CA 砂浆在无砟轨道上的应用[M].docVIP

CA砂浆在无砟轨道上的应用 阎培渝，王强 （清华大学，土木工程系结构与振动教育部重点实验室，北京 100084） 摘要：无砟轨道具有稳定性好、寿命长和维修费用低等优点，是当今国际上广泛采用和推广的先进轨道结构。水泥沥青砂浆（CA砂浆）是板式无砟轨道结构的弹性调整层，是一种具有一定强度、弹性和粘结力的粘弹性材料，在板式轨道结构中能起到调平、缓冲等作用。本文介绍了CA砂浆的基本组成和性能，并针对CRTS-Ⅰ型和CRTS-Ⅱ型这两种典型的CA砂浆，进行了配合比、宏观性能等方面的对比分析。 关键词：无砟轨道；CA砂浆；组成；性能 1 无砟轨道简介 铁路在我国交通运输体系中处于骨干地位，随着我国社会和经济的快速发展，我国的铁路建设也进入了高速发展时期。根据我国《中长期铁路网规划》，到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里。其中，在“十一五”期间，建设客运专线1.2万公里以上，客车速度目标值达到每小时200公里到350公里。?到2010年，铁路网营业里程达到8.5万公里左右，其中客运专线约5000公里。 随着列车行车速度的高速化，传统有砟轨道的不足逐渐显现。在高速列车的反复作用下，有砟轨道的道砟磨损和粉化比较严重，影响列车行驶的安全性，从而制约了列车的行车速度。且有砟轨道的残余变形积累很快，沿着轨道纵向的分布不均匀，导致轨道的高低不平顺，影响旅客乘坐的舒适性。为满足高速铁路的高平顺性与高稳定性的要求，无砟轨道结构逐渐发展起来。 与有砟轨道相比，无砟轨道具有以下优点：具有良好的稳定性、平顺性；结构高度低、自重轻，可减小桥梁二期荷载和降低隧道净空；轨道变形缓慢，耐久性好；维护工作量和费用低[1,2]。无砟轨道对工程材料和基础土建工程的要求都非常高，故初期建设费用高于有砟轨道。但由于无砟轨道的稳定性好、使用寿命长等众多优点，无砟轨道已成为世界各国高速铁路轨道结构的首选[3-5]。 国际上研究发展无砟轨道较早的有日本、德国、英国、美国、意大利、原苏联等国家，并以日本和德国为代表[6]。在日本，20世纪80年代以后修建的新干线，无砟轨道比例在85%以上。在德国，至2006年，已有800公里的无砟轨道在运营[7]。在我国，2002年建成投入运营的秦沈客运专线在狗河、双河两座特大桥上采用了板式轨道结构；2007年，京津城际铁路建成，成为我国首条无砟轨道客运专线；2008年，武广客运专线无砟轨道试验段通过评估，无砟轨道施工已全面铺开。遂渝铁路CA砂浆。 图1 板式无砟轨道结构示意图 德国的博格板式无砟轨道也称纵连板式无砟轨道，在轨道结构中轨道板是连续的，没有设置凸形挡台。轨道板承受的横向荷载和纵向荷载要通过CA砂浆垫层传递到底座，即轨道板和混凝土底座通过CA砂浆垫层机械连接，因此CA砂浆除了承受垂直荷载，还起着传递纵向荷载和横向荷载的作用。用于纵连板式无砟轨道上的水泥沥青砂浆称为CRTS-Ⅱ型CA砂浆。 3 CA砂浆的组成 CA砂浆主要由沥青乳液、水泥、砂、水和多种外加剂组成，是经水泥与沥青乳液共同作用胶结硬化而形成的一种有机无机复合材料[11]，综合利用了水泥水化后具有强度及沥青具有弹性的特性。 沥青乳液是将沥青，分散含有乳化剂的水中。CA砂浆，宜采用阳离子型乳化沥青；对于CRTS-Ⅱ型CA砂浆，宜采用阴离子型乳化沥青。沥青乳液要具有常温贮存和低温贮存的稳定性，同时要与硅酸盐水泥具有良好的适应性。 在乳化沥青的制备过程中，加入各种高分子聚合物改性剂可以大大改变乳化沥青的性能[12,13]。这类高分子聚合物主要分为两类：一类是弹性性质的改性剂，例如苯乙烯—丁二烯—苯乙烯的共聚物(SBS)、苯二烯—异戊二烯—苯乙烯共聚物(SIS)、丁苯橡胶(SBR)、聚氯丁二烯乳胶(CR)等；另一类是塑性性质的改性剂，例如聚乙烯、聚丙烯(PE)和聚乙烯—醋酸乙烯的共聚物(EVA)等。在进行改性剂的选择时，可以充分考虑利用上述聚合物各自具有的物化性能，以弥补乳化沥青自身的缺陷，调节和改进乳化沥青的结构-力学性能；通过改性可以降低乳化沥青的温度敏感性和脆化温度，提高乳化沥青的软化点，增强乳化沥青的抗裂耐磨性能。选择适当的改性剂和乳化沥青的不同组合可以为乳化沥青水泥砂浆的配制提供各种不同性能的改性乳化沥青材料。 国内一般采用强度等级42.5的硅酸盐水泥或快硬硫铝酸盐水泥CA砂浆，砂的最大粒径小于2.50mm，细度模数在1.4~1.8之间；对于CRTS-Ⅱ型CA砂浆，砂的最大粒径1.18mm。德国的标准则规定密度不能超过2.8 g/cm3，而且小于或等于0.125 mm粒径的组成部分应该在介于40~50%之间。 为使CA砂浆具有一定的膨胀性能，常采用掺入铝粉或使用膨胀剂。为使CA砂浆在搅拌过程中消去较大的气泡，常采用消泡剂。为使CA砂浆获得良好的工作性能，常采用减水剂