板式軌道彈性墊層CA砂漿的研究

摘要:研究了板式軌道彈性墊層CA砂漿的基本配合比 ,分析了CA砂漿的流動度 、含氣量等性能影響因素,開發(fā)出適合板式軌道施工的CA砂漿墊層,對其性能進行了對比測試。結果表明,此種CA砂漿墊層具有早期強度 高、不泌水、不分層,抗凍融性及耐候性能優(yōu)異等特點,完全能用于板式軌道的施工 。

關鍵詞:板式軌道CA砂漿瀝青乳液
中圖分類號:U213.2+42       文獻標識碼:A

      板式軌道是一種適用高速鐵路發(fā)展的無碴軌道結構,它比有碴軌道具有更加良好、穩(wěn)定的軌道結構,且運營的維護工作量和維護費用遠遠低于有碴軌道。國外發(fā)達國家輪軌式高速鐵路越來越多采用板式軌道。板式軌道結構主要由軌道板、水泥瀝青砂漿彈性 墊層(cementasphaltmotar,以下簡稱CA砂漿)、混凝土底座、凸形擋臺及鋼軌扣件等構成 ,其結構如圖1所示[1]


      CA砂漿是板式軌道的關鍵組成部分,它是由專用瀝青乳液、水泥、摻合材料、細骨料、水、鋁粉等材料在常溫下經摻合制成的,其性能好壞直接影響到板式無碴軌道使用的耐久性與維護工作量。在國外,研究發(fā)展板式軌道較早的有日本、英國、美國、意大利、原蘇聯(lián)等國家,并以日本為代表,至2001年,日本1952km新干線投入營業(yè),其中1400多km為雙軌板式軌道[2]。在我國,2002年建成投入運營的秦沈客運專線在狗河、雙何橋兩座特大橋上采用了板式軌道結構,使用了國內開發(fā)的 CA砂漿及日本進口的CA砂漿。試驗表明,前者與后者在含氣量、流動度與耐久性、抗凍性等性能還存在相當大的差距。針對上述問題,對自主開發(fā)CA砂漿的性能進行了研究。

1 CA砂漿試驗

1.1 主要材料


      1)瀝青乳液。自行開發(fā)的瀝青乳液A1、日本東亞道路株式會社生產CA砂漿專用瀝青乳液A2。國內購買普通瀝青乳液A3。

      2)細骨料。自行配制,主要成份為河砂,粒徑0.15~2.5mm,細度模數(shù)1.4~2.2,表觀密度2.59,含水率1%。

      3)水泥。早強型硅酸鹽水泥,強度等級42.5R。

      4)混合劑。UEA型混凝土膨脹劑。

      5)鋁粉。鱗片狀鋁粉,250目。

      6)消泡劑。水性有機硅類消泡劑。

      7)AE劑。MNC—AE型減水型引氣劑。

1.2 主要設備和儀器

      15LCA砂漿攪拌機,64OmlJ型漏斗,抗壓強度試驗機型號為SWE—5。

2 試驗結果

2.1 性能試驗結果


      將按拌合工藝拌合好的CA砂漿進行性能試驗,其結果見表1。

      注:CA1表示自制A1拌合的CA砂漿;CA2表示用日本東亞道路株式會社生產的專用瀝青乳液A2拌合的CA砂漿;CA3表示用購買的普通瀝青乳液A3拌合的CA砂漿。

      表1中,CAI全部性能均符合標準值要求,其中可工作時間、材料分離度及1d早期強度等性能較為突出。由此可見,我們自主研究的CA砂漿完全符合板式軌道的使用要求,能用于板式軌道的施工。

2.2 CA砂漿基本配合比

      本文研究的CA砂漿基本配合比見表2。通過對CA砂漿的各種組成材料的研究,參考日本CA砂漿配合比,最終確定了表2的CA砂漿基本配合比。表2配合比中外加水的用量要根據(jù)施工現(xiàn)場環(huán)境溫度及濕度的不同而通過試驗進行調整,故稱之為基本配合比。

2.3 瀝青乳液對CA砂漿性能的影響

      瀝青乳液是CA砂漿最重要的組成材料,瀝青乳液直接決定CA砂漿的拌合試驗成功與否,在性能上對可工作時間、沁水率、材料分離度、早期抗壓強度、抗凍性及耐候性有顯著影響,瀝青乳液的配合比例要根據(jù)乳液特點由試驗確定。我們自行研制的CA砂漿專用瀝青乳液A1具有粘度大、貯存穩(wěn)定性好、與水泥及細骨料混合相容性好、工作時間長以及具有優(yōu)異的抗凍性、耐候性能,其在CA砂漿中適宜比例為水泥與混合劑總用量的1.6倍。將A1與日本進口產品A2及國內購買的瀝青乳液A3進行CA砂漿對比拌合試驗,試驗時,除瀝青乳液不同外,其它材料均相同,配方也一致,試驗結果見表1。

      表1中CA1與CA2各項性能均符合標準值,而CA3的泌水率、材料分離度、早期強度等性能明顯不符合標準要求。由此表明,Al與A2均符合板式軌道CA砂漿的使用要求。可以說,板式軌道的關鍵是CA砂漿,CA砂漿的核心是瀝青乳液,瀝青乳液的質量好壞決定CA砂漿質量和板式軌道應用的成敗。

2.4 細骨料對CA砂漿性能的影響

      細骨料是CA砂漿另一重要的組成材料,細骨料對CA砂漿的材料分離度及外加水量有顯著影響。細骨料主要成分為河砂,不同細度模數(shù)、不同含水率的河砂對CA砂漿的材料分離度及外加水量的影響見圖2、圖3。

      由圖2及圖3可知,細骨料的粒度分布對CA砂漿的材料分離度影響很大,細骨料的細度模數(shù)超過3時,CA砂漿材料分離度超過3%,變?yōu)椴缓细瘛<毝饶?shù)變小,材料分離度也相應變小,但并不是細度模數(shù)越小越好,細度模數(shù)過小,會使CA砂漿外加水量明顯增多,強度與彈性模量也會發(fā)生相應變化。細骨料的含水率也顯著影響CA砂漿拌合時的外加水量,砂的含水率如果超過8%,就無法摻外加水而使流動度不合格。砂的合適細度模數(shù)控制在1.4~2.2之問,含水率3%,適宜配合比例為水泥及混合劑總量的2倍。圖4為細骨料的篩分曲線,陰影部分為合適細度模數(shù)區(qū)。


2.5 外加水摻量對性能的影響

      外加水摻量對CA砂漿的流動度、沁水率、早期抗壓強度等性能有顯著影響,CA砂漿配合比中外加水摻量根據(jù)組成材料性能、環(huán)境溫度的變化而變化。圖5為外加水量對流動度的影響。

      由圖5可知,外加水摻量對CA砂漿的流動度的影響很大,隨著外加水量的增加,CA砂漿的流動度變小。流動度的標準值范圍為16~26s之間,要求的外加水摻量則在8%~14%之間,因此,CA砂漿最適宜的外加水量為1O%,此時流動度為22s。

2.6 攪拌速度及時間對CA砂漿性能的影響

      將配方量的各種材料按一定的加料順序加入到CA砂漿攪拌機中,控制攪拌速度均勻攪拌以形成CA砂漿,性能試驗合格后即可灌漿。在進行CA砂漿拌合時攪拌速度及時間的控制很重要,攪拌速度及時間則主要影響CA砂漿的含氣量、抗壓強度及彈性模量。圖6為不同攪拌速度在同一攪拌時間下對含氣量的影響,圖7為同一攪拌速度在不同攪拌時間下對含氣量的影響。

      由圖6、圖7可知,CA砂漿含氣量隨攪拌速度的增大及攪拌時間的延長而顯著增大。含氣量的標準值為8%~12%,相應要求的攪拌速度及攪拌時間分別在100~140r/min及3~6min之間。因此,CA砂漿最適宜的攪拌速度及攪拌時間分別為120r/min及5min。

3 結論

      CA砂漿關鍵原材料是瀝青乳液,經試驗確定了CA砂漿基本配合比,其中CA砂漿細骨料最適宜的細度模數(shù)范圍為1.4~2.2,適宜含水率為3%,CA砂漿最適宜的外加水量為1O%,最適宜的攪拌速度及攪拌時間分別為120r/min和5min,自主研發(fā)的CA砂漿性能符合無碴軌道使用要求。

參考文獻

[1]傅代正,黃金田,鄭新國.橋上板式無碴軌道CA砂漿施工技術[J].鐵道建筑技術.2002,(6):28—31.
[2]任靜.板式軌道的發(fā)展及應用前景[J].世界鐵路.1994,(2):14—16.
[3]早川允,原田豐,小林建次.鐵路用水泥瀝青體系注入材料[P].日本專利:特開平9-227194,1997.
[4]鳥取誠一.CA砂漿新配方的凍融試驗報告書[Z].日本鐵道綜合技術研究所.2000.
[5]田沼干人,長瀨正.混凝土軌道填充用組成物[P].日本專利:特開平5-97490,1993.

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