王濤，劉子科，李洪剛，李海燕，邵丕彥

(中國鐵道科學(xué)研究院 金屬及化學(xué)研究所,北京 100081)

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CRTSⅠ型CA砂漿泵送技術(shù)研究與應(yīng)用

王濤，劉子科，李洪剛，李海燕，邵丕彥

(中國鐵道科學(xué)研究院 金屬及化學(xué)研究所,北京 100081)

通過新拌水泥乳化瀝青砂漿泵出前后性能指標(biāo)比較、泵送灌注砂漿揭板檢查，和經(jīng)濟性分析，研究CRTSⅠ型CA砂漿泵送施工的可行性。研究結(jié)果表明：砂漿泵送前后的現(xiàn)場指標(biāo)與硬化性能無明顯變化，均符合要求；泵送+漏斗灌注施工的砂漿揭板檢查效果良好，泵送方式能提高效率，降低人員、機械等費用，可用于大規(guī)模施工；直接泵送灌注的砂漿揭板效果良好，提出“抬板疊灌”施工方式，可望快捷修復(fù)CRTSⅠ型板式軌道路基不均勻沉降。

CRTSⅠ型板;無砟軌道;CA砂漿;泵送

CRTSⅠ型水泥乳化瀝青砂漿(CA砂漿)是板式無砟軌道的關(guān)鍵材料與結(jié)構(gòu)[1-2]，用于軌道板與混凝土道床之間厚度約為40～60 mm的扁平空腔內(nèi)(長×寬約4 962 mm×2 400 mm)，主要起調(diào)整、支撐、緩沖、傳力和阻裂等作用，是CRTSⅠ型板式無碴軌道的關(guān)鍵技術(shù)之一[3-4]。CA 砂漿由水泥、乳化瀝青、砂、水和多種外加劑等組成[5-6]，含有大量的無機、有機成分以及多種表面活性劑，材料成分復(fù)雜、性能敏感，決定了CA砂漿制備和施工的管理與控制要求嚴格[7-9]。粉狀料經(jīng)高速攪拌分散于液態(tài)料中形成砂漿，經(jīng)中轉(zhuǎn)運至灌注漏斗，靠自重填充密實軌道板下扁平空腔。在實際工程中，砂漿運輸主要依靠起重機吊裝和小型運輸車輛聯(lián)動中轉(zhuǎn)，受現(xiàn)場運輸通道限制，特別是在隧道和長大橋梁上灌注時，中轉(zhuǎn)運輸成為制約砂漿施工效率的關(guān)鍵因素之一[10-11]。為提高施工效率和節(jié)省成本，研究 CA砂漿的泵送施工適應(yīng)性較為必要。

本文通過比較新拌砂漿泵出前后性能指標(biāo)、揭板檢查砂漿泵送填充質(zhì)量，分析了其原因，評估大規(guī)模泵送施工的可行性，經(jīng)實際工程應(yīng)用，為施工單位節(jié)省了財力、人力和工期，取得了較好的綜合效益，可為我國CRTSⅠ型和其他板式無砟軌道施工提供借鑒。

1　試驗

1.1砂漿原材料、配比及制備

1)乳化瀝青：CRTSⅠ型砂漿專用陽離子乳化瀝青，固含量60%；2)干料：CRTSⅠ型砂漿專用干料，干料中<0.075 mm 的顆粒含量為33%；3)膠乳：TD-08聚合物乳液；4)消泡劑：有機硅類；5)引氣劑：松香類。

原材料配比為：干料:乳化瀝青:膠乳:水:消泡劑:引氣劑=3:1.29:0.11:0.067:0.000 4:0.004；其中干料：1 103 kg/m3。

CA砂漿采用南方路機砂漿攪拌車制備，自動計量各材料，攪拌工藝為:先加水、乳化瀝青、膠乳、消泡劑，轉(zhuǎn)速30 r/min；再加干料，轉(zhuǎn)速80 r/min； 最后加引氣劑，開始高速攪拌，速度120 r/min，攪拌時間為120 s；低速30 r/min攪拌30 s，砂漿制備完成。

1.2試驗方案

將砂漿車成品斗中新拌CA砂漿直接卸入泵送設(shè)備料斗中，泵送一定距離(180 m)和高度(30 m)后，進入灌注漏斗(打開閥門就可施工)，從泵送設(shè)備料斗和灌注漏斗中同時分別取樣(同一鍋砂漿)，測試泵送前后砂漿流動度、含氣量、密度、溫度等指標(biāo)，成型砂漿試樣，同條件養(yǎng)護后，測試泵送前后砂漿的分離度、膨脹率、抗壓強度等指標(biāo)的變化。

分別用起重機吊裝中轉(zhuǎn)運輸和泵送兩種方式，將新拌砂漿接入灌注漏斗進行施工，通過揭板檢查比較兩種方式的板下空間填充效果。

將泵管出口直接連上灌注袋袖口，進行灌注施工，通過揭板檢查評估施工效果。

砂漿泵為液壓雙缸活塞往復(fù)式單級泵，采用S管擺閥分配形式；泵送輸送管選擇雙層高壓鋼絲編織橡膠管，內(nèi)徑51 mm、外徑65 mm，每根長20 m，用不銹鋼快速接頭連接，裝拆方便。

2　結(jié)果與分析

2.1砂漿泵送前后性能

場地在砂漿工藝性試驗基地，于春季和夏季分別進行集中試驗，結(jié)果取三次測試平均值。泵送前后砂漿拌合物性能見表1(環(huán)境溫度19 ℃)和表2(環(huán)境溫度32 ℃)，砂漿硬化體性能見表3(環(huán)境溫度19 ℃制備)和表2(環(huán)境溫度32 ℃制備)。

表1泵送前后砂漿性能(環(huán)境溫度19 ℃)

Table 1 Performance of CA mortar pre and post pumping(environment temperature 19 ℃)

工況流動度/s含氣量/%密度/(g·mm-3)溫度/℃泵送前238.91.6320.6泵送后238.91.6320.8

表2泵送前后砂漿性能(環(huán)境溫度32 ℃)

Table 2 Performance of CA mortar pre and post pumping(environment temperature 32 ℃)

工況流動度/s含氣量/%密度/(g·mm-3)溫度/℃泵送前218.41.6433.4泵送后228.91.6335.6

表3泵送前后砂漿硬化體性能(環(huán)境溫度19 ℃制備)

Table 3 Performance of CA mortar solid sample pre and post pumping(environment temperature 19 ℃ preparation)

工況分離度/%膨脹率/%抗壓強度/MPa泛漿率/%泵送前0.41.81d0.23,7d1.26,28d2.140泵送后0.31.91d0.26,7d1.34,28d2.250

表4泵送前后砂漿硬化體性能(環(huán)境溫度32 ℃制備)

Table 4 Performance of CA mortar solid sample pre and post pumping(environment temperature 32 ℃ preparation)

工況分離度/%膨脹率/%抗壓強度/MPa泛漿率/%泵送前0.32.11d0.36,7d1.49,28d2.310泵送后0.32.31d0.38,7d1.56,28d2.420

從表1～表4可以看出，泵送前后砂漿性能均符合《客運專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥瀝青砂漿暫行技術(shù)條件》的要求[12]，因而，可直接在攪拌車處檢測出機砂漿，以評價其性能是否符合現(xiàn)行技術(shù)條件要求，

表1和表2表明，不同環(huán)境溫度下，現(xiàn)場流動度、含氣量、密度三項指標(biāo)均無顯著變化，但在環(huán)境溫度高時，砂漿溫升較為明顯。原因在于：泵送時，活塞推動砂漿，運行180 m水平距離和30 m垂直距離，出口處能自由流淌，該壓力不會破壞砂漿原材組成，表現(xiàn)為流動度、含氣量、密度指標(biāo)并無顯著變化；砂漿從進到出，時間很短不到20 s，但砂漿與管壁的摩擦?xí)?dǎo)致溫度升高，環(huán)境和材料溫度高時，會加劇砂漿溫度升高。

表3和表4表明，泵送前后砂漿硬化體性能均無明顯變化，進一步說明，一定水平和垂直高度的泵送不會影響砂漿組成。

2.2泵送漏斗灌注揭板檢查

揭板檢查是評價砂漿灌注施工質(zhì)量的重要檢查手段，借鑒砂漿上道前工藝性試驗揭板檢查要求，砂漿連續(xù)泵送施工灌注P4962型板“三直三曲”，共計6塊，板腔厚度50 mm，試驗基地管道水平布置，長40 m，單塊板灌注用時約4 min，灌注24 h后揭板檢查板下空間填充效果，揭板后砂漿表面和斷面見圖1和圖2。

圖1　砂漿表面Fig.1 Surface of CA mortar

圖2　砂漿斷面Fig.2 Cross-surface of CA mortar

圖1和圖2表明，砂漿揭板表面平整、無起皮，淺黑褐色均勻一致，斷面均勻、無沉砂，符合揭板檢查要求，因而，對CRTSⅠ型砂漿板下空間填充效果而言，砂漿泵送與起重機吊裝中轉(zhuǎn)運輸兩種方式一樣，均能滿足線下工藝性試驗揭板檢查要求。

泵送漏斗灌注施工工藝性試驗程序、砂漿性能和揭板檢查符合上道條件，且能節(jié)省中轉(zhuǎn)和灌注時間、人員和機械設(shè)備，因而，施工單位積極將此施工工藝應(yīng)用于實際工程中，經(jīng)約80 km的大規(guī)模應(yīng)用統(tǒng)計，一個施工班組配套一臺砂漿泵和兩個灌注漏斗，平均灌注效率9塊板/小時，最高12塊板/h，遠高于前期起重機吊裝中轉(zhuǎn)方式平均灌注5塊板/h的施工效率，另外，在人員、機械工裝等方面可節(jié)省約20%的直接費用。

2.3泵送直接灌注揭板檢查

相比起重機吊裝中轉(zhuǎn)，泵送方式對場地要求較低，結(jié)合軌道板和充填層更換需要，嘗試直接泵送砂漿注入到灌注袋中，通過揭板檢查，評價此施工方式灌注效果。P4962型軌道板“兩直兩曲”，共計4塊，板腔厚度50 mm，直接泵送灌注砂漿見圖3，試驗基地單塊板灌注用時約2 min，灌注24 h后揭板檢查表面和斷面見圖3和圖4。

圖3　砂漿表面Fig.3 Surface of CA mortar

圖4　砂漿斷面Fig.4 Cross-surface of CA mortar

圖3和圖4表明，砂漿揭板表面平整、無起皮，淺黑色均勻一致，斷面均勻、無沉砂，與通過灌注漏斗注入效果一樣，符合揭板檢查要求，但與現(xiàn)有技術(shù)條件要求經(jīng)漏斗連接袋口進行灌注的施工方式存在不同，因而，即使充填層CA砂漿揭板檢查效果符合相關(guān)要求，直接泵送灌注施工方案也不宜在正常施工中應(yīng)用。

2.4泵送直接灌注薄板

路基段不均勻沉降時，CRTSⅠ型軌道結(jié)構(gòu)可用抬板注漿方式進行修復(fù)。若路基沉降≥10 mm，可在原硬化砂漿上，先將軌道板抬高20 mm，塞入灌注袋鋪好，再將軌道板下落10 mm，將板腔厚度控制在10 mm左右，直接泵送CA砂漿注入到灌注袋中，此種方式也稱之為“疊灌”法，以此快速經(jīng)濟地修復(fù)路基超限沉降。

試驗通過“疊灌”法整治路基沉降，選取P4962型軌道板“一直一曲”共計2塊，通過揭板檢查評價“疊灌”法施工質(zhì)量。揭板檢查表面和斷面見圖5和圖6。

圖5　疊灌砂漿表面Fig.5 Surface of CA mortar

圖6　疊灌砂漿斷面Fig.6 Cross-surface of CA mortar

圖5和圖6表明，砂漿揭板表面平整、無起皮，顏色均勻，斷面均勻、無沉砂，斷面厚度約12 mm，揭板質(zhì)量與50 mm厚砂漿效果一致。

綜合疊灌厚度、揭板效果、施工簡便快捷等優(yōu)勢，CRTSⅠ型軌道結(jié)構(gòu)路基段不均勻沉降超限時，用抬板疊灌方式快捷修復(fù)軌道結(jié)構(gòu)存在可能，則下一步需進行抬板疊灌法修復(fù)軌道結(jié)構(gòu)的理論分析和工程試驗。

3　結(jié)論

1)CA砂漿泵送經(jīng)一定水平距離和高度后，管道進漿口和出漿口新拌砂漿流動度等指標(biāo)和砂漿硬化體性能均無明顯變化，可直接在攪拌車處檢測出機砂漿，以評價其性能是否符合現(xiàn)行技術(shù)條件要求，但環(huán)境和材料溫度高時，新拌砂漿與管壁的摩擦?xí)黾由皾{溫度升高幅度。

2)砂漿泵送漏斗灌注揭板效果良好，符合上道檢查要求，泵送施工能大幅節(jié)省中轉(zhuǎn)時間，灌注效率由原吊裝中轉(zhuǎn)5塊板/h提升至9塊板/h，在人員、機械工裝等方面可節(jié)省約20%的直接費用，其施工程序也符合技術(shù)條件要求，可直接用于現(xiàn)場施工。

3)砂漿泵送直接灌注揭板效果良好，符合檢查要求，而現(xiàn)行技術(shù)條件要求經(jīng)漏斗連接袋口進行灌注，不宜在正常施工中應(yīng)用，但由此引出的“抬板疊灌”施工方式，有望快捷修復(fù)CRTSⅠ型板式軌道路基不均勻沉降。

[1] SHIGERU M, HIDEYUKI T, MASAO U, et al. The mechanism of railway tracks [J]. Japan Railway and Transportation Review, 1998(3):38-45.

[2] MURATA O. Overview of recent structure technology R &D at RTRI[J]. Quarterly Report of RITI, 2003,44(4):133-135.

[3] KATSUOSHI A. Development of slab tracks for Hokuriku Shinkansen line[J]. Quarterly Report of RITI, 2001, 42(1):35-41.

[4] 賈恒瓊,魏曌,吳韶亮,等. CRTSⅠ型水泥乳化瀝青砂漿各組成對其性能的影響[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報,2013,10( 2):62-65．

JIA Hengqiong,WEI Zhao,WU Shaoliang,et al. Impacts of CRTSⅠtype cement-emulsified asphalt mortar components on performance[J]. Journal of Railway Science and Engineering, 2013,10(2):62-65.

[5] Harada Y，Tottori S，Itai N. Development of cement asphalt mortar for slab tracks in cold climate[J]. Quarterly Report of RTRI(Railway Technical Research Institute), 1983,15(1):62-67.

[6] COENRAAD E. Recent development in slab track[J]. European Railway Review, 2003, 9 (2):81-85.

[7] 徐浩,李悅,趙坪銳,等. 不同初始靜態(tài)荷載下CA砂漿動態(tài)抗壓特性試驗研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報,2014,11(2):70-75．

XU Hao, LI Yue, ZENG Xiaohui, et al. Experimental study on dynamic compressive properties of CA mortar with different initial static loading[J]. Journal of railway science and engineering, 2014,11(2):70-75.

[8] 曾曉輝,謝友均,鄧德華. 溫度對水泥乳化瀝青砂漿早期膨脹特性的影響[J].硅酸鹽學(xué)報,2012,40(2):207-211．

ZENG Xiaohui, XIE Youjun, DENG Dehua. Effect of temperature on early expanding character of cement and emulsified asphalt mortar[J]. Journal of the chinese ceramic society, 2012,40(2):207-211.

[9] 王濤. CA砂漿力學(xué)性能與體積對溫度的穩(wěn)定性[J].建筑材料學(xué)報, 2013,16(1):127-130.

WANG Tao. Temperature stability of mechanics property and volume of CA mortar[J]. Journal of Building Materials, 2013,16(1):127-130.

[10] 種連紅,韓定勝. 津秦客專水泥乳化瀝青砂漿施工及質(zhì)量控制技術(shù)[J].施工技術(shù),2013,42(11):22-27．

CHONG Lianhong,HAN Dingsheng. Construction and quality control of cement-emulsified asphalt mortar in jinqin passenger railway[J]. Construction Technology,2013,42(11):22-27.

[11] 劉競,鄭新國,韓志強,等.無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿泵送施工技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].施工技術(shù),2011,40(23):35-38．

LIU Jing, ZHENG Xinguo, HAN Zhiqiang,et al. Pumping technology research and application of cement emulsified asphalt mortar in ballastless track[J].Construction Technology,2011,40(23):35-38．

[12] 中華人民共和國鐵道部科技基[2008]74號.客運專線鐵路CRTS I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,2008．

Department of Science &Technology of China Railways Ministry[2008]No.74. Passenger line CRTS I Type Ballastless track cement asphalt-emulsified mortar temporary technical conditions[s].Beijing: China Railway Publishing House,2008.

Research and application of CRTS I CA mortar pumping technology

WANG Tao，LIU Zike，LI Honggang，LI Haiyan，SHAO Piyan

(China Academy of Railway Sciences metals and chemistry research institute, Beijing 100081, China)

Through Performance comparison between mortar pumping before and after, CA mortar evaluated by removing slab track, and economic analysis of construction，it was studied on the feasibility of CRTS I CA mortar pumping technology. the results showed that performance index of CA mortar did not change obviously between pre and post pumping, also conform to the technology requirements; by Construction method with pumping-filling and funnel, mortar assessment reveals a positive results by removing slab track, and it also can improve the efficiency, reduce the cost of personnel, machinery etc., So it Can be applied to large-scale construction; Through removing-slab and evaluating, mortar quality is good by pumping directly inside bag under slab，So the construction method “plate-lift and filling double-layer mortar” is expected to restore quickly the uneven settlement of CRTS I slab track.

CRTS I slab; ballastless track; CA mortar; pumping

2015-11-11

國家自然科學(xué)基金資助項目(51408610);中國鐵路總公司重大課題資助項目(2013G008-A-1)

王濤(1979-)，男，湖北應(yīng)城人，副研究員，博士，從事非金屬鐵路工程材料研究；E-mail:027wangtao@163.com

U214.1+5

A

1672-7029(2016)09-1681-05