CA砂漿模版課件

高速鐵路板式無碴軌道用

CA砂漿材料與技術(shù)

鐵路軌道結(jié)構(gòu)分為有碴與無碴兩種型式。無碴軌道所顯現(xiàn)出的優(yōu)勢（軌道穩(wěn)定性高、剛度均勻性好、結(jié)構(gòu)耐久性強、維修成本低等）使其成為當今高速鐵路發(fā)展的主要方向。常用的無碴軌道結(jié)構(gòu)形式有軌枕埋入式、板式。目前，板式軌道結(jié)構(gòu)有日本新干線板式（CRTS-I型）與德國博格板式（CRTS-II型）兩種。板式無碴軌道CRTS-ICRTS-II板式無碴軌道的技術(shù)優(yōu)點減輕橋梁二期恒載——橋梁。減少隧道開挖面積——隧道。日本新干線板式軌道德國博格板式軌道技術(shù)類型CA砂漿抗壓強度/MPa彈性模量/GPa技術(shù)特點比較關(guān)鍵技術(shù)博格板式Ⅱ型>157~10整體性好，軌道板制造精度高、軌道施工技術(shù)較復(fù)雜、成本較高軌道板制造新干線板式Ⅰ型1.8~2.50.1~0.4軌道板制造技術(shù)相對簡單、施工簡便，經(jīng)濟性好，維護方便，CA砂漿技術(shù)難度大CA砂漿技術(shù)I型與II型板式結(jié)構(gòu)特點比較德國博格板式軌道結(jié)構(gòu)保護層＞110mm，C35鋼筋混凝土彈性層，10mm，硬質(zhì)泡沫塑料板底座，300mm，C35鋼筋混凝土聯(lián)結(jié)層，30mm，II型CAM(E=7~10GPa)軌道板，200mm，C45/55混凝土橋面日本新干線板式軌道結(jié)構(gòu)軌道板，190mm，C45/55混凝土彈性調(diào)整層，50mm，I型CAM（E=0.1~0.4GPa）底座，300mm，C35鋼筋混凝土兩者在設(shè)計理念、材料性能上有較大差異。日本新干線板式軌道1964196519722007——發(fā)展路線圖東海道新干線通車,世界首條200km/h的高速鐵路日本鐵路局（JNR）著手研究“新型軌道結(jié)構(gòu)”開發(fā)出無碴軌道結(jié)構(gòu)，命名為“板式軌道”，并應(yīng)用于三陽新干線目前，日本既有線路中共有1244km的板式軌道結(jié)構(gòu)

為整個新干線網(wǎng)絡(luò)的57％CA砂漿的作用與功能

CA砂漿（CementAsphaltMortar，CAM）是填充于軌道板與混凝土道床之間的一種彈性、緩沖材料結(jié)構(gòu)層。CA砂漿的主要功能：全面支承軌道板調(diào)整軌道板安裝精度緩沖高速列車荷載板式無碴軌道的施工工藝砂漿原料水泥瀝青乳液

細砂

水其他水泥(23％)瀝青(30％)細砂(24％)水(13％)孔隙(10％)砂漿微觀結(jié)構(gòu)砂漿組分比例CA砂漿的組成與結(jié)構(gòu)特點

CA砂漿是由水泥、瀝青乳液、砂、外加劑等多種材料組成的一種有機無機復(fù)合材料。CA砂漿的硬化基體是由瀝青形成的連續(xù)相包裹著水泥水化產(chǎn)物和細骨料形成的一種復(fù)雜的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

顯見，I型與II型CA砂漿在組成和結(jié)構(gòu)上有本質(zhì)的區(qū)別，I型CA砂漿的組成結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，其制備與施工技術(shù)的要求更難。砂漿有機物所占體積比例組成特點性能特點PMM＜5％以無機材料為主性能表現(xiàn)為水泥材料的基本特征II

型CA＜15％以無機材料為主性能表現(xiàn)為水泥材料的基本特征I型CA30%水泥與瀝青用量相當組成復(fù)雜，環(huán)境敏感性高。I型、II型CA砂漿與聚合物改性水泥砂漿（PMM）比較

瀝青乳液顆粒表面帶電荷，水泥水化粒子也帶電荷，它們之間存在適應(yīng)性問題。兩者體量的相當，增加了組成結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性（形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）。根據(jù)CA砂漿在板式軌道中的作用與功能，其技術(shù)要求為：

穩(wěn)定的力學性能和適宜的彈性性能

高早強、后期強度穩(wěn)定、較低的彈性模量

高耐候性與耐久性

溫變適應(yīng)性、高溫抗變形、低溫抗凍裂、抗老化與耐疲勞

體積穩(wěn)定性與變形的可控性

體積變化的可設(shè)計性、長期體積穩(wěn)定性

良好的施工性能

高流動性與均質(zhì)性、優(yōu)良的自充填與自密實性能CA砂漿的技術(shù)要求國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀無碴軌道技術(shù)的研發(fā)和使用起于上世紀60年代，歷經(jīng)40余年，形成了具有各國特色的系列化、標準化產(chǎn)品。其中日本代表著I型CA砂漿當前的世界水平和主導(dǎo)技術(shù)，是目前世界上鋪設(shè)高速鐵路里程最長的國家（已達2700延Km）。由于日本所形成的壟斷，造成其技術(shù)的使用價格昂貴。（如專用瀝青乳液高達12000元/噸，其相應(yīng)的CA砂漿則為6000元/m3以上。）

另一方面，由于CA砂漿是一種對溫度氣候和原材料適應(yīng)性很敏感的材料，即使引進和采用日本技術(shù)，還存在著與我國氣候（嚴寒、酷暑、溫差較大與潮濕地區(qū)）與原材料的適應(yīng)性問題。我國無碴軌道技術(shù)研究基本與國外同步，曾研究過幾種型式，在鐵路干線的隧道和大型客站進行過一些小區(qū)段試驗，I型CA砂漿技術(shù)也在小跨度簡支梁橋上進行過試驗。通過這些工作，積累了一定的經(jīng)驗，但我國的研究還不深入、不系統(tǒng)，如：尚缺乏I型CA砂漿在大跨度橋梁、土質(zhì)路基和岔道段的試驗，根據(jù)有關(guān)文獻介紹，已有試驗也還存在一些需要深入研究的問題。另一方面，過去試驗段的設(shè)計在時速均小于300km/h，而目前高速鐵路設(shè)計時速已達到350km/h，其車輛的沖擊更強、頻率更高。同時，高速鐵路建設(shè)規(guī)劃涉及廣闊的高溫、溫差大、氣候更復(fù)雜的區(qū)域，這對CA砂漿的性能及其總體技術(shù)提出了更高的要求。因此，我們必須在引進、消化吸收先進技術(shù)和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，立足國產(chǎn)化，增強自主創(chuàng)新能力，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，滿足國家重大需求！文獻來源：①田家升.秦沈客運專線無碴軌道應(yīng)用情況的比較和分析.石家莊鐵道學院學報,2004,17(5)；②傅代正,黃金田,鄭新國.橋上板式無碴軌道CA砂漿施工技術(shù).鐵道建筑技術(shù),2006(2)；③徐振龍,錢振地,秦德進.不同結(jié)構(gòu)形式無碴軌道施工對比分析.鐵道建筑,2005(3)；④徐振龍,王智勇.板式無碴軌道綜合施工.鐵道建筑,2006(2)；⑤金守華.板式軌道用CA砂漿關(guān)鍵技術(shù)的研究.鐵路客運專線建設(shè)技術(shù)交流會論文集,2005；1999年在秦沈鐵路客運線的雙河橋(740m)、狗河橋(741m)進行了I型CA砂漿技術(shù)的試驗。存在的主要問題

CA砂漿中瀝青組分的性能不適應(yīng)使役環(huán)境

對溫度的穩(wěn)定性（耐高、低溫）、耐候性（耐候性、抗老化）。

瀝青乳液的質(zhì)量難符合大規(guī)模應(yīng)用的要求

瀝青乳液熱力學、動力學不穩(wěn)定（受儲運、施工、環(huán)境溫度影響作用）。

CA砂漿材料性能設(shè)計及質(zhì)量問題

缺乏性能的可設(shè)計性，施工性能不佳，耐疲勞性與耐久性不良。

施工質(zhì)量的穩(wěn)定控制技術(shù)難度大

原材料（地材）適應(yīng)性、復(fù)雜環(huán)境施工技術(shù)，質(zhì)量監(jiān)控與檢測。

砂漿在強沖擊、高頻率荷載作用下的耐久性問題

高速列車荷載作用條件變化對材料的抗疲勞性能與耐久性更高的要求。

CA砂漿的關(guān)鍵技術(shù)

高性能瀝青基材的性能設(shè)計與改性技術(shù)

制備出適應(yīng)我國氣候特點與高速列車作用的的高耐候、高彈性恢復(fù)率瀝青基材。

瀝青乳化與乳化工藝、裝備技術(shù)開發(fā)解決因熱瀝青與乳化液之間溫差大而導(dǎo)致的乳化過程氣化問題，提高乳化質(zhì)量。

瀝青乳液顆粒超細化分散技術(shù)提高瀝青乳液體系的分散性，改善瀝青乳液的溫度適應(yīng)性與儲運穩(wěn)定性。

水泥水化與瀝青破乳膠結(jié)過程的匹配設(shè)計與控制通過無機材料性能調(diào)整、外加劑開發(fā)與配比優(yōu)化，改善瀝青乳液與水泥的適應(yīng)性。

高性能CA砂漿的性能(多用途)設(shè)計與制備施工技術(shù)

開發(fā)出能適應(yīng)不同環(huán)境條件要求的CA砂漿產(chǎn)品與植被施工技術(shù)。

CA砂漿的原材料選擇——水泥水泥是CA砂漿中主要的膠結(jié)材料之一，同時它的水化又能有效地促進乳化瀝青的破乳膠結(jié)，因此，水泥對CA砂漿的新拌狀態(tài)和后期的硬化膠結(jié)過程有著重要的影響。要嚴格選擇水泥品種和強度等級。早強波特蘭水泥。為此新鮮水泥要妥善保管并貯藏。由于CA砂漿中絕對水灰比較大，且灌注后在24h內(nèi)需要至少有0.1MPa的強度，因此一般采用早強型普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5級及以上。CA砂漿的原料——摻和材

摻合材主要指膨脹劑，常用鈣釩石類膨脹劑。其膨脹性能能與水泥—瀝青的膠結(jié)硬化和后期的強度發(fā)展協(xié)調(diào)一致，而且具有膨脹量合適的優(yōu)點。有時為了改善制備砂漿的均質(zhì)性、和易性及其硬化體的力學性能，常添加一些礦物摻和料，如硅灰、粉煤灰、礦渣等。膨脹劑性能指標序號指標名稱標準序號指標名稱標準1細度0.08mm篩篩余（%）≤103限制膨脹率水中14d（%）≥0.021.25mm篩篩余（%）≤0.5空氣中28d（%）≥-0.022氧化鎂含量（%）≤5.0CA砂漿的原料——鋁粉鋁粉作為CA砂漿尚未固化前的膨脹劑。適當?shù)匿X粉摻量產(chǎn)生體積膨脹足以抵消CA砂漿24h內(nèi)高達2~3%的體積收縮。在溫度和PH值相同的條件下，對鋁粉發(fā)氣具有決定性影響的主要因素是鋁粉的純度、細度和顆粒形狀。

一般對鋁粉提出下列具體要求：（1）鋁粉應(yīng)呈銀灰色，沒有結(jié)塊，無污泥雜質(zhì)（2）鋁粉的顆粒形狀應(yīng)呈鱗片狀，且細度為300μm篩通過率大于98%（3）金屬鋁的含量不應(yīng)少于88%，有機化合物的含量不應(yīng)超過1.5%CA砂漿的原料——消泡劑在機械攪拌過程中，CA砂漿中往往會引入大量氣泡。雖然合理的氣泡含量和氣孔結(jié)構(gòu)可緩和CA砂漿層內(nèi)的自由水受凍害膨脹時產(chǎn)生的冰晶壓力，提高CA砂漿的抗凍性能，但氣泡含量的增加會導(dǎo)致其強度降低。研究表明，CA砂漿合適的氣泡含量應(yīng)在8％－16％。通過摻入消泡劑，可以優(yōu)化CA中的氣孔結(jié)構(gòu)和氣泡含量，提高CA中耐久性和耐候性。目前常用的消泡劑主要有有機硅類、磷酸三丁酯。

消泡劑應(yīng)具備：

（1）化學穩(wěn)定性好，具有較低的表面張力和HLB值（2）不溶于被消泡的介質(zhì)，能按一定的粒子大小均勻分布于泡沫介質(zhì)中（3）加到氣泡體系中，不影響體系的性質(zhì)（4）無生理活性，安全性高瀝青乳液是瀝青顆粒均勻分散在乳化劑與穩(wěn)定劑組成的水溶液中而形成的一種熱力學穩(wěn)定的懸浮體系。CA砂漿的原料——瀝青乳液水包油油包水油水互混乳狀液存在的三種狀態(tài)瀝青乳液的破乳過程改性基質(zhì)瀝青改性瀝青瀝青乳液乳化改性乳化瀝青乳液的生產(chǎn)方式瀝青乳液生產(chǎn)流程圖穩(wěn)定劑酸液乳化劑瀝青瀝青乳液膠體磨進水口瀝青乳化與改性生產(chǎn)設(shè)備1、工作性能－灌注性能CAMI型、II型的性能指標與試驗方法砂漿類型項目單位指標要求CAMI型流動度s18～26可工作時間min≥30CAMII型流動度s80～120擴展度/D5≥280mm和t280≤16sD30≥280mm和t280≤22sCAM的性能指標與試驗方法1/12/202325可工作時間流動度(18-26s)I型CAM的工作性表征擴展度(16-22s）50mm190mm280mmII型CAM的工作性表征流動度(80-120s)含氣量測定儀2、含氣量－抗凍性砂漿類型項目單位指標要求CMAI含氣量%8～12表觀密度kg/m3>1300CMAII含氣量%≤10.0表觀密度kg/m3≥1800空氣量（％）＝（理論容重－實測容重）/理論容重×100％理論容重＝各材料重量之總和/各材料的重量/比重的總和錐形瓶3、體積穩(wěn)定性－板下空間填充致密砂漿類型項目單位指標要求CAMI膨脹率%1~3CAMII膨脹率%0～2.0游標卡尺hH玻璃板250ml量筒CAMD體積膨脹率（％）＝0.000314×（H0-H24）×D2線膨脹率（％）＝(h2-h1)/h1×100%早期體積穩(wěn)定性取樣的CAM注入4×4×16cm的模具內(nèi)，在20±1℃、濕度68％的條件下養(yǎng)生1天（24h）后脫模，用比長儀測量CAM在齡期1、3、7、28、60、90天的長度變化率。長期體積穩(wěn)定性4、材料分離度砂漿類型項目單位指標要求CAMI材料分離度%<1.0CAMII材料分離度%<3.024h28dCAMI：

以應(yīng)變控制加載：1mm/min，試件Φ50×50mm,養(yǎng)護條件：20±3℃，R.H.65±5%4、力學性能CAMII：以應(yīng)力控制加載，50－500N/s，試塊為4×4×160mm。養(yǎng)護條件：1d脫模，標養(yǎng)7d，然后20±2℃，R.H.60±5%砂漿類型項目單位指標要求1d7d28dCAMI抗壓強度MPa>0.10>0.70>1.80CAMII抗壓強度MPa≥2.0≥10.0≥15.0抗折強度MPa≥1.0≥2.0≥3.0砂漿類型項目單位指標要求CAMI彈性模量MPa100－300CAMII彈性模量MPa7000－100005、抗凍性砂漿類型項目指標要求CAMI抗凍性300次凍融循環(huán)試驗后，相對動彈模量不得小于60％，質(zhì)量損失率不得大于5％CAMII抗凍性外觀無異常，剝落量≤2000g/m2，相對動彈模量≥60%6、耐久性砂漿類型項目指標要求CAMI耐候性無剝落、無開裂、相對抗壓強度不低于70%CAMII抗疲勞性10000次不斷裂（1）原材料——水泥

CAM-I、CAM-II均要求采用強度等級不低于42.5的硅酸鹽水泥或快硬硫鋁酸鹽水泥（提高早期強度），其技術(shù)要求應(yīng)符合GB175或JC933的規(guī)定。CAM的制備關(guān)鍵技術(shù)1、CAM的配合比設(shè)計改性基質(zhì)瀝青改性瀝青瀝青乳液乳化乳化——瀝青乳液瀝青或改性瀝青與水在乳化劑、穩(wěn)定劑等的作用下經(jīng)過機械剪切作用制得的均勻分散體。CAM-I用普通瀝青技術(shù)要求CAM-II用普通瀝青技術(shù)要求應(yīng)選用重交通道路石油瀝青或道路石油瀝青（B級以上）。SBS改性瀝青技術(shù)指標CAM-I用SBS改性瀝青技術(shù)要求CAM-II用SBS改性瀝青技術(shù)要求SBR改性瀝青技術(shù)指標CAM-I用SBR改性瀝青技術(shù)要求CAM-II用SBR改性瀝青技術(shù)要求CAM-I用乳化瀝青技術(shù)要求CAM-II用乳化瀝青技術(shù)要求采用河砂、山砂或機制砂。細骨料應(yīng)為最大粒徑小于2.36mm的巖石顆粒，不得包含軟質(zhì)巖、風化巖石的顆粒?！毠橇希ㄉ埃┮瞬捎糜袡C硅類消泡劑。宜采用硫鋁酸鈣類膨脹劑，除初凝時間應(yīng)大于60min外，其它性能應(yīng)符合JC476的規(guī)定?！蛎泟輨龤鈩┮瞬捎盟上泐愐龤鈩?。采用鱗片狀鋁粉，其性能應(yīng)符合GB/T2085.1的規(guī)定。——鋁粉在溫度和PH值相同的條件下，對鋁粉發(fā)氣具有決定性影響的主要因素是鋁粉的純度、細度和顆粒形狀。（1）鋁粉應(yīng)呈銀灰色，沒有結(jié)塊，無污泥雜質(zhì)（2）鋁粉的顆粒形狀應(yīng)呈鱗片狀，且細度為300μm篩通過率大于98%（3）金屬鋁的含量不應(yīng)少于88%，有機化合物的含量不應(yīng)超過1.5%CAM－I型設(shè)計基本原則：（a）水泥用量宜在250～300kg/m3之間。（b）水灰比宜不大于0.90。（c）乳化瀝青（含聚合物乳液）與水泥的比值應(yīng)不小于1.40。CAM－II型設(shè)計基本原則：（a）水泥用量宜不小于400kg/m3。（b）乳化瀝青與水泥的比值宜不小于0.35。（c）水灰比宜不大于0.58。（2）配合比設(shè)計關(guān)鍵參數(shù)水泥水慢攪30s快攪60s瀝青乳液砂消泡劑鋁粉慢攪30s快攪120s慢攪60s摻合料2、CAM的拌和工藝工藝A：分批加料拌和工藝各研究單位在制備CAM時采用的加料順序有所不同。水泥外加劑水慢攪30s快攪60s瀝青乳液鋁粉慢攪30s快攪120s慢攪60s拌勻摻合料細集料工藝B：干料拌和工藝干料：由水泥、細骨料、摻和料、外加劑等按一定比例經(jīng)機械攪拌制得的均勻干粉材料。