CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆的配制与灌注施工

2011-01-15栾心国

铁道标准设计 2011年2期

栾心国

(山东铁正工程试验检测中心有限公司,济南 250014)

1 概述

CRTSⅡ型板式无砟轨道是我国无砟轨道交通系统的重要组成部分,具有平整度高、稳定性好、使用寿命长、乘坐舒适等优点[1],目前已得以广泛应用,并且已在上述性能方面显示出明显的优越性,取得了良好的技术和经济效益。

石武客运专线(河北段)采用CRTSⅡ型板式无砟轨道技术,其轨道结构主要由轨道板、水泥乳化沥青砂浆充填层、混凝土底座板及钢轨扣件等构成[2]。水泥乳化沥青砂浆(以下简称CA砂浆)主要用作轨道板和混凝土底座板之间的弹性充填层,具有支撑、调节、缓冲、吸振等作用,并提供足够的刚度和弹韧性,其性能与施工质量对于高速列车运行过程中的平顺性、舒适性和安全性起着至关重要的作用[3～4]。

CA砂浆主要由乳化沥青、干料、水、减水剂、消泡剂(如有必要)按一定的搅拌工艺搅拌而成,其成分复杂,配制技术要求高[5],施工过程较难控制。对CA砂浆的配制和灌注施工进行了总结和探讨,为CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆的配制与灌注施工提供一定的技术指导。

2 CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆的配制

2.1 CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆性能指标要求

CA砂浆是一种多组分、多物相的复杂混合砂浆,新拌砂浆是一种介稳悬浮体系,主要性能有拌和物性能、力学性能和耐久性能。CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆性能指标要求如表1所示[6]。

表1中的扩展度、流动度是影响CA砂浆灌注效果的2个重要指标,结合本标段灌注经验,流动度控制在80～100 s,扩展度D5控制在290～310 mm,t280控制在7～12 s是比较合适的。

表1 CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆性能指标要求

2.2 CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆原材料

2.2.1 干料

干料一般由不大于1.18 mm的砂子、硅酸盐水泥、膨胀剂和其他惰性物质组成。施工过程中,应该严格控制干料的级配和抗压强度。本标段采用北京麦克斯特产水泥乳化沥青砂浆干粉料,主要指标检测结果如表2所示。

2.2.2 乳化沥青

乳化沥青是CA砂浆原材料中最关键的一种材料,CA砂浆的性能与之息息相关。乳化沥青主要有3个作用：一能有效降低CA砂浆弹性模量,故CA砂浆弹性模量过大时解决方案之一是增加乳化沥青用量；二能加大CA砂浆抗疲劳能力,提高耐久性能；三是调节CA砂浆的施工状态。施工过程中,应严格控制其温度、筛上剩余物(1.18 mm)、水泥适应性、贮存稳定性(1 d)和蒸发残留物含量。本标段采用株洲时代产TJ-A04专用沥青乳液,主要指标检测结果如表3所示。

表2 北京麦克斯特产CA砂浆干粉料主要指标检测结果

表3 TJ-A04专用沥青乳液主要指标检测结果

2.2.3水[7～8]

自然界的水,含有可溶或悬浮的各种物质,pH值也不尽相同,这些因素都可能导致乳化沥青破乳,对CA砂浆产生不利影响,因此,对CA砂浆所用水要严格控制。试验室试配时,要用现场确定的水源进行试配。已确定的CA砂浆配合比在使用时,应注意保持使用水的稳定性,不得随意更换水源,防止水与CA砂浆中的组成成分出现不相容的情况。

2.2.4 减水剂

减水剂决定着CA砂浆状态和性能。施工过程中,应严格控制减水率。减水剂的减水率宜大于25%,但不宜过高,以不超过35%为宜[7]。减水率过低,外加剂用量会增加,要求设备的外加剂容积更大；减水率过高,对外加剂的计量更加敏感,不利于施工时现场新拌CA砂浆的调整。本标段采用河北金舵产JD-9型高效减水剂,减水率控制在28%～31%。

2.2.5 消泡剂

CA砂浆一般采用有机硅类消泡剂,其作用主要是消除CA砂浆在搅拌过程中产生的各种气泡,同时不破坏CA砂浆的稳定性。但是由于其消泡作用,不可避免会对CA砂浆产生一定的影响,因此,施工过程中在能保证CA砂浆性能满足要求的前提下,尽量不加或少加消泡剂。如果CA砂浆含有气泡较多,则需要试验来确定消泡剂最佳的掺入时间和掺入量。

2.3 CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆配合比及主要性能

2.3.1 试验室配合比

本标段试验室经多次试拌后,采用如下配合比,其参数见表4,拌和物性能指标检测结果见表5,力学性能和耐久性能指标检测结果见表6。从表中数据看,该配合比各项指标均符合规范要求。

表4 试验室配合比参数

表5 拌和物性能指标检测结果

注：表中数据为铁道部质检站检验结果。

表6 力学性能和耐久性能指标检测结果

注：表中数据为铁道部质检站检验结果。

2.3.2 现场配合比

结合试验室配合比,经现场多次试配,本标段现场用配合比,消泡剂每方用量调整为0.90 kg/m3,其他原材料每方用量不变,灌注过程中,拌和物性能稳定,各项指标均符合规范和使用要求。

2.4 CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆性能主要影响因素

2.4.1 原材料

原材料对CA砂浆性能有着最直接的影响,如乳化沥青及其用量,干料级配、干料中水泥用量及强度等。例如,干料级配不符合要求,会直接影响CA砂浆的性能,偏细时,在相同用水量情况下,容易造成CA砂浆需水量增加,黏度增加,流动时间过长；偏粗时,容易造成CA砂浆不稳定,易分层、离析或者泌水。干料中水泥用量增加或者强度过高,会使干料抗压强度增大,有可能导致CA砂浆弹性模量过大而不满足规范要求。因此,CA砂浆中的原材料仅仅合格是不够的,要经多次试验确定其指标的合适范围,使用过程中必须严格控制。

2.4.2水灰比[9]

水灰比主要影响CA砂浆的流动性、强度、弹性模量以及砂浆的耐久性能。CA砂浆的水灰比越大,砂浆的流动性越好,但水灰比过大时易使砂浆产生泌水和分层离析。同时,水灰比越大,CA砂浆的强度越低、弹性模量越小。因此,CA砂浆的水灰比不宜过大。科技基[2008]74号文中规定水灰比宜不大于0.58。此外,在CA砂浆弹性模量不超过最大限值的情况,应尽量减少水灰比。因为水灰比越小,CA砂浆越致密,其耐久性能越优良。

2.4.3 温度

温度的影响因素主要是原材料的温度和CA砂浆的温度。原材料的温度过高,会导致CA砂浆破乳或工作性能损失过快,影响施工；温度过低,对CA砂浆的灌注质量、强度发展、施工进度产生较大的影响。CA砂浆温度过高,则CA砂浆的流动性就会变好,需要减少用水量；反之,如果温度低,则黏性就会增加,须增加用水量[10]。因此,在灌注过程中必须严格控制原材料和CA砂浆的温度。

2.4.4 搅拌工艺

搅拌工艺对CA砂浆性能有着重要的影响,如果搅拌效果不好,容易造成砂浆含气量过大,搅拌不均匀,砂浆内含有干料颗粒,直接影响灌注结果。施工前应尽量多进行工艺性搅拌试验,根据CA砂浆试验结果和状态确定最佳搅拌工艺。

3 CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆灌注施工

3.1 CRTSⅡ型板式无砟轨道CA砂浆灌注施工流程

CA砂浆灌注前须做好准备工作,机械、人员配备到位,现场温度、湿度等符合灌注条件。本标段CA砂浆灌注施工流程为：施工准备→轨道板压紧→板底润湿→封边并设置排气孔→防污材料铺设→CA砂浆搅拌、性能检测,若不满足,该批CA砂浆废弃；若满足要求,按确定的灌注工艺灌注。

3.2 轨道板压紧

为了防止CA砂浆灌注时因灌注压力使轨道板上浮,影响精调工作,需对轨道板进行压紧工作。压紧工作分侧向压紧和板端压紧。本标段底座板位于直线段时每块板侧向压紧2道,每道安装压紧装置2个,轨道板两端安装压紧装置1个；当底座板在曲线上时每块板侧向压紧3道,每道安装压紧装置2个,轨道板两端安装压紧装置1个。压紧装置如图1所示。

图1 轨道板压紧装置

3.3 板底润湿

由于板底,特别是水硬性支承层存在吸水率较高的现象,因此CA砂浆灌注之前必须对板底或水硬性支承层进行预湿,以减少对灌注质量的影响,同时可以增大CA砂浆的流动性,及时消除灌注时CA砂浆与底座板之间产生的气泡。预湿时用水量不宜过大,不得出现积水或明水,否则容易导致CA砂浆表面出现水泡,影响其外观与质量。

通过本标段多次试验,最终确定如下润湿方法：

(1)CA砂浆灌注前2～3 h用高压水枪润湿板底,使底座板与轨道板充分吸收水分；

(2)封边前,再用高压水枪从两边冲洗板底,冲完后用棉布来回擦拭消除积水或明水,直至棉布拧不出水为止。

(3)上述工作结束后,及时封边,同时用土工布将灌注孔和观察孔堵住,防止水分蒸发,并且在灌注前及时通过灌注孔和观察孔查看,对润湿情况作出评价。

3.4 封边

封边主要分横向封边和纵向封边。本标段纵向封边采用支架封边的方法,横向封边采用与CA砂浆相同力学、耐久性能的水泥砂浆进行封边。

纵向封边采用18 cm宽的封边带,外边压紧5 cm的角钢。如图2所示。特点是封边速度快,出现漏浆时可以及时封堵。特殊部位如精调爪的封堵采用凹形的珍珠棉,在精调爪安装时,放置在精调爪周围,防止漏浆。

图2 轨道板纵向封边与排气孔设置

角钢的加固采用钢管桁架横搭在轨道板顶,钢管两端焊接钢板,并在钢板上焊接螺帽和螺杆,通过拧紧螺杆将角钢紧贴在轨道板两侧,达到封边效果。

3.5 排气孔设置

排气孔对灌板质量有非常大的影响,正确的排气孔设置应当是排气孔口上边缘和轨道板平齐,排气孔直径不宜小于2 cm,且与底座板角度在15°左右[7]。排气孔的正确设置可以有效地排除板腔内的气体,减少气泡的产生。

本标段采用14个排气孔,其中8个位于纵向角钢上,角钢上打孔并焊接上排气钢管,如图2所示,其余6个位于轨道板的四角上和板端中央,将直径2 cm的PVC管埋入板端封边砂浆且与板腔连通,如图3所示。

图3 轨道板四角与板端中央排气孔设置

3.6 搅拌

CA砂浆搅拌的投料顺序、搅拌速度、搅拌时间等参数须由试验人员设定,搅拌过程中试验人员要全程监督这些参数的执行情况。本标段搅拌设备采用南方路机产沥青砂浆专用搅拌车,经多次试拌,最终确定的投料顺序和搅拌工艺为：先投入水、乳化沥青、减水剂、消泡剂搅拌30 s,然后再投入干粉料,搅拌速度30 r/min。上述原材料投入完毕后,高速搅拌120 s,搅拌速度130 r/min,完毕后搅拌60 s,搅拌速度50 r/min,最后检测CA砂浆性能,评估其是否可用。

3.7 灌注

CA砂浆灌注主要是对灌注速度的控制,过慢或过快均不宜。过慢时,会造成CA砂浆分层；过快时,容易产生气泡聚集,在板内局部容易流不到位。因此,需充分结合灌板工艺性试验,找出合适的灌注速度。

根据多次灌注经验,本标段灌注速度采用“慢—快—慢—补”的方案,具体为：中转料斗吊至灌注现场后,中转料斗出料口距离轨道板灌注口上方1.1～1.3 m左右的高度,灌注前先排气,待中转料斗上的管道充满砂浆后关闭阀门。灌注时,先慢速,等CA砂浆没过灌注口时开始快速灌注,直至砂浆液面布满观察口板底,此过程时间宜控制在120～150 s,然后开始缓慢减速,待板端排气口有砂浆排出,观察排出砂浆,直至无气泡时进行封堵,最后慢慢补入少量砂浆,直至灌入口和观察口液面高度高于轨道板板顶时停止操作。切忌不可二次灌注,否则容易造成CA砂浆分层,影响CA砂浆质量。