（材料学专业论文）crtsⅡ型板式轨道ca砂浆的配合比设计及其性能研究.pdf

摘要 c r t s i i 型板式无砟轨道具有精度高、施工进度快、舒适度高、蜜全性好的 优点，是我国高速铁路建设所采用的主型孰道结构之一，l l 燮c a 砂浆是蔫予该 类轨道结构的关键结构材料，其性能直接影响到轨道结构的耐久性与安全性，其 涮备技术是该类鞔道结构豹关键技术之一。 本文结合c r t s i i 裂板式无砟轨道对予c a 砂浆的性能要求，对制备i i 型 c a 砂浆所用关键原材料乳纯沥青及其砂浆配合比进行了系统深入的研究，论文 进行的主要工作和取得的重要成果有： 探明了影响乳化沥青稳定性及其与水泥相适应性的主要因素及其作用规律， 掌握了乳化裁与基质沥青的相互适应性趣律，开发爨了嚣型c a 砂浆专用沥青乳 化剂，确定了i l 型c a 砂浆所用乳化沥青的关键制备技术参数，通过组成优化与 工艺参数控制，制蚕整了嵩贮存稳定性，以及与承泥适应性好豹 l 型c a 砂浆专 用沥青乳液。 揭示了原料组残、m a m c 与m s m c 等关键制备参数对l l 型c a 砂浆工终性、 强度以及体积稳定性的影响规律，建立了l l 型c a 砂浆原料选择准则，确定了制 各l l 型c a 砂浆的关键技术参数，提出了配合比设计方法。 结合珏鍪秒浆施工正艺要求，透过材料配毙对l l 型c a 砂浆性能的系统研 究，开发了与专用沥青乳液具有优良适应性的i i 型砂浆专用干料，通过对砂浆制 各工艺参数、环境温度对c a 砂浆性藐酌影响酶系统碟究，掌握了分别适于不圊 工况条件下c a 砂浆干料的配方技术。 研究掌握了l l 型c a 砂浆施_ i 现场配合比设计与调整技术，探明了搅拌工 艺、储存工况、灌注工况和养护制度参数对c a 砂浆性能的影响规律，并对其灌 注质量控制技术进行7 归纳总结，以此为指导，进行了轨道板灌注试验。灌浆效 果表明，该材料完全满避c r t s 1 i 型板式无砟轨道结构建设要求，为该类材料盼 设计、制备与应用提供了重要的依据。 关键诩：c r t s 。i i 型板式无砟轨道，c a 砂浆，沥青乳液，千粉料，制备技术 a b s t r a c t c r t s - i ib a l l a s t l e s ss l a bt r a c ki sa l lt y p eo ft h em a i ns t m c t u r ef o r m si nc h i n a s l l i g hs p e e dr a i l w a ys y s t e m ，w i t hm a n i f o l da d v a n t a g e so fs a f e t y , c o m f o r t ，h i g h e r p r e c i s i o na n dc o n s t r u c t i o np r o g r e s sa tar a p i dp a c e t y p ei i c e m e n ta s p h a l tm o r t a r ( m o r eo f t e nk n o w na sc am o r t a r ) i st h ek e ym a t e r i a lo fc r t s i ib a l l a s t l e s ss l a bt r a c k , i n f l u e n c i n gi t sd u r a b l i t ya n ds a f e t y t h e r e f o r e ，i ti si m p o r t a n tf o rt h ep r e p a r a t i o no f c am o r t a rt ot r a c ks l a bs t u c t u r e t h ep a p e ru n d e r l 0 c kas y s t e m a t i cs t u d yo na s p h a l te m u l s i o na n dm i xp r o p o r t i o n so f c am o r t a l , c o m b i n e dt h ep r o p e r t yr e q u i r e m e n t so fc am o r t a ri nc r t s i ib a l l a s t l e s s s l a bt r a c k t h em a i nw o r ka n dr e s u l t sw e r eb r i e f l yg i v e na sf o l l o w s ： i n v e s t i g a t i n gt h ee f f e c tf a c t o r so i ls t a b i l i t ya n dc o m p a t i b i l i t yt oc e m e n ta n d m u t u a li n t e r a c t i o no fe m u l s i f i e r sa n db a s ea s p h a l t ，t h es p e c i a le m u l s i f i e rf o ra s p h a l t e m u l s i o no ft y p ei ic am o r t a ri sp r o d u c e da n dt h ek e yp a r a m e t e r so fp r e p e r a t i o n t e c h n o l o g yf o rt y p ei ic a m o r t a ra r ee s t a b l i s h e d b a s e do nc o m p o s i t i o no p t i m i z a t i o n a n dc o n t r o lo fp r o c e s sp a r a m e t e r s ，t h es p e c i a la s p h a l te r n u l s i o no ft y p ei ic am o r t a r w i t hg o o ds t o r a g es t a b i l i t ya n dc o m p a t i b i l i t yt oc e m e n ti se x p l o r e d t h ee f f e c t so fp a r a m e t e r ss u c ha s c o m p o s i t o n , m a m c ，m s m ce t c o n w o r k a b i l i t y , s t r e n g t ha n dv o l u m es t a b i l i t ya r er e v e a l e d k e yp a r a m e t e r so nt h e p r e p a r a t i o no ft y p ei ic a m o r t a ra r ed e t e r m i n e da n dt h em i x i n gp r o p o r t o n i n gd e s i g n m e t h o di sp u tf o r w a r d c o n s i d e r i n gt h ec o n s t r u c t i o nr e q u i r e m e n t ，s y s t e m a t i cr e s e a r c hi sc a r r i e do u to n t h em i xp r o p o r t i o n i n go ft y p ei ic am o r t a ra n dt h es p e c i a l l yd e s i g n e dd r ym i x t u r ei s d e v e l o p e d w i t hag o o d c o m p a t i b i l i t yw i t ha s p h a l t e m u l s i o n b a s e do nt h e i n v e s t i g a t i o no nt h ei n f l u e n c eo fp r e p a r a t i o np a r a m e t e r s ，a m b i e n tt e m p e r a t u r e so nt h e p r o p e r t i e s o fc am o r t a r , t h em i xp r o p o r t i o n i n gt e c h n i q u e sa r em a s t e r e du n d e r d i f f e r e n te o n s t r u c t i o ne n v i r o n m e n t s m i xp r o p o r t i o n i n gd e s i g na n dr e g u l a t i o nt e c h n i q u e so fi n s i t uc o n s t r u c t i o no f t y p ei ic am o r t a ra r es t u d i e da n dm a s t e r e d ；t h ei n f l u e n c eo fm i x i n gm e c h a n i s m ， g r o u t i n ge n v i r o n m e n ta n dc u r i n gr e 舀m e so nt h ep r o p e r t i e so fc am o r t a ri se l u c i d a t e d ， b a s e do nw h i c h , g r o u t i n ge x p e r i m e n ti sc a r r i e do u to nt w os l a b s r e s u l t si n d i c a t et h a t t y p ei ic a m o r t a rf u l l ys a t i s f i e st h er e q u i r e m e n to fc r t s i ib a l l a s t l e s ss l a bt r a c k a n di ta l s op r o v i d e sg u i d a n c ef o ri t sp r e p a r a t i o na n da p p l i c a t i o n k e y w o r d s ：c r t s - i ib a l l a s t l e s ss l a bt r a c k ；c am o r t a r ；a s p h a l te m u l s i o n ；d r y 如i i x l m e ； p r e p a r a t i o nt e c h n i q u e l l 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写的成果，也不包含为获得武汉理工大学或其 它教育机构学位证书而使用过的材料。与我一起工作的同志对本研究所徽 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：圆期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论 文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名：日期： 武汉蘧工大学颈士学整论文 1 1 概述 第1 章绪论 铁路是我国重要的綦础设施、国民经济麓大动脉和大众化酶交遵工具，在 当今各种交通运输方式中，铁路具有运力大、成本低、占地少、能源利用率离、 环境污染轻、安全保障好等多种优势，在由铁路、公路与航空等组成熟综合交 通运输体系中处于骨干地位，同时担负着客运和赞运的重裂任务。随着我国社 会与经济麴抉速发展，地区阉客、货茬来露盏频繁，人们对铁路运输豹需求在 急剧增长。为了适应交通运输需求的增长，我国自1 9 9 7 年来已连续六次大范围 提速，虽然铁路运输能力紧张的状况暂时褥到了缓解，但总体上运能依然不足， 经济发达地区之闻运麓不足的阀题显得戈为突出 1 1 。 针对铁路运能不足的问题，国家提出了实现我国铁路跨越式发展的战略决 策，并制订了中长鬻铁路霹巍划。根据该撬划，我重耨在数年中建成巅四 纵四横客运专线以及经济发达和人口稠密地区( 环渤海、长江三角洲、珠江 三囊洲、长株潭、成渝以及孛器城市群、武汉城市黧等区域) 城际客运系统。 实现主要繁忙干线客货分线运输。由此显见，高速化是铁路发展的目标，与既 有线路媳提速工程不同，快速客运专线和快速轨道交通系统均属于高速铁路。 目前，我国已进入高速铁潞建设与大规模发展的新时期。 轨道结构是高速铁路的基础，其稳定性、耐久性对高速铁路营运安全性、 舒适性、经济性具有重要作用器嘉黝。无砗轨道其有结构整钵性与稳定性好瑷及修 量少的优点，是铁路高速化的发展方晦je s , 6 , 7 】。无砟轨道结构类型比较多，板式无 砗孰道是誉翦最优静结构形式，相比荬他无葬鞔道丽言，板式无砟轨道具有可 修复、现场施工方便和使用寿命长三大特点f 8 , 9 , 1 0 , 1 1 】。c r t s - i i 型板式无砟轨道系 统是在经过消纯、吸收我国弓l 进的第一条无砗轨道结构形式博捂板式无砟孰道 系统技术的基础上，经过再创新，形成中国特色的板式无砟轨道，已成功应用 于京津城际轨道交通工程，运行时速3 5 0 k m 以上【1 2 j 3 m l 5 。 武汉理工大学硕士学位论文 12c r t s i i 型板式无砟轨道系统 c r t s 1 1 型板式无砟轨道系统具有如下优点：轨道板之问纵向进行传力连 接，轨道均质性好，耐久性强，纵横向抗滑移阻力高；每块板承轨台之叫预设 沟槽，可有效防止轨道板表面出现裂缝：c a 砂浆灌注时，采用特殊材料封堵轨 道板纵横向缝隙，取消了模板工作；当基础沉降超限时，提供了可行的轨道校 正方案，轨道可修复性好。 21c r t s i i 型轨道系统结构组成 c r t s i i 型板式无砟轨道系统由预制轨道板( 标准板：64 5 m x 25 5 m x 02 m ， 横向预应力；桥梁板：45 x 25 5 03 m ，非预应力，设限位块和弹性橡胶层) 、水 泥沥青砂浆层( 厚o0 3 m ) 、水硬性支撑层( 路基上厚03 m ) 、6 0 k g g m 钢轨及配 套扣件系统组成( 见图1 1 ) ，其最显著的结构特点是在轨道板混凝上收缩徐变 完成后，用数控磨床对承轨台进行磨削精细加工，根据轨道集合形位要求控制 每一个承轨台处的磨削量，磨削精度为ol m m 。轨道板现场铡设调整将每个承 轨台处的精度控制在o5 m m 以内，因此长钢轨铺设时t ；1 i = 需要任何调整工作，就 可以达到l m m 精度。 i 刳l _ 1c r t s 1 1 型扳歧无砟轨道系统结构不意h ( 1 ) 轨道板的结构 轨道板分标准板和异型板。标准板结构如图1 2 所示，长64 5 m 、宽25 5 m 、 厚02 m ，为预应力混凝土结构。标准板纵向分2 0 个承轨道台，承轨台设计适应 于有挡肩扣件( v o s s l o h 扣件、，经过打磨后确定了其在线路上唯。位置属性， 武汉理1 大学硕士学位论文 所以每一块板都有各个的顺序编号。异型板包括补偿板、特殊板、小曲线半径 板以及道岔板，其中补偿板、特殊板、4 、曲线半径板均在标准板基础上发展变 化而来，与标准板有着类似的结构特点，分别用于补偿调整线路长度、道岔前 后过渡、曲线半径小于1 5 0 0 米地段。道岔板用于单独设计的道岔区。 罔12c r t s 1 i 型板式无砟轨道系统粕：准板示意图 ( 2 ) 桥梁上轨道结构 桥梁上轨道结构包括：两布一膜滑动层、底座混凝土、水泥沥青砂浆联结 层，轨道板及侧向挡块。桥梁上轨道结构特点体现在底座混凝土施工工艺上。 曲线超高设置通过底座混凝土断面控制，其次底座混凝土为钢筋混凝土连续板 带结构，施工方法特殊。 ( 3 ) 路基上轨道结构 路基上轨道结构包括路基防冻层、支承层混凝七( 无筋) 、水泥沥青砂浆联结 层、轨道板。路基上的曲线超高通过支承层下的防冻层控制。 ( 4 ) 路桥过渡段轨道结构 为满足桥梁底座混凝士纵向力平衡，采用了特殊的摩擦板及端刺结构，做 为桥梁与路基之间的过檀。摩擦板上轨道结构与桥粱上略有不同，底座混凝土 与摩擦板之间采用单层土_ t 布，底座板终端与端刺结构剪切联接。 i2 2c r t s i i 型轨道系统技术特点 c r t s i i 型板式无砟轨道系统技术从施工生产的角度柬分包括轨道板工厂 化生产技术和轨道扳现场铺改两大部分。轨道板工厂化生产技术按照工业化设 计思路，最大程度实现了机械化作业、设备的高效周转利用，以及劳动力资源、 武汉理工大学硕士学像论文 作业效率的充分发挥。轨道板的生产包括鞔道板预制、轨道板存放和轨道扳抒 磨。轨道板现场铺设通过将成品轨道板在轨道混凝土基床上的精确定位和固定 来最终确定钢轨道的空间几何状态，包括桥梁底痤混凝土、路基支承层混凝土 及侧向挡块施工、轨道板粗铺( 含现场运输存放) 、轨道板精调、水泥沥青砂浆 灌注、轨道板张拉连接、轨道板剪切连接。 c r t s i i 型板式无砟轨道系统的技术组成从技术属性来分主要包括轨道板 预制工艺，轨道板打磨工艺，轨道板铺设前的沉降评估，精确测量技术( 包括轨 道板生产与打磨测量控制，设标网的测量与控制，轨道基准网的测量与评估以 及轨道板粗铺后的精确调整及精调后的测量评估) ，轨道板及底座混凝土的绝缘 接施，长桥上底座混凝土张拉工艺，承泥沥青砂浆搅拌及灌注工艺。其中，轨 道板生产( 预制及打磨) 、精确测量和水泥沥青砂浆的制备和灌注施工是c r t s 。 i l 型板式无咋轨道系统的三大核心技术。 c r t s i i 型板式无砟轨道系统在施工技术中主要体现以下几个特点： ( 1 ) 精度要求高、工序控制严格 精度高体现在位置、几何尺寸、时间、溢度等方面，譬如：现浇梁的顶面 平整度控制4 m 8 m m ；底座板高程精度5 m m ，轨道板粗定位1 0 m m ，轨道板 精确定位控到在0 2 m m ；c a 砂浆从搅拌成晶到提升上桥，最终到灌注入板缝 控制在3 0 r a i n 内；底座混凝土基本浇筑段必须在一天内完成等。 ( 2 ) 大量使用嚣标设备及_ i 装，对操作要求提高 为满足c r t s i i 型轨道板的生产及施工，必须配置专用非标设备和工装。 设备工装与系统技术密不可分，突破了传统施工中对机具的使用要求。这些非 标设备包括轨道板生产中的模板、布料系统、磨床；现场铺设所需的c a 砂浆搅 拌设备、轨道板精调系统，以及大量使用专用工具。专业化的设计增加了设备 工装采购、加工和使用难度。 ( 3 ) 新材料的广泛使用 c r t s 。i i 型板式无砗轨道系统使用了薪材料，需要与材料供应商共圊研制和 开发。譬如用于轨道板生产的高标号早强水泥、预应力钢筋，用于现场铺设的 硬泡沫板、两布一膜、水泥沥青砂浆中的干粉材料和乳化沥青等。伴随着新材 料的使用，必然提出一些新检测方法和检测标准。 4 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 3c r t s 1 l 型轨道系统施工工艺 。擀粱上( 带防水屡) 2 ，撬粱土( 茺防承屡) 3 。路蕊 一围 图1 3c r t s i i 型板式无砟轨道施工工艺流程圈 5 囤! 圈 武汉理工大学硕士学像论文 放京津城际轨道交通工程建设总结经验来看，底痤板施工、精确测量、水 泥沥青砂浆灌注是控制的重点与难点。其中水泥沥青砂浆又以其原料组成复杂、 性能指标要求高、制备技术难度大、水泥沥青砂浆温度敏感性离、施工工艺复 杂等特点而成为无砟轨道现场施工的关键技术。 1 3c r t s i i 板式无砟轨道e a 砂浆及其研究进展 1 3 1 c r t s l l 型板式无砟轨道c a 砂浆组成与作用 c r t s i i 型板式无砟轨道用水泥沥青砂浆( c e m e n ta n da s p h a l tm o r t a r ，故又 称c a 砂浆) 垫层作为c r t s i i 型板式无砟轨道系统昀重要组成部分，是毒水泥、 乳化沥青、细骨料( 砂) 、混合料、水、铝粉和多种外加剂组成，经水泥水化硬 化与沥青破乳胶结共同作用甭形成的一种有机无枫复会材料。它位于刚性轨道 板与混凝土底座之间，主要功能有： ( 1 ) 全面均匀支承轨道扳，消除轨道板与底座之间的间隙，延长板式无砟 轨道的使用寿命； ( 2 ) 调整轨道高低，便于提高施工效率和下部基础变形的可维护性； ( 3 ) 承受由轨道板传来的垂向力和纵横向水平力，并把它传递给底座和限 位装置；分散列车荷载作用。 1 3 2 c r t s i i 型板式无砟轨道c a 砂浆技术要求 霉前毽际上匿本新干线板式( c r t s 1 型板式无砟轨道) 与德国蒋格板式 ( c l 玎s i i 型板式无砟轨道) 两种轨道结构都需要采用c a 砂浆，但从轨道结构 的设计理念、材料性能上两者均有较大差异，因此对c a 砂浆砂浆的性能要求也 不同分别见表1 1 ，表1 - 2 和表1 3 。 由此可见，与i 型c a 砂浆技术要求相比，i l 型c a 砂浆的主要区别在于强度 和弹性模量要求较高、表观密度大、新拌c a 砂浆温度控制范围小等技术难点。 在原材料方面表现为干粉料制备技术难度大，对乳化沥青与水泥的相适性要求 苛刻等。因此，l l 型c 矗砂浆的材料组成与i 型砂浆材料组成具有很大的差别， 主要体现在水泥与乳化沥青的相对含量、外加剂的种类和掺量、乳化沥青的品 种，在原材料组合方式方面主要体现在i l 型c 矗砂浆采用于料的组合方式。 6 武汉理王大学硕士学位论文 除满足表l 乏的技术要求外，在制备c a 砂浆时还必须满跫以下两个技术要点 【1 6 1 7 1 ： ( 1 ) 选定c a 砂浆配合比应遵循如下基本规定： 水泥用量宜不小于4 0 0 k g m ，。 乳化沥青与水泥的比值宜不小于0 3 5 。 水灰比宜不大予0 5 8 。 配合比设计时应考虑施工环境温度条件变化对砂浆拌合性能的影响。 ( 2 ) c a 砂浆的配合比应通过适当选取原材料、计算、试配、调整等步骤选定。 当乳化沥青、干料的生产原材料、生产配合比等发生改变时，应重新选定配合 比。 表1 1c r t s i i 型板式无砟轨道系统用c a 砂浆技术要求 7 武汉毽工大学硕士学袋论文 表l 疋c r t s 。i i 型扳式无非筑道系统焉c a 砂浆干料魅毙指标要求 表l 一3c r t s 。l 板式光砟轨道系统用c 矗砂浆技术要求 8 武汉理工大学颞士学位论文 l l 型e 轰砂浆虽在京津城际鞔道交透工程孛褥到成囊应用，毽就工程全线引 进德国博格公司技术，国内对此种砂浆没有较多的研究报道，基本还处于试验 磅割阶段，刳约了c r t s i i 型板式无砟软道系统技术在我国的发展，因此迫切需 要对此关键材料进行技术攻关，基于此，本文对c r t s i i 型板式无砟轨道用c a 砂浆进行研究。 1 3 3 研究现状 清华大学王强等疆8 研究了砂灰比和砂酶级配对l l 型和l 型c 鑫砂浆的抗压强 度和流动性的影响。得出了随着m s m c ( 砂与水泥质量比) 的增大，i i 型和i 型 爨砂浆翡滚动性都变差，但l 型蕊砂浆流动性的变仡幅疫较小；随着m s m c 的 增大，l i 型c a 砂浆的抗压强度降低，而i 型砂浆的抗压强魔呈升高的趋势的结 论。 孙卫红f 1 9 l 结合京津城际轨道交通工程施工中的实际问题介绍了博格板式无 碴轨道c a 砂浆性能指标参数及控制技术要点，指出了目前l i 型扳式冤砟轨道沥 青水漉砂浆主要的性能指标不蘸阀题有：( 1 ) 流动性差；( 2 ) 稠度不达标；( 3 含气量大等问题，并提出了性能指标不良问题出现原因及控制对策：( 1 ) 对c a 砂浆性能酶影响因素认识不够；( 2 ) 干粉质量不稳定，沥青存在不合格现象。( 3 ) 搅拌工艺不合理；( 4 ) 环境温度影响外加剂的效果。 结合京津城际鞔道交遥工程，串铁大桥禺寓华i 蚓对l l 型板式无砗孰道c 轰砂 浆的生产过程、灌浆过程以及垫层砂浆的质量控制进行了研究，认为垫层砂浆 豹质量控制主要集中在砂浆车生产和原材料两个方嚣；灌浆过程要集中解决灌 浆时砂浆下沉问题、轨道板上浮问题，并探讨了砂浆结块阀题、砂浆质量鉴别 方法。 结合京津城际辘道交通工程，孛铁大挢局赵建超等【2 l 】对影响砂浆垫层静原 材料配合比、温度、含气量等因索进行了现场试验研究，得出了垫层砂浆各项 指标之瓣魏关系，据苏指导麓工。 总的来讲，我国对于i i 型c a 砂浆的研究起步较晚，正在结合引进国外技术 的基础上进行试验研究豹阶段，国蠹文献资料主要是关于结合京津城际轨道交 通工程应用情况方面的介绍，而对于材料的制备理论与技术方面报道极少。 9 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 4 存在的问题 综合现有文献可以看出，对于c r t s i i 型板式无砟轨道c a 砂浆的存在以下 的问题： ( 1 ) c r t s - i i 型板式无砟轨道用乳化沥青的制备技术 c r t s i i 型板式无砟轨道采用瞬离子的毳化沥青，传统阴离子乳纯沥青具有 与水泥相适性差、凝结破乳时间长、与石料的黏结性能差等缺点，因此，在制 备滋砂浆时出现工作性能差、早期强度低的闻题。国内对适合于高速铁路用阴 离子乳化沥青的研究制备方面起步较晚，制备技术不大成熟，在工程应用方面 容易出现乳化沥青储存稳定性差，乳化沥青与水泥相适性差以及c a 砂浆早期强 度低、工作性较难控制、施工性能受温度影响大等问题。阳离子乳化沥青具有 与砂的黏结性能好的优点，但目前还没有在i i 型板式无砟轨道用c a 砂浆中应用 的报道，主要存在与水泥相适性差，可工作时闻短的闻题，研究比较阴离子与 阳离子乳化沥青分别对砂浆性能的影响，制备出i i 型板式无砟轨道用c a 砂浆用 高性能沥青乳液也具有重要的意义。 ( 2 ) i i 型c a 砂浆配合比设计缺乏理论依据 c r t s i i 型板式无砟轨道用隧砂浆原材料组成复杂，影响其胶结硬化机理 的因素较多，除了水泥水化硬化与沥青乳液破乳成膜过程两个主要过程的相互 影响与制约外，还有砂、外加剂等原材料对i i 型c a 砂浆的胶结硬化也会产生影 响。若胶结硬化速度过快，则其可工作时间难以保证；反之，则其早期硬化强 度难以保证，同时原材料还应有合适的比例，以保证c r t s i i 型板式无砟轨道 用叛砂浆具有合适的力学性能，总之，各种原材料应相互适应且具有合适的比 例。目前一些学者采用的i i 型砂浆的配比，主要时依据德国博格公司关于制备 砂浆的的一些技术参数进行优化德到的，还缺乏理论依据。 在i i 型c a 砂浆的胶结硬化过程中，水泥水化受到沥青乳液破乳成膜的制约， 而由于水泥水化粒子的存在也会加速沥青乳液破乳成膜过程。因此，水泥与沥 青乳液的用量、水泥品种与沥青乳液品种、水泥水化速度与沥青破乳速度均应 相互匹配。例如，若沥青乳液用量过多，不仅会使材料分离度增大，而且还会 造成砂浆中沥青过多，材料强度下降，支承力下降的问题；若沥青巍液破乳速 度过快，可工作时间短，难以灌注施工，同时沥青膜快速包裹水泥颗粒，影响 水泥水化进程，降低砂浆早期强度。受两者相互作用的影响，减水剂、稳定剂、 膨胀剂的作用机理及其作用效果变得更为复杂和难以控制，总之，外加剂的选 l o 武汉毽工大学硕士学位论文 用必须与水泥、沥青乳液相容性良好。因此，优选融楣容性好的原材料以及材 料组成设计依据是制备高性能c a 砂浆的基础。 ( 3 ) 复杂工况下i l 型c a 砂浆施工质量难以控制 i l 型c a 砂浆在灌注前必须具有合适的流动度、扩展度、含气量和容重，灌 注到轨道板下之后必须具有较好的力学性能和体积稳定性，然后由于制备i i 型 c a 砂浆的原材料大部分预制成干粉砂浆，在施工时使用的配合比单一，由于环 境温度、湿度等气候条件的变化，导致制备的c a 砂浆的质量出现波动，目前的 c a 砂浆在施工时经常出现流动性差、稠度不达标、含气量大、灌浆时砂浆出现 下沉而导致填充不密实、轨道板上浮以及强度发展不够和膨胀率难以控制等问 题。 1 4 研究目标和内容 1 4 1 研究目标 ( 1 ) 掌握高稳定性、与承泥相适性好的c r t s i i 型板式无砟轨道用乳化沥 青的制备关键技术； ( 2 ) 提出l l 型c a 砂浆的原材料选用原则，掌握具有流动性与均质性好、 强度与弹性模量适宜、体积稳定性好、高耐久与耐候的i i 型c a 砂浆的配合比设 计方法，并得出不同施工工况下c a 砂浆干料配方的调控技术； ( 3 ) 掌握c r t s i i 型板式无砟轨道c a 砂浆施工工艺与技术。 1 4 2 研究内容 ( 1 ) 研究基质沥青与乳化剂的相适性，乳化剂、稳定剂品种和掺量对乳化 沥青储存稳定性、乳化沥青与水溺相适性、c a 砂浆力学性能的影响； ( 2 ) 原材料的相适性与配合比优化设计，研究水泥品种、乳化沥青品种、 m a m c ( 沥青水泥质量比) 、m s m c ( 砂水泥质量比) 、外加水用量、矿物掺和料 及外加剂的种类与用量对l l 型c a 砂浆的工作性能和物理力学性麓的影响，不同 施工温度下干粉料的配比调控技术； ( 3 ) 研究加料顺序、搅拌工艺、养护温度和澎度对l l 型c a 砂浆的工佟性 能和物理力学性能的影响； ( 4 ) c r t s 1 i 型板式无砟轨道用c a 砂浆的施王技术研究。 武汉理王大学硕士学位论文 第2 章主要原材料与试验方法 本章主要介绍了c r t s i i 型板式无砟轨道用c a 砂浆的原材料与试验方法。 试验方法主要包括c r t s 1 l 型板式无砟轨道用c a 砂浆和乳化沥青试验方法。乳 化沥青试验方法主要参考规范公路工程沥青及沥青混合料试验规程 ( j t j 0 5 2 2 0 0 0 ) ，c a 砂浆的试验方法主要参照客运专线铁路c r t s - i i 型板式无 砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件，c r t s i i 型板式无砟轨道用c a 砂浆 测试的性能指标主要包括：流动度、扩展度、抗压强度、抗折强度、膨胀率、 材料分离度、容重、含气量、疲劳性能等技术指标。 2 。1 主要原材料 2 1 1 水泥 华新p 0 4 2 5 r ( c 1 ) 、华新5 2 5i 型硅酸盐水泥( c 4 ) 、亚东p 0 4 2 5 r ( c 2 ) 和湖北凤凰硫铝酸盐水泥( c 3 ) 。四种水泥的主要性能指标见表2 一l 。 表2 1水泥的物理与力学性能 品种瞧面积锄堍1 掣掣嘉百塑掣之矿 2 1 2 砂 溽砂，最大粒径不超过l 。1 8 m m ，其性能应该满足表2 - 2 的要求。 2 1 3 膨胀剂 鳞片状铝粉( 砧) ，2 0 0 目筛余1 0 0 ，粒径分布、片径分布均匀，视密度为1 1 0 6 - - 1 15 9 m 3 , 湖北三源u e a 型混凝土膨胀剂。主要技术指标试验结果见表2 3 。 1 2 武汉理工大学硕士学使论文 2 1 4 基质沥青 使用了两种基质沥青，分别为a 1 和a 2 ，其中a l 为7 0 号道路用石油沥青， a 2 为9 0 号道路石油沥青，其性能指标分别见表2 和表2 5 。 表2 2 砂技术指标试验结果表 表2 3 掺合料技术指标试验结果表 表2 4a 1 性能指标 武汉理工大学硕士学饿论文 2 1 5 沥青乳液 实验室骞行研制。阳离子乳化沥青和阴离子乳化沥青的性能指标要求分别见 表2 - 6 和2 7 ： 表2 6 阳离子乳化沥青的性能指标要求 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 注：( a ) 当乳化沥青实际使用中经过低温贮存和返输时，进行此项检测。 ( b ) 当采用改性沥青铡备乳化沥青时，按此项进行蒸发残留物延度检测。 2 1 7 掺合料 硅灰，武钢产。 2 1 。8 外加剂 ( 1 ) 早强剂( z m ) ：固体粉末类早强剂。 ( 2 ) 减水剂：聚羧羧类减水剂，粉末状，减水率约秀3 0 。 ( 3 ) 乳化剂：阴离子乳化剂( r 1 、r 2 、r 3 ) 与阳离子乳化剂r 4 。 ( 4 ) 稳定荆：c a c l 2 、p v a ( 聚乙烯酵) 、m c ( 纤维素醚) 、p c ( 自行复配) 等无机稳定剂与有机稳定剂。 ( 5 ) 苛性碱：n a o h 、k o h 固体粉末。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 6 ) 水：洁净自来水，应达到可饮用要求。 ( 7 ) 消泡剂：有机硅类消泡剂和磷酸三丁酯。 ( 8 ) 缓凝剂：粉状缓凝剂。 ( 9 ) 引气剂。 2 2 实验方法 2 2 1 工作性 ( 1 ) 流动度 i i 型c a 砂浆流动度实验方法 将漏斗( 上口直径( p 约1 5 2 ，下口直径( p 约1 0 ，高度约4 4 0 m m ) 润湿后放置在 漏斗架上，漏斗的轴线垂直地面，将容器桶放于漏斗下方，用手指堵住漏斗口， 将1 l c a 砂浆缓慢而均匀地倒入漏斗，松开手指，同时启动秒表，测量漏斗中c a 砂浆流完所需的时间，实验结果精确至1 s ，流动度控制在8 0 s - 1 2 0 s 。漏斗尺寸 见图2 1 。 图2 1c r t s i i 型板式轨道用c a 砂浆流动度测试方法 i 型c a 砂浆流动度试验方法 试验过程中，采用了c r t s i 型c a 砂浆流动度试验方法评价c r t s i i 型c a 砂浆的流动性，试验方法为：用将j 型( 上1 ：1 径为q 0 7 0 m m ，下口径为q a l o m m ， 高度为4 5 0 r a m ，见图2 2 ) 漏斗垂直地架设在支架上；将拌和均匀的砂浆试样注 入表面润湿的j 漏斗中，从输出口流出适量的砂浆后，用手指将输出口压住，使 砂浆注满漏斗，并将表面整平；放开手指，砂浆自然流出，用秒表测定砂浆从 开始到结束连续流下所经历的时间，即为砂浆的流动度一t ( 以s 计) ，精确n o 1 秒： 1 6 武汉理工大学硕士学德论文 奄 图2 - 2c r t s 羔型板式辘道焉c a 砂浆流动度测试方法 ( 2 ) 扩展度 将玻璃羲( 尺寸为4 0 0 m m ( 圭2 r n m ) 4 0 0 m m ( 圭2m m ) 零平敖置，将玻璃扳表澍 和扩展度筒( 内径为5 0 m m 士l m m ，高为1 9 0 m m + 2 m m ，采用抗翘曲的刚性材料制 藏，内壁光滑魂湿润) ，将扩展度篱竖立在玻璃板中闯，将拌制好的c a 砂浆填 入筒内，直至筒的上缘，将篱迅速地垂直提高1 5 圭2 c m ，并保持1 0 s ，弱时按下秒 表，记录c a 砂浆扩展度达到2 8 0 m m 的时间，待c a 砂浆停止流动后测量其互相 垂直的两个方向的扩震巍径。试验结果戳两个垂奁童径的平均篷( 耩确至u 5 m r a ) 及扩展度达至u 2 8 0 m m 时的时间( 精确至u l s ) 表示。 ( 3 ) 可工作对蠢 指砂浆处于规定的流动度范围内( 8 0 s 1 2 0 s ) 所经历的时间( r a i n ) ，可工作时 闻一般要求不少予3 0 m i n 。 ( 4 ) 分离度 将流动度试验经3 0 m i n 拌和的c a 砂浆，同时将搅拌好的砂浆浇入 擎5 醯黝5 钮嘲麴菡茬体模具孛，刮平，嗣薄膜复盏试件表面，将试律移天标养 室养护，l d 后脱模，继续在标养室养护至7 d ，然后移入温度2 0 士2 、湿度6 0 出5 养护室养护至2 8 d ，在砂浆紧期至2 8 d 时，将萁分成上、下蹲等分，耀静隶天 平测其单位容积质量。按式2 1 计算砂浆的分离度： 材料分摩度( k p ) ( 姜曼号霎恙帚高挚x 1 0 0 ( 式争量) 笾) 含气量 使用含气薰测定仪和理论计算两种方法考察含气量指标。含气量测定仪如 图2 - 2 所示，使用方法如下：将含气量桶的内侧擦拭干净并使之微湿润，注入c a 1 7 戴汉理工大学硕士学位论文 砂浆，用刹平尺刮乎，盖上容器盖，打开加水阀和排水阀，通过加水阕向容器 内注水。当排水阀流出的水流不含气泡时，关闭加水阀和排水阀。注水时可将 容器稍微倾斜，有利于空气的排出，通过加气阀向气室加气，使指针指向红线 位置，打歼操作阀，待示值仪示值稳定后，读取含气量，以两次试验的平均值 作为测试结果，精确至0 。1 。若两次测量的误差大于其平均值的1 0 ，则需重新 试验。 理论计算方法采用下式计算： 空气量e ，= 墨竺兰垡号霎薯譬襄墓霉凳墓产，。 e 式2 - 2 ， 其中： 理论单位容积质量( g m 1 ) = 否硬霸床罴磊凳篙 ( 式2 - 3 ) 实测单煎容积重量： 把做流动度试验的c a 砂浆拌和3 0 m i n ，倒入三角烧瓶( 约1 0 0 0 m 1 ) 测定其单位 容积重量； 5 图2 - 3 含气量测定仪 注：l 一加水阀；2 一摊本阙；3 一加气阀；4 一操作阀；5 一空气室 2 2 2 乳化沥青与水泥适应性试验方法 用1 0 0 0 m l 烧杯称取1 2 5 9 乳化沥青，j 】 i a 7 5 9 水，搅拌( 1 0 0 r m i n ) l o s 。均匀加 入1 5 瞻水泥( 与工程实际用水泥相同) ，此过程应在l m i n 内完成。随水泥加入， 1 8 武汉理z 大学硕士学使论文 将搅拌枫转速慢慢提高至3 0 0 r l m i n 。秀羹完水泥后，弄搅拌i m i n 。将烧杯密封好， 和流动度测定仪一起放入4 0 0 c 恒温水浴箱或烘箱中放置4 h 。取出烧杯，观察乳 化沥青是否破襞，如破乳，结束试验，结果评判为不合格。如没有破乳，将试 样在搅拌机上搅拌1 m i n ( 3 0 0 r m i n ) ，使其均匀。取出流动度测定仪，用手指堵住 出料口，将搅拌均匀的全部试样迅速倒入o c 的流动度测定仪中。放开手指， 让试样流入量筒中，同时按下秒表。2 0 s 后用手指将潞料口封住，读取流入量筒 内的试样体积。试验结果以两次试验的平均值表示，精确至2 m l 。要求在2 0 s 内至 少流出7 0 m l 样。 2 。2 3 水泥沥青砂浆力学性能 将c a 砂浆注入试模内( 胶砂试模：4 0 m m x 4 0 m m x l 6 0 r a m ；试模： 1 0 0 m m x l 0 0 m m x 3 0 0 m m ) ，刮平尺刮平，薄膜复盖试俘表面，将试件移入标养室 养护，1 d 后脱模，继续在标养室养护至7 d ，然后移入温度2 0 - a ：2 、湿度6 0 4 - 5 养护室养护。c a 砂浆的强度试验按g b t 1 7 6 7 1 相关规定执行。抗压强度加荷 速度5 0 - 5 0 0 n s ，以保证试件在3 0 - 9 0 s 断裂进行控制，c a 砂浆的弹性模量试验 按g b t 5 0 0 8 1 的相关规定执行。 2 2 4 膨胀率 将量筒( 2 5 0 m l ，分度值不大予2 m 1 ) 竖立在一个无冲击和无振动的水平谣 上。将砂浆装入量筒中至约2 5 0 m l 处，用游标卡尺测量装入样品的实际高度0 1 1 ) 。 将量篱密封、永平静置，2 4 h 后测量c a 砂浆的高度& ) 。测试方法见图2 叠，c a 砂浆的膨胀率可以用线性膨胀率和体积膨胀率来表示，其中：线膨胀率计算方 法： 膨胀率( ) 嚣( h 2 - h 1 ) h l( 式2 4 ) 其中h l 表示初始装入量筒的c a 砂浆的实际高度；h 2 表示2 4 h 后c a 砂浆的高 度。 体积膨胀率法： 膨胀率( ) 端o 0 0 0 3 1 4 x ( h o 一瓣2 0 x 炉 ( 式2 5 ) 式中： p = 量篱直径 1 9 武汉理工大学硕士学徒论文 h 。= 初始深度( r a m ) h 2 4 = 2 4 h 后的深度( 咖) 。 图2 4 膨胀率测定 2 + 2 5 单位容积质量 将c a 砂浆倒入2 5 0 m l 的锥形瓶中，称量浆体的质量，计算得到容重。 2 2 6 干料扩展度 准确称取于料1 5 0 0 9 ，称取适量的水。先将水加入搅拌锅中，再加入于料， 加完料后，搅拌工艺为先将水倒入搅拌锅，然后开启搅拌机，低速搅拌3 0 s 后， 高速搅3 0 s ，停拌9 q s ，在第一个1 5 s 内将时片和锅壁上的胶砂刮入锅中闯，在高 速下继续搅拌6 0 s ，误差控制在正负1 s 内。在搅拌的同时，用潮湿棉布擦拭跳桌 台面、试模内壁、捣棒，并将试模放在跳桌台面中央用潮湿棉布覆盖。然后条 装模和捣压。捣压完毕后，取下套模，用刮平尺从中间向边缘分两次以近水平 的角度抹去高出圆模的砂浆，并擦去落在桌面上的砂浆。3 0 s 后将圆模垂直向上 轻轻提起。立刻开动跳桌，以每秒钟一次的频率，跳动1 5 次。用卡尺测量砂浆 底面互相垂直的两个方向的直径。两个方向的直径相差应不大于1 0 m m ，如大 1 0 m m ，则试验无效。扩展度以两个方向直径的平均值表示，如扩展度不满足要 求，调整用水量，重复试验。试验结果以水灰比及扩展度表示。水灰比精确至 0 0 l ，扩震度精确至1 0 r a m 。 武汉溪王大学硕士学癣论文 2 。2 。7 千料强度 准确称取于料、水、于料2 6 0 0 9 ，根据千料中水泥的用量接水灰l 9 0 5 称量所 需永量。砂浆的强度试验必须控割加萄速度以傈证试件在3 0 9 0 s 断裂进行控制。 按g b t 1 7 6