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关于轨道板下砂浆填充层相关问题的讨论 推进无沥青水泥砂浆垫层的自主创新 1、前言 最近，有关板式轨道板下砂浆填充层的功能和作用问题，又被人们重新提起，各方十分关注。 板下砂浆填充层作为板式轨道结构的重要组成部分，它工作状态的好坏，直接影响板式轨道的整体工作性能，还涉及到板式轨道的施工、养护、成本和寿命等问题。 那么，究竟应该采用什么材料构成板下支承填充层？是沿着既有的CAM或者BZM的老路（经改进）走下去，还是选择其他支承填充材料，走出一条新路？ 这里的关键问题是，如何定位砂浆垫层在板式轨道系统中的功能和作用问题。 本文，通过对板下砂浆填充层相关问题的讨论分析后认为，选择适合我国地理气候条件和板式轨道发展需要的无沥青水泥砂浆材料，有可能成为新一代自主创新的板下支承填充层。 2、关于砂浆垫层的系统功能定位问题 砂浆垫层作为板式轨道系统的重要组成部件，它位于轨道板与混凝土底座之间（图1），其主要功能可以归纳为： 图1 板式轨道结构 （1）支承、调整 全面均匀支承轨道板，消除轨道板与底座之间的间隙； 调整轨道高低，便于提高施工效率和下部基础变形时的可维护性。 （2）承力、传力 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； 分散列车载荷作用。 3、关于砂浆垫层的物性指标问题 （1）现有及研发中的砂浆垫层类型 再创新的SL－2与日本的CAM类同，属于乳化沥青水泥砂浆范畴； 再创新的SL－1与德国的BZM类同，也属于乳化沥青水泥砂浆范畴； 再创新的SL－3不含沥青，只用水泥、粉煤灰、骨料、外加剂和调和水等材料，属于无沥青水泥砂浆范畴。 （2）主要物性指标（表1） 表1 砂浆垫层主要物性指标 项目 单位 日本CAM 再创新SL－2 德国 BZM 再创新 SL－1 再创新 SL－3 弹性模量 MPa － 100~300 7000~10000 7000~10000 20000~30000 抗压强度（28d） MPa 1.8 1.8~2.5 ≥15.0 ≥15.0 30~40 流动性 s 16~26 16~26 120±20 120±20 可工作 时间 min ≥30 ≥30 ≥30 ≥30 ≥30 含气量 ％ 8～12 8～12 ≥10 ≥10 沥青/水泥(A/C) 1.8~1.9 ≥0.35 0 水灰比（W/C） 0.89 0.6 0.58 0.3 （3）对比分析 三类砂浆同作为板式轨道板下支承填充层的作用，而在弹性模量、抗压强度和沥青水泥比方面却差别甚大。 三类砂浆对原材料的选择与管理，配方与制备，拌合、灌注的工艺与设备，以及成本与寿命等方面都各自不同。 因此，必须从理论和实践的观点，重新定位砂浆垫层在板式轨道系统中的地位和作用，提出符合工程实际应用的板下支承填充层。 4、关于砂浆垫层的弹性问题 4.1板式轨道系统刚度及其相互关系 （1）轨道弹性表征方法 板式轨道结构通常用质量－弹簧系统模拟，而轨道弹性又多用刚度参数来表征。一般表征轨道刚度的物理量有： 垫层弹性系数（面刚度，kN/mm2/mm） 钢轨基础弹性模量（线刚度，kN/mm/mm） 轨下基础刚度（点刚度，kN/mm） 轨道垂向刚度（整体刚度，kN/mm） （2）板式轨道刚度 板式轨道垂向刚度K为： （4.1） 可见，在已定钢轨类型（EI）和扣件间距（a）的情况下，轨道刚度K就仅仅与轨下基础刚度（或称钢轨支座综合刚度）Kz有关。显然，Kz值越大，K值就越大。 （3）轨下基础刚度 根据轨道系统弹簧串联原理，轨下基础刚度Kz可表征为： （4.2） 可见，轨下基础刚度Kz与轨下垫板刚度Kp和砂浆垫层刚度Kc密切相关。 （4）轨下基础合理刚度 应用客运专线动车组动车与板式轨道动态匹配和耦合动力学理论，分析了板式轨道轨下基础刚度对高速轮轨系统动力性能的影响（图2）。 图2 高速客运专线板式轨道轨下基础合理刚度 计算结果表明，随着轨下基础刚度的增大，轮轨垂向力、钢轨支点压力、轮重减载率、轮轨磨耗指数均随之增大，而钢轨动弯应力、轨道变形随之减小。 从动力学角度来看，在降低轮轨动作用力、保证轨道变形要求、降低轮轨磨耗、提高行车安全性等方面，应该有一个平衡点，也就是轨道刚度有一个合理范围。 通过系统分析和归一化处理，高速客运专线板式轨道结构轨下基础的合理刚度范围，如图2所示，应该为Kz＝20～30kN/mm。 4.2 砂浆垫层弹性模量对轨道板荷载弯矩的影响分析 （1）计算参数 轨道板 结构尺寸 4962×2400×190 mm 弹性模量 3.6×104 MPa 扣