)CA砂漿所用水要嚴(yán)格控制。試驗(yàn)室試配時(shí),要用現(xiàn)場(chǎng)確定的水源進(jìn)行試配。已確定的CA砂漿配合比在使用時(shí),應(yīng)注意保持使用水的穩(wěn)定性,不得隨意更換水源,防止水與CA砂漿中的組成成分出現(xiàn)不相容的情況。

2.2.4 減水劑

減水劑決定著CA砂漿狀態(tài)和性能。施工過程中,應(yīng)嚴(yán)格控制減水率。減水劑的減水率宜大于25%,但不宜過高,以不超過35%為宜[7]。減水率過低,外加劑用量會(huì)增加,要求設(shè)備的外加劑容積更大；減水率過高,對(duì)外加劑的計(jì)量更加敏感,不利于施工時(shí)現(xiàn)場(chǎng)新拌CA砂漿的調(diào)整。本標(biāo)段采用河北金舵產(chǎn)JD-9型高效減水劑,減水率控制在28%～31%。

2.2.5 消泡劑

CA砂漿一般采用有機(jī)硅類消泡劑,其作用主要是消除CA砂漿在攪拌過程中產(chǎn)生的各種氣泡,同時(shí)不破壞CA砂漿的穩(wěn)定性。但是由于其消泡作用,不可避免會(huì)對(duì)CA砂漿產(chǎn)生一定的影響,因此,施工過程中在能保證CA砂漿性能滿足要求的前提下,盡量不加或少加消泡劑。如果CA砂漿含有氣泡較多,則需要試驗(yàn)來確定消泡劑最佳的摻入時(shí)間和摻入量。

2.3 CRTSⅡ型板式無砟軌道CA砂漿配合比及主要性能

2.3.1 試驗(yàn)室配合比

本標(biāo)段試驗(yàn)室經(jīng)多次試拌后,采用如下配合比,其參數(shù)見表4,拌和物性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表5,力學(xué)性能和耐久性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表6。從表中數(shù)據(jù)看,該配合比各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

表4 試驗(yàn)室配合比參數(shù)

表5 拌和物性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

注：表中數(shù)據(jù)為鐵道部質(zhì)檢站檢驗(yàn)結(jié)果。

表6 力學(xué)性能和耐久性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

注：表中數(shù)據(jù)為鐵道部質(zhì)檢站檢驗(yàn)結(jié)果。

2.3.2 現(xiàn)場(chǎng)配合比

結(jié)合試驗(yàn)室配合比,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次試配,本標(biāo)段現(xiàn)場(chǎng)用配合比,消泡劑每方用量調(diào)整為0.90 kg/m3,其他原材料每方用量不變,灌注過程中,拌和物性能穩(wěn)定,各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范和使用要求。

2.4 CRTSⅡ型板式無砟軌道CA砂漿性能主要影響因素

2.4.1 原材料

原材料對(duì)CA砂漿性能有著最直接的影響,如乳化瀝青及其用量,干料級(jí)配、干料中水泥用量及強(qiáng)度等。例如,干料級(jí)配不符合要求,會(huì)直接影響CA砂漿的性能,偏細(xì)時(shí),在相同用水量情況下,容易造成CA砂漿需水量增加,黏度增加,流動(dòng)時(shí)間過長；偏粗時(shí),容易造成CA砂漿不穩(wěn)定,易分層、離析或者泌水。干料中水泥用量增加或者強(qiáng)度過高,會(huì)使干料抗壓強(qiáng)度增大,有可能導(dǎo)致CA砂漿彈性模量過大而不滿足規(guī)范要求。因此,CA砂漿中的原材料僅僅合格是不夠的,要經(jīng)多次試驗(yàn)確定其指標(biāo)的合適范圍,使用過程中必須嚴(yán)格控制。

2.4.2水灰比[9]

水灰比主要影響CA砂漿的流動(dòng)性、強(qiáng)度、彈性模量以及砂漿的耐久性能。CA砂漿的水灰比越大,砂漿的流動(dòng)性越好,但水灰比過大時(shí)易使砂漿產(chǎn)生泌水和分層離析。同時(shí),水灰比越大,CA砂漿的強(qiáng)度越低、彈性模量越小。因此,CA砂漿的水灰比不宜過大?？萍蓟鵞2008]74號(hào)文中規(guī)定水灰比宜不大于0.58。此外,在CA砂漿彈性模量不超過最大限值的情況,應(yīng)盡量減少水灰比。因?yàn)樗冶仍叫?CA砂漿越致密,其耐久性能越優(yōu)良。

2.4.3 溫度

溫度的影響因素主要是原材料的溫度和CA砂漿的溫度。原材料的溫度過高,會(huì)導(dǎo)致CA砂漿破乳或工作性能損失過快,影響施工；溫度過低,對(duì)CA砂漿的灌注質(zhì)量、強(qiáng)度發(fā)展、施工進(jìn)度產(chǎn)生較大的影響。CA砂漿溫度過高,則CA砂漿的流動(dòng)性就會(huì)變好,需要減少用水量；反之,如果溫度低,則黏性就會(huì)增加,須增加用水量[10]。因此,在灌注過程中必須嚴(yán)格控制原材料和CA砂漿的溫度。

2.4.4 攪拌工藝

攪拌工藝對(duì)CA砂漿性能有著重要的影響,如果攪拌效果不好,容易造成砂漿含氣量過大,攪拌不均勻,砂漿內(nèi)含有干料顆粒,直接影響灌注結(jié)果。施工前應(yīng)盡量多進(jìn)行工藝性攪拌試驗(yàn),根據(jù)CA砂漿試驗(yàn)結(jié)果和狀態(tài)確定最佳攪拌工藝。

3 CRTSⅡ型板式無砟軌道CA砂漿灌注施工

3.1 CRTSⅡ型板式無砟軌道CA砂漿灌注施工流程

CA砂漿灌注前須做好準(zhǔn)備工作,機(jī)械、人員配備到位,現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度等符合灌注條件。本標(biāo)段CA砂漿灌注施工流程為：施工準(zhǔn)備→軌道板壓緊→板底潤濕→封邊并設(shè)置排氣孔→防污材料鋪設(shè)→CA砂漿攪拌、性能檢測(cè),若不滿足,該批CA砂漿廢棄；若滿足要求,按確定的灌注工藝灌注。

3.2 軌道板壓緊

為了防止CA砂漿灌注時(shí)因灌注壓力使軌道板上浮,影響精調(diào)工作,需對(duì)軌道板進(jìn)行壓緊工作。壓緊工作分側(cè)向壓緊和板端壓緊。本標(biāo)段底座板位于直線段時(shí)每塊板側(cè)向壓緊2道,每道安裝壓緊裝置2個(gè),軌道板兩端安裝壓緊裝置1個(gè)；當(dāng)?shù)鬃逶谇€上時(shí)每塊板側(cè)向壓緊3道,每道安裝壓緊裝置2個(gè),軌道板兩端安裝壓緊裝置1個(gè)。壓緊裝置如圖1所示。

圖1 軌道板壓緊裝置

3.3 板底潤濕

由于板底,特別是水硬性支承層存在吸水率較高的現(xiàn)象,因此CA砂漿灌注之前必須對(duì)板底或水硬性支承層進(jìn)行預(yù)濕,以減少對(duì)灌注質(zhì)量的影響,同時(shí)可以增大CA砂漿的流動(dòng)性,及時(shí)消除灌注時(shí)CA砂漿與底座板之間產(chǎn)生的氣泡。預(yù)濕時(shí)用水量不宜過大,不得出現(xiàn)積水或明水,否則容易導(dǎo)致CA砂漿表面出現(xiàn)水泡,影響其外觀與質(zhì)量。

通過本標(biāo)段多次試驗(yàn),最終確定如下潤濕方法：

(1)CA砂漿灌注前2～3 h用高壓水槍潤濕板底,使底座板與軌道板充分吸收水分；

(2)封邊前,再用高壓水槍從兩邊沖洗板底,沖完后用棉布來回擦拭消除積水或明水,直至棉布擰不出水為止。

(3)上述工作結(jié)束后,及時(shí)封邊,同時(shí)用土工布將灌注孔和觀察孔堵住,防止水分蒸發(fā),并且在灌注前及時(shí)通過灌注孔和觀察孔查看,對(duì)潤濕情況作出評(píng)價(jià)。

3.4 封邊

封邊主要分橫向封邊和縱向封邊。本標(biāo)段縱向封邊采用支架封邊的方法,橫向封邊采用與CA砂漿相同力學(xué)、耐久性能的水泥砂漿進(jìn)行封邊。

縱向封邊采用18 cm寬的封邊帶,外邊壓緊5 cm的角鋼。如圖2所示。特點(diǎn)是封邊速度快,出現(xiàn)漏漿時(shí)可以及時(shí)封堵。特殊部位如精調(diào)爪的封堵采用凹形的珍珠棉,在精調(diào)爪安裝時(shí),放置在精調(diào)爪周圍,防止漏漿。

圖2 軌道板縱向封邊與排氣孔設(shè)置

角鋼的加固采用鋼管桁架橫搭在軌道板頂,鋼管兩端焊接鋼板,并在鋼板上焊接螺帽和螺桿,通過擰緊螺桿將角鋼緊貼在軌道板兩側(cè),達(dá)到封邊效果。

3.5 排氣孔設(shè)置

排氣孔對(duì)灌板質(zhì)量有非常大的影響,正確的排氣孔設(shè)置應(yīng)當(dāng)是排氣孔口上邊緣和軌道板平齊,排氣孔直徑不宜小于2 cm,且與底座板角度在15°左右[7]。排氣孔的正確設(shè)置可以有效地排除板腔內(nèi)的氣體,減少氣泡的產(chǎn)生。

本標(biāo)段采用14個(gè)排氣孔,其中8個(gè)位于縱向角鋼上,角鋼上打孔并焊接上排氣鋼管,如圖2所示,其余6個(gè)位于軌道板的四角上和板端中央,將直徑2 cm的PVC管埋入板端封邊砂漿且與板腔連通,如圖3所示。

圖3 軌道板四角與板端中央排氣孔設(shè)置

3.6 攪拌

CA砂漿攪拌的投料順序、攪拌速度、攪拌時(shí)間等參數(shù)須由試驗(yàn)人員設(shè)定,攪拌過程中試驗(yàn)人員要全程監(jiān)督這些參數(shù)的執(zhí)行情況。本標(biāo)段攪拌設(shè)備采用南方路機(jī)產(chǎn)瀝青砂漿專用攪拌車,經(jīng)多次試拌,最終確定的投料順序和攪拌工藝為：先投入水、乳化瀝青、減水劑、消泡劑攪拌30 s,然后再投入干粉料,攪拌速度30 r/min。上述原材料投入完畢后,高速攪拌120 s,攪拌速度130 r/min,完畢后攪拌60 s,攪拌速度50 r/min,最后檢測(cè)CA砂漿性能,評(píng)估其是否可用。

3.7 灌注

CA砂漿灌注主要是對(duì)灌注速度的控制,過慢或過快均不宜。過慢時(shí),會(huì)造成CA砂漿分層；過快時(shí),容易產(chǎn)生氣泡聚集,在板內(nèi)局部容易流不到位。因此,需充分結(jié)合灌板工藝性試驗(yàn),找出合適的灌注速度。

根據(jù)多次灌注經(jīng)驗(yàn),本標(biāo)段灌注速度采用“慢—快—慢—補(bǔ)”的方案,具體為：中轉(zhuǎn)料斗吊至灌注現(xiàn)場(chǎng)后,中轉(zhuǎn)料斗出料口距離軌道板灌注口上方1.1～1.3 m左右的高度,灌注前先排氣,待中轉(zhuǎn)料斗上的管道充滿砂漿后關(guān)閉閥門。灌注時(shí),先慢速,等CA砂漿沒過灌注口時(shí)開始快速灌注,直至砂漿液面布滿觀察口板底,此過程時(shí)間宜控制在120～150 s,然后開始緩慢減速,待板端排氣口有砂漿排出,觀察排出砂漿,直至無氣泡時(shí)進(jìn)行封堵,最后慢慢補(bǔ)入少量砂漿,直至灌入口和觀察口液面高度高于軌道板板頂時(shí)停止操作。切忌不可二次灌注,否則容易造成CA砂漿分層,影響CA砂漿質(zhì)量。

3.8 灌注結(jié)果分析

揭板后,CA砂漿整體充盈飽滿,接觸良好,未出現(xiàn)分層、泛油、泌水、瀝青聚集等現(xiàn)象,無肉眼可見的干料顆粒,直徑大于1 cm氣泡面積小于板總面積的0.2%,主要指標(biāo)均符合建設(shè)單位驗(yàn)收要求。如圖4所示。

圖4 揭板試驗(yàn)效果

4 結(jié)語

(1)CA砂漿配制技術(shù)直接關(guān)系著CA砂漿能否滿足施工要求和使用要求,配制過程復(fù)雜,影響因素多。因此,必須提高對(duì)CA砂漿配制技術(shù)的重視程度和技術(shù)水平,確保為施工提供優(yōu)良的工程材料。

(2)CA砂漿充填層的好壞不僅取決于CA砂漿的原材料與配合比,更取決于現(xiàn)場(chǎng)施工水平。CA砂漿充填層施工工序多而且繁雜,過程控制較難,因此,施工人員務(wù)必嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行施工,施工過程嚴(yán)格控制,以確保充填層施工質(zhì)量。

(3)目前,CA砂漿應(yīng)用于高鐵技術(shù)出現(xiàn)一些問題,尤其是砂漿表面氣泡現(xiàn)象很難消除,需要科研人員、技術(shù)人員與施工人員不斷探索,不斷總結(jié),使之逐漸成熟。

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