无砟轨道乳化沥青水泥砂浆的研发与应用.doc

无砟轨道乳化沥青水泥砂浆的研发与应用

图一为CRTSⅡ型板式无砟轨道用水泥乳化沥青砂浆的应用。

图二为CRTSⅠ型板式无砟轨道用水泥乳化沥青砂浆的应用。

图三为滨绥线成高子站严寒地区无砟轨道试验段。

项目简介

板式无砟轨道是高速铁路建设中采用的主要轨道结构形式之一。水泥乳化沥青砂浆、凸型挡台树脂等充填层材料的性能，对轨道结构的平顺性、列车运行的舒适性与安全性、轨道结构的耐久性和运营维护成本有着重大影响，是高速铁路建设的关键结构工程材料。

日本和德国铁路部门针对各自的轨道结构型式与特点，分别研发了单元板用低弹模的CA砂浆和纵连板用高弹模的BZ砂浆，并应用于实际工程。我国于20世纪70年代开始研究水泥乳化沥青砂浆，2002年以来先后在多项铁路工程中进行了应用试验。与国外相比，我国研制的砂浆在原材料、质量标准、生产工艺、施工组织、施工设备和工艺等成套技术方面还存在着一定差距。此外，环境气候条件对充填层材料的耐久性有着重要影响，国外尚无砂浆在严寒地区实际应用的经验。我国由于南北方气候差异大，迫切需要研发充填层材料，形成生产、施工和验收等技术体系，以满足我国大范围高速铁路建设的需要。项目组针对我国板式无砟轨道的结构型式和不同地区的环境气候特点，配套研发出CRTSⅠ型板式无砟轨道用水泥乳化沥青砂浆、凸台树脂、灌注袋以及CRTSⅡ型板式无砟轨道用水泥乳化沥青砂浆，可分别适用于温暖、寒冷和严寒地区。砂浆的温度适应性和材料包容性强，乳化沥青和干料等关键原材料实现了工业化生产。项目组提供技术参数和标准样品，协助砂浆搅拌车的研发，制定了相应材料的技术条件和砂浆车生产制造技术条件。项目组还编制了《客运专线铁路无砟轨道充填层施工技术指南》等一系列标准和规范，在理论研究、制备技术、施工技术等方面取得了多项突破和创新，形成了具有自主知识产权的板式无砟轨道充填层成套技术体系。

主要科技创新

1.首次揭示了水泥乳化沥青砂浆凝结硬化机理，建立了硬化砂浆的结构模型。

水泥乳化沥青砂浆由水泥、乳化沥青、细骨料、膨胀剂、减水剂、消泡剂、引气剂、发泡剂、聚合物乳液等材料制备而成。由于材料众多（涵盖了有机材料和无机材料）、性能各异，加之多学科相互交叉的复合胶凝体系，使得水泥乳化沥青砂浆的研究任务十分艰巨。

项目组运用表面化学、胶体化学和胶凝材料学的基本原理，根据乳化沥青颗粒“堆积”破乳成膜理论，将水泥乳化沥青砂浆在流动态→塑性状态→硬化状态三种状态转化过程分为悬浮分散阶段、水泥水化与乳化沥青破乳共同作用阶段、沥青网络结构的形成阶段和结构发展等四个阶段，并揭示了各阶段微观变化的机理，提出了硬化砂浆复合胶凝体系的微观结构，进而推导出了CRTSⅠ型板式无砟轨道用水泥乳化沥青砂浆的最小乳化沥青对水泥的质量比。

项目组首次提出了水泥乳化沥青砂浆的凝结硬化机理，建立了硬化砂浆的结构模型，为研制性能优良、适用于不同环境气候条件的砂浆提供了有力的理论指导，极大地提高了砂浆的研制效率，减少了试验工作量，缩短了研发周期。

2．研制出水泥乳化沥青砂浆专用乳化沥青和干料，实现了规模化生产。

乳化沥青是水泥乳化沥青砂浆的关键原材料，其性能的优劣在很大程度上决定了砂浆的质量。其乳化体系、原材料和生产工艺是影响乳化沥青性能和成本的关键。在砂浆制备过程中，水泥等粉体材料的组成和加入方式对砂浆性能也有重要的影响；关键原材料的工业化生产是实现砂浆大规模施工的前提和基础。

3．建立了适用不同环境条件的水泥乳化沥青砂浆配方体系，开创了砂浆在严寒地区铁路工程应用的先例。

我国幅员辽阔，南北方气候差异很大，本项目研制的砂浆分别适用于温暖、寒冷和严寒地区使用。世界上尚无在严寒地区使用CRTSⅠ型板式无砟轨道用水泥乳化沥青砂浆铺设板式无砟轨道的先例。由于滨绥线成高子站严寒地区无砟轨道试验段经过两年多的行车运营试验效果良好，项目组研制的砂浆被推广应用在刚刚开通运营的哈大高铁上。

与国外同类技术相比，由于适用的气候条件不同、材料组成不同、原材料的性能不同，因而砂浆的配比也明显不同。例如，日本技术中的乳化沥青对水泥的质量比为1.6∶1，而本项目中的乳化沥青对水泥的质量比为1.4∶1。

4．提出了水泥乳化沥青砂浆施工与质量控制成套技术，有效保证了砂浆大规模施工质量。

依据大量的研究成果和工程应用实践经验，项目组编制了《客运专线铁路无砟轨道充填层施工技术指南》《客运专线铁路水泥乳化沥青砂浆搅拌车生产制造暂行技术条件》《板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆标准实验室建设方案》《板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆施工材料储存管理办法》《高速铁路轨道工程施工质量验收标准》等一系列标准和规范，并经国家相关部门审查后颁布实施，对于保证砂浆大规模施工质量具有重要的作用。与国外同类技术相比，项目组的水泥乳化沥青砂浆在制备工艺、运输工艺