板式轨道弹性垫层CA砂浆的研究

板式轨道是一种适用高速铁路发展的无碴轨道结构，它比有碴轨道具有更加良好、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碴轨道。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(cementasphaltmotar，以下简称CA砂浆)、混凝土底座、凸形挡台及钢轨扣件等构成 ，其结构如图1所示[1]。
 

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碴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km为双轨板式轨道[2]。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。

1 CA砂浆试验

1.1 主要材料

1)沥青乳液。自行开发的沥青乳液A1、日本东亚道路株式会社生产CA砂浆专用沥青乳液A2。国内购买普通沥青乳液A3。

2)细骨料。自行配制，主要成份为河砂，粒径0.15～2.5mm，细度模数1.4～2.2，表观密度2.59，含水率1%。

3)水泥。早强型硅酸盐水泥，强度等级42.5R。

4)混合剂。UEA型混凝土膨胀剂。

5)铝粉。鳞片状铝粉，250目。

6)消泡剂。水性有机硅类消泡剂。

7)AE剂。MNC—AE型减水型引气剂。

1.2 主要设备和仪器

15LCA砂浆搅拌机，64OmlJ型漏斗，抗压强度试验机型号为SWE—5。

2 试验结果

2.1 性能试验结果

将按拌合工艺拌合好的CA砂浆进行性能试验，其结果见表1。

注：CA1表示自制A1拌合的CA砂浆；CA2表示用日本东亚道路株式会社生产的专用沥青乳液A2拌合的CA砂浆；CA3表示用购买的普通沥青乳液A3拌合的CA砂浆。

表1中，CAI全部性能均符合标准值要求，其中可工作时间、材料分离度及1d早期强度等性能较为突出。由此可见，我们自主研究的CA砂浆完全符合板式轨道的使用要求，能用于板式轨道的施工。

2.2 CA砂浆基本配合比

本文研究的CA砂浆基本配合比见表2。通过对CA砂浆的各种组成材料的研究，参考日本CA砂浆配合比，最终确定了表2的CA砂浆基本配合比。表2配合比中外加水的用量要根据施工现场环境温度及湿度的不同而通过试验进行调整，故称之为基本配合比。

2.3 沥青乳液对CA砂浆性能的影响

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。我们自行研制的CA砂浆专用沥青乳液A1具有粘度大、贮存稳定性好、与水泥及细骨料混合相容性好、工作时间长以及具有优异的抗冻性、耐候性能，其在CA砂浆中适宜比例为水泥与混合剂总用量的1.6倍。将A1与日本进口产品A2及国内购买的沥青乳液A3进行CA砂浆对比拌合试验，试验时，除沥青乳液不同外，其它材料均相同，配方也一致，试验结果见表1。

表1中CA1与CA2各项性能均符合标准值，而CA3的泌水率、材料分离度、早期强度等性能明显不符合标准要求。由此表明，Al与A2均符合板式轨道CA砂浆的使用要求。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，沥青乳液的质量好坏决定CA砂浆质量和板式轨道应用的成败。

2.4 细骨料对CA砂浆性能的影响

细骨料是CA砂浆另一重要的组成材料，细骨料对CA砂浆的材料分离度及外加水量有显著影响。细骨料主要成分为河砂，不同细度模数、不同含水率的河砂对CA砂浆的材料分离度及外加水量的影响见图2、图3。

由图2及图3可知，细骨料的粒度分布对CA砂浆的材料分离度影响很大，细骨料的细度模数超过3时，CA砂浆材料分离度超过3%，变为不合格。细度模数变小，材料分离度也相应变小，但并不是细度模数越小越好，细度模数过小，会使CA砂浆外加水量明显增多，强度与弹性模量也会发生相应变化。细骨料的含水率也显著影响CA砂浆拌合时的外加水量，砂的含水率如果超过8%，就无法掺外加水而使流动度不合格。砂的合适细度模数控制在1.4～2.2之问，含水率3%，适宜配合比例为水泥及混合剂总量的2倍。图4为细骨料的筛分曲线，阴影部分为合适细度模数区。

2.5 外加水掺量对性能的影响

外加水掺量对CA砂浆的流动度、沁水率、早期抗压强度等性能有显著影响，CA砂浆配合比中外加水掺量根据组成材料性能、环境温度的变化而变化。图5为外加水量对流动度的影响。

由图5可知，外加水掺量对CA砂浆的流动度的影响很大，随着外加水量的增加，CA砂浆的流动度变小。流动度的标准值范围为16～26s之间，要求的外加水掺量则在8%～14%之间，因此，CA砂浆最适宜的外加水量为1O%，此时流动度为22s。

2.6 搅拌速度及时间对CA砂浆性能的影响

将配方量的各种材料按一定的加料顺序加入到CA砂浆搅拌机中，控制搅拌速度均匀搅拌以形成CA砂浆，性能试验合格后即可灌浆。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。图6为不同搅拌速度在同一搅拌时间下对含气量的影响，图7为同一搅拌速度在不同搅拌时间下对含气量的影响。

由图6、图7可知，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。

3 结论

CA砂浆关键原材料是沥青乳液，经试验确定了CA砂浆基本配合比，其中CA砂浆细骨料最适宜的细度模数范围为1.4～2.2，适宜含水率为3%，CA砂浆最适宜的外加水量为1O%，最适宜的搅拌速度及搅拌时间分别为120r/min和5min，自主研发的CA砂浆性能符合无碴轨道使用要求。

参考文献

[1]傅代正，黄金田，郑新国．桥上板式无碴轨道CA砂浆施工技术[J]．铁道建筑技术．2002，(6)：28—31．
[2]任静．板式轨道的发展及应用前景[J]．世界铁路．1994，(2)：14—16．
[3]早川允，原田丰，小林建次．铁路用水泥沥青体系注入材料[P]．日本专利：特开平9-227194，1997．
[4]鸟取诚一．CA砂浆新配方的冻融试验报告书[Z]．日本铁道综合技术研究所．2000．
[5]田沼干人，长濑正．混凝土轨道填充用组成物[P]．日本专利：特开平5-97490，1993．