水泥乳化沥青砂浆施工技术(CRTSⅡ型).ppt

1、水泥乳化沥青砂浆施工技术(CRTS型),2009年3月,无砟轨道技术再创新攻关组,第三章CRTS型板低弹模水泥乳化沥青砂浆,简介CRTS型板式无砟轨道,1 轨道结构,CRTS型板式无砟轨道由滑动层、底座板（桥上）/支承层（路基隧道上）、水泥乳化沥青砂浆填充层、轨道板、板间纵向连接、钢轨及扣件等结构组成（如图1.2.1所示）。CRTS型板式无砟轨道通过在轨道板灌注口中灌注水泥乳化沥青砂浆，砂浆硬化后将已经精调到位和临时固定的预制轨道板和基础支承层连接为整体，利用板间粘接力完成轨道板三向永久定位。同时，通过轨道板预留钢筋的纵向联结提高轨道纵向整体刚度和轨道板板端抗翘曲能力。无砟轨道施工完成后，水泥

2、乳化沥青砂浆调整层作为轨道结构的一部分永久参与工作，要求与其他轨道构件具有一致的耐用性。,1 轨道结构,目前在我国已经成功应用在了京津城际铁路和武汉综合试验段上，成型的CRTS型板式无砟轨道外观如图1.2.2所示。,图1.2.2 CRTS型板式无砟轨道实景,简介CRTS型板式无砟轨道,2 砂浆功能,水泥乳化沥青砂浆作为轨道板和底座之间的调整层，主要起到填充、支撑、承力、传力的作用，并可为轨道提供适当的刚度和弹韧性。水泥乳化沥青砂浆的性能直接影响到轨道结构的平顺性、列车运行的舒适性与安全性、轨道结构耐久性和运营维护成本，是CRTS型板式无砟轨道的关键工程材料之一。,CRTS型板的尺寸虽与CRTS

3、型板相近，但其设置横向假缝允许开裂，类似“串联宽轨枕”式结构，对下部变形的自适应能力较强，对下部缓冲协调和均匀受力的要求较低，故其下部水泥乳化沥青砂浆垫层的主要功能是：施工调整（充填空隙）、传递荷载、约束轨道板。,简介CRTS型板式无砟轨道,砂浆的填充作用主要是保证轨道板、充填垫层和基础支承层之间的共同作用，因此砂浆应能充分填满轨道板和基础支承层之间的安装空隙，使列车荷载按照理想的模式通过轨道板由垫层传递至基础支承层, 施工调整, 传递纵向及横向荷载 列车运行过程中特别是制动时会对轨道板产生一个附加的纵向力，弯道行车又会对轨道板产生一个附加的横向力。在不设置凸形挡台的CRTS型板式无砟轨道中，

4、附加的纵向和横向力均要通过垫层砂浆在轨道板和基础支承层间传递。, 传递轨面系统荷载, 传递竖向荷载 砂浆垫层作为轨道板与基础支承层之间相对位置的调整层，起到传递荷载的作用。砂浆垫层所受荷载主要为轨道板及轨面系统自重、高速列车冲击荷载两部分。,2 砂浆功能,简介CRTS型板式无砟轨道,连续结构使得砂浆约束轨道板位移成为可能，垫层砂浆依靠其抗剪作用实现约束轨道板的功能。因此，砂浆硬化后不仅要与基础支承层产生一定的粘结强度，同时应与轨道板之间粘结可靠。只有垫层砂浆与轨道板粘结牢固后才能保证拆除临时支架后的轨道板位置保持精调后的状态，同时确保轨道板在行车状态下位置的相对固定。, 约束轨道板,2 砂浆功

5、能,简介CRTS型板式无砟轨道,第三章CRTS型板高弹模水泥乳化沥青砂浆,第一节高弹模水泥乳化沥青砂浆的组成与性能,乳化沥青是沥青或改性沥青与水在乳化剂、稳定剂等的作用下经机械剪切作用下制得的均匀分散体。,高弹模水泥乳化沥青砂浆是由乳化沥青、水泥、细骨料、水和外加剂经特定工艺搅拌制得的具有特定性能的砂浆。其主要组成材料有乳化沥青、干料、水、减水剂、消泡剂，如图3.1.1所示。,3.1.1高弹模水泥乳化沥青砂浆的组成, 乳化沥青,干料是由水泥、细骨料、外加剂等按一定比例经机械搅拌制得的均匀干粉材料。水泥乳化沥青砂浆是一种多组分、多物相的混合砂浆。, 干料,图3.1.1 水泥乳化沥青砂浆的组成,3

6、.1.2 水泥乳化沥青砂浆的性能,为使砂浆垫层满足板式无砟轨道结构的要求，水泥乳化沥青砂浆必须具有以下四方面的性能： 施工性能：流动性、稳定性、匀质性、可工作时间等 物理性能：单位体积质量、含气量、膨胀率等 力学性能：抗压强度、弹性模量等 耐久性能：抗冻性、抗疲劳性等,这些性能是相互关联、相互影响的，砂浆垫层的力学性能与耐久性能不但取决于水泥乳化沥青砂浆的组成与配比，而且在很大程度上取决于施工性能与现场施工质量控制。客运专线铁路CRTS型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件（以下简称暂行技术条件）规定的水泥乳化沥青砂浆技术性能指标要求如表3.1.1所示。,第一节高弹模水泥乳化沥青砂浆的组成

7、与性能,3.1.2 水泥乳化沥青砂浆的性能,CRTS型板式无砟轨道用水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件（简称暂行技术条件）规定的技术性能指标要求如表3.1.1所示。,第一节高弹模水泥乳化沥青砂浆的组成与性能,注：（1） D5表示砂浆出机扩展度；D30表示砂浆出机30min时的扩展度；t280表示砂浆扩展度达280mm时所需的时间。, 施工性能,水泥乳化沥青砂浆的施工性能包括拌合物温度、扩展度、流动度、分离度。,A拌合物温度：温度是影响水泥沥青砂浆施工性能的重要因素之一。温度过高，易导致水泥沥青砂浆破乳或工作性能损失过快，影响施工。温度过低，对水泥沥青砂浆的灌注质量、强度发展、施工进度产生较大的影响。

8、因此，暂行技术条件规定，新拌砂浆的温度应在535。,第一节高弹模水泥乳化沥青砂浆的组成与性能,3.1.2 水泥乳化沥青砂浆的性能,B扩展度：是指将一定量的砂浆装满扩展度筒（内径为50mm，高为190mm）后，将扩展度筒垂直提高15cm时砂浆扩展的直径，如图3.1.2所示。,图3.1.2 砂浆的扩展度, 施工性能,水泥乳化沥青砂浆的施工性能包括拌合物温度、扩展度、流动度、分离度。,第一节高弹模水泥乳化沥青砂浆的组成与性能,3.1.2 水泥乳化沥青砂浆的性能,B扩展度：,水泥乳化沥青砂浆的扩展度是衡量水泥乳化沥青砂浆流动性能的一个非常重要的指标，扩展度反映了砂浆的自流平能力，它直接影响了砂浆的灌板

9、效果和灌板质量。合适的扩展度是保证板底水泥沥青砂浆饱满的前提条件之一。扩展度过小，水泥沥青砂浆在板下缝隙中很难流开，无法灌满板或在边角处灌注不到位，暂行技术条件规定了砂浆的最小扩展度为280mm。但这并不意味着砂浆的扩展度越大越好。实际上，砂浆的扩展度过大，砂浆极易产生离析，灌板后砂浆会出现粗颗粒集聚在下层，细集料集聚在砂浆的上层。砂浆的扩展度受原材料、配合比、搅拌设备影响较大。, 施工性能,水泥乳化沥青砂浆的施工性能包括拌合物温度、扩展度、流动度、分离度。,C流动度：是指1L砂浆从规定的漏斗中全部连续流出的时间，以秒（s）计。流动度也是反映砂浆流动性能的指标。暂行技术条件规定80s120s。

10、在实际施工中，如能保证板底砂浆饱满，可允许放宽对水泥沥青砂浆流动度的要求。流动度的测试如图3.1.3所示。,第一节高弹模水泥乳化沥青砂浆的组成与性能,3.1.2 水泥乳化沥青砂浆的性能,D分离度：是指50mm50mm砂浆试件上下两部分的密度差。,图3.1.3 砂浆的扩展度,分离度是表征砂浆匀质性的指标。水泥乳化沥青砂浆是由多组分、多物相混合而成的，其中有液相、固相和气相，有密度较小的空气、有机材料和水等，有密度较大的水泥颗粒和砂，各相的密度相差较大，在重力作用下，密度较大的物相会在新拌砂浆中下沉，而密度较小的物相会上浮，造成新拌砂浆匀质性差。为了保证灌注施工后的砂浆垫层是均匀的，要求这些物相均

11、匀分布在新拌水泥浆体中，即新拌砂浆应具有很好的匀质性。, 物理性能,水泥乳化沥青砂浆的物理性能有密度和体积变化，其评价指标为含气量、单位容积质量和膨胀率。,A含气量：水泥乳化沥青砂浆中有很多表面活性剂，在搅拌的过程中会产生很多气泡；另一方面，为了改善硬化砂浆垫层的抗冻性，还添加了少量引气剂，因而，砂浆中含有较多气泡。砂浆中含有一定量和较小孔径的气泡对砂浆的流动性、抗离析分离性能和硬化砂浆的抗冻性是有益的，而过多的含气量和较大的气泡会降低砂浆的强度和耐久性能，因此，应采用消泡剂对水泥乳化沥青砂浆进行消泡处理。暂行技术条件规定，砂浆的含气量应小于10。,第一节高弹模水泥乳化沥青砂浆的组成与性能,3

12、.1.2 水泥乳化沥青砂浆的性能,图3.1.4 砂浆含气量仪,砂浆含气量的测试原理与混凝土一样，不同的是砂浆含气量仪的容积为1L。砂浆含气量仪如图3.1.4所示。, 物理性能,水泥乳化沥青砂浆的物理性能有密度和体积变化，其评价指标为含气量、单位容积质量和膨胀率。,B单位容积质量：单位容积质量表征了砂浆的含气量和弹性模量。砂浆的单位溶剂质量越小，砂浆的含气量越大，弹性模量越低。,第一节高弹模水泥乳化沥青砂浆的组成与性能,3.1.2 水泥乳化沥青砂浆的性能,C膨胀率：由于水泥沥青砂浆是填充精调后的轨道板与水硬性支承层/底座板之间空隙的一种填充材料,因此,达到充分填充是水泥沥青砂浆的最主要的特性。对

13、水泥乳化沥青砂浆来说，在凝结硬化过程中，一般都不可避免地会产生体积收缩现象。为了使砂浆在轨道板与底座板间灌注饱满充盈，砂浆应具有一定的体积膨胀性，因此，必须通过添加膨胀组分来弥补收缩，并用24小时的膨胀率指标评价。, 力学性能,水泥乳化沥青砂浆的力学性能包括砂浆的1d、7d、28d抗折强度、抗压强度和28d的弹性模量。水泥乳化沥青砂浆的强度试验方法与水泥胶砂一样，但由于水泥乳化沥青砂浆的强度较低，因此其加载速度与水泥胶砂不一样。水泥乳化沥青砂浆的抗压强度加荷速度50 N/s500N/s，并须保证试件在30s90s断裂。砂浆的弹性模量试验方法与混凝土的一样。,第一节高弹模水泥乳化沥青砂浆的组成与

14、性能,3.1.2 水泥乳化沥青砂浆的性能,当采用改性乳化沥青进行水泥沥青砂浆拌制时，由于生产改性乳化沥青时的乳化剂、稳定剂等的用量相对较多及沥青性能的影响等原因，会对水泥沥青砂浆的1d强度产生一定的影响，此时可允许适当放宽对水泥沥青砂浆1d的强度要求，但不得影响水泥沥青砂浆的后期强度及其它性能。, 耐久性能,水泥乳化沥青砂浆的耐久性能主要包括砂浆的抗冻性和抗疲劳性能。,第一节高弹模水泥乳化沥青砂浆的组成与性能,3.1.2 水泥乳化沥青砂浆的性能,A抗冻性：水泥乳化沥青砂浆的抗冻性试验方法与混凝土不一样，其采用盐冻法，并用单位面积剥落量和相对动弹性模量表征砂浆的抗冻性能。不同于混凝土测试横向基频

15、来计算相对动弹性模量，砂浆的相对动弹性模量是通过测试试件的超声传播时间计算得到的，超声传播时间测量装置如图3.1.5所示。不同于混凝土快冻法100mm100mm400mm试件，砂浆采用的抗冻试件尺寸为150mm110mm70mm，如图3.1.6所示。盐冻法的冻融循环制度如图3.1.7所示。,图3.1.5 超声传播时间测试仪,图3.1.6 经过密封处理的抗冻试件,图3.1.7 盐冻法冻融循环制度, 耐久性能,水泥乳化沥青砂浆的耐久性能主要包括砂浆的抗冻性和抗疲劳性能。,第一节高弹模水泥乳化沥青砂浆的组成与性能,3.1.2 水泥乳化沥青砂浆的性能,B抗疲劳性能：是指砂浆抵抗10000次疲劳荷载作用

16、的能力。暂行技术条件要求砂浆在如图3.1.8所示的脉冲荷载作用下10000 次不断裂。,图3.1.8 脉冲荷载示意图,其中： 荷载： 应力下限Pu = 0.025 N/mm； 应力上限P0 = 0.35 N/mm 脉冲持续时间： 0.2 s 两次脉冲的间隔： 1.5 s,水泥乳化沥青砂浆的配合比设计原则：,水泥用量宜不小于400 kg/m3。 乳化沥青与水泥的比值宜不小于0.35。 水灰比宜不大于0.58。 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。 水泥乳化沥青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

17、，应重新选定配合比。,第一节高弹模水泥乳化沥青砂浆的组成与性能,3.1.3水泥乳化沥青砂浆的配合比设计,第三章CRTS型板高弹模水泥乳化沥青砂浆,3.2.1水泥乳化沥青砂浆原材料的性能要求及其质量检测方法,水泥乳化沥青砂浆的主要组成材料有乳化沥青、干料、水、减水剂、消泡剂。下面将分别叙述其性能要求和检测方法。,第二节水泥乳化沥青砂浆原材料与质量检测,原材料质量是影响水泥乳化沥青砂浆性能和砂浆垫层灌注施工质量的重要因素，所以，保证灌注施工质量和性能的首要是严格控制进入到施工现场的原材料的质量。, 乳化沥青的组成及其性能要求,乳化沥青是沥青或改性沥青与水在乳化剂、稳定剂等作用下经机械剪切作用下制得

18、的均匀分散体。因此，乳化沥青含有基质沥青或改性沥青、乳化剂、稳定剂、电解质和水等，其固含量（乳化沥青蒸发残留物含量）一般为60左右。, 基质沥青,目前，对石油沥青的结构有胶体理论和高分子理论两种理论。现代胶体理论认为，固态微粒的沥青质是分散相，液态的油分（芳香分、饱合分）为分散介质，胶质使分散相很好的胶溶在分散介质中。沥青的各个不同组分在沥青中形成不同的胶体结构，可以分为溶胶型结构、溶-凝胶型结构、凝胶型结构三种，性质从牛顿流体向弹性体转变。,3.2.1水泥乳化沥青砂浆原材料的性能要求及其质量检测方法,第二节水泥乳化沥青砂浆原材料与质量检测, 乳化沥青的组成及其性能要求, 基质沥青,基质沥青主要