电流法在砂浆搅拌车CA砂浆搅拌质量控制中的应用

汤 明，童 昕

(1.华侨大学 机电及自动化学院，福建 泉州 362021;2.福建南方路面机械有限公司，福建 泉州 362021)

板式无砟轨道CA砂浆(Cement and emulsified asphalt mortar)是由乳化沥青、水泥、细骨料、水和外加剂经特定工艺搅拌制得的具有特定性能的砂浆，分为CRTSⅠ型和 CRTSⅡ型两种［1-2］。采用灌注施工，厚度为30～60 mm，起支撑、调节、吸振和隔振等作用，是高速铁路系统的关键功能材料之一［3-7］。

搅拌工艺对CA砂浆性能有重要影响，搅拌工艺主要包括投料顺序、搅拌方式、搅拌时间、搅拌速度等［8］。搅拌过程也是干料、乳化沥青、水、外加剂、空气等混合与演化过程，主机电流或功率可较好地反映这些变化。与搅拌电流有关的搅拌功主要用于:①克服机械间的摩擦力;②克服颗粒与颗粒、颗粒与叶片及颗粒与壁间的摩擦力;③克服液相与颗粒、液相与叶片、液相与壁黏结力;④克服液相间的黏聚力。

1 电流法观察砂浆流动度

由于CA砂浆采用灌注施工的方法，所拌合的砂浆需具有较好的流动性。按照规范要求，CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆的流动度(砂浆从漏斗流下时间)需18～26 s;而 CRTSⅡ型CA砂浆的流动度需80～120 s，此外 CRTSⅡ型 CA砂浆还有扩展度的要求［1-2］。从施工方面考虑，砂浆应具有较好的流动能力，但从砂浆稳定性出发，砂浆流动性不宜过大，因为这将导致砂、水泥等密度较大组分下沉，同时气泡上浮，流动度是CA砂浆主要现场控制指标之一。

为节省现场搅拌时间，CA砂浆原材料常被设计成干料加乳化沥青的双组份模式，现场只需加一定量的拌合水用来调节CA砂浆的流动度。但受原材料组成、施工环境温度等波动的影响，在同样的用水量情况，CA砂浆的流动度会有较大波动，这就要求现场技术人员能及时发现并进行调整，主机电流法即是手段之一。

在机器、材料正常，且搅拌量不变的情况下，不同流动度对应的主机电流如图1所示。图1表明，主机电流越大，CA砂浆的流动度越大，二者成线性关系。这是因为电流越大，说明搅拌主机叶片对浆体进行剪切时所受阻力越大，同时说明浆体越黏稠，流动度也越大。因此，在现场，若发现搅拌主机电流较大，在机器正常的情况下，应及时调整CA砂浆的配合比参数，并观察电流变化，以将流动度调整至合理范围。

图1 主机电流随流动度的变化

2 电流法观察砂浆均匀性

由于CA砂浆的搅拌为典型的固液相混合，因此极易出现拌合不均匀。为提高现场施工速度，提高工作效率，应尽可能减少CA砂浆的现场拌合时间;但过短的搅拌时间将导致砂浆不均匀，出现干料团现象(图2)。这将严重影响砂浆的性能，包括力学性能、耐久性等。

对于多相系统的混合，尤其是固液相的混合，混合过程中，主机叶片所剪切介质对叶片的阻力不同，因此在混合过程中主机电流会发生波动，拌合物越均匀，主机电流波动也就越小，因此可通过主机电流波动的方法来观察砂浆的均匀性。如图3所示，在高速搅拌后期，主机电流随时间的变化越来越小，且趋于定值，因此可通过电流波动来监测砂浆的均匀情况。

图2 搅拌不均匀导致的干料团

图3 搅拌后期主机电流随时间的变化

3 电流法观察机器运转情况

CA砂浆的拌合为固液相混合，其电流变化有其基本规律，因机器故障导致的主机电流出现异常行为如表1所示。

表1 主机电流异常情况及对应机器故障

表1中，在流动度正常的情况下，主机电流逐渐变小，且出现干料未搅拌均匀而成团的现象，这说明主机叶片可能磨损严重，导致了搅拌效率的下降;同样，若主机电流越来越大，那么有可能是设备润滑出了问题，导致了相同转速下电流值的增大，另外搅拌罐里若有砂浆结块现象，且残留物较多，也会导致叶片所受摩擦力较大，而导致主机电流增大;若主机电流突然变大，这极有可能是机器被卡导致的，最好停机检修，因为电流过大将导致电机毁损;若电流突然变小，一方面可能计量系统出问题，另外变频器也可能出问题。

4 电流法观察原材料状况

当原材料的质量发生波动时，可在电流上得到反映，如电流以较快的速度降低或升高，如电流在搅拌后期仍波动较大等，这些均与原材料的波动有关。比较难判断的是因原材料波动导致的电流变化往往与机器故障导致的电流混淆。因机器故障导致的主机电流出现异常行为如表2所示。

表2 主机电流异常情况及对应材料状况

5 结语

CA砂浆是高速铁路系统的关键功能材料之一，其质量直接关系到列车运行的稳定性和安全性。通过搅拌，主机电流可直观、迅捷地获得有关砂浆、设备的信息，在施工现场有较强的可操作性，因此有望用于CA砂浆现场质量监控。

［1］中华人民共和国铁道部.科技基［2008］74号 客运专线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件［S］.北京:人民铁道出版社，2008.

［2］铁道部科学技术司.科技基［2008］74号 客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件［S］.北京:人民铁道出版社，2008.

［3］COENRAAD E.Recentdevelopmentinslabtrack［J］.European Railway Review，2003，9(2):81-85.

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

［5］TAKAI H.40 years experiences of the slab track on Japanese high speed lines［C］//Proc of 1st Int Cof.Valencia:Basque Department of Transport and Public Works Euskal Trenbide Sarea，2007:234-246.

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

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

［8］铁道部工程管理中心.板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆施工技术培训教材［M］.北京:中国铁道出版社，2008:26-28.