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1、水泥乳化沥青砂浆施工技术(CRTS I型),李海燕 13661019259 ,2009年5月,CRTS型板低弹模水泥乳化沥青砂浆,前言,填充材料的种类与功能,我国的板式无砟轨道是在引进、消化、吸收的基础上经过再创新研发的，具有我国完全自主知识产权的新型轨道，是无砟轨道的主要结构形式之一。板式无碴轨道与传统有碴轨道相比，具有结构高度低、维修保养工作量少、高速行车道碴不飞溅，稳定性好、适用性强、耐久性强和使用寿命长、轨道横向阻力大等特点。主要由混凝土底座、弹性砂浆垫层、预制混凝土轨道板、板间连接构件、钢轨扣件等构成。板式无砟轨道主要分为如下两种型式：,CRTS型板式无砟轨道,CRTS型板式无砟轨道
2、,砂浆垫层 组成：沥青乳液、 水泥、 细骨料、其它添 加剂 功能：支撑、调整，提供弹韧性,凸台树脂 组成：聚醚、异氰酸酯、填料 功能：与凸台一起限制轨道板的纵横向位移，同时提供合适的弹性和刚度。,灌注袋 组成：聚脂无纺布 功能：模板、定位、保护,充填垫板 组成：注入袋及树脂浇铸体 功能：精调钢轨高度,CRTS I 型,CRTS 型,前言,填充材料的种类与功能,普通A型板式轨道 框架型板式轨道,前言,水泥乳化沥青砂浆功能,支撑调整、缓冲协调、阻断裂纹、提供弹性。,（1）支撑调整,保证轨道的平顺性：砂浆垫层厚度一般为50mm左右，砂浆太薄对耐久性有影响，过厚则不经济，所以厚度限制在40100mm之
3、间。,保证轨道结构的耐久性和乘车的舒适性。砂浆的弹性由砂浆的弹性模量表征，弹性模量高低影响其缓冲效果，延展性标志砂浆的变形性能，影响砂浆垫层的变形协调能力。因此，应同时关注垫层砂浆的弹性模量和延展性。,（2）缓冲协调（弹性、延展性）,前言,填充材料的种类与功能,水泥乳化沥青砂浆功能,混凝土底座板允许开裂而轨道板不允许开裂，CRTS型板式无砟轨道结构中用低弹模水泥乳化沥青砂浆，有一定的阻断裂纹向上反射的功能。,（3）阻断裂纹（弹模、延展性）,由上可知，CRTS型板式无砟轨道结构中水泥乳化沥青砂浆垫层的重要功能是支撑调整和缓冲协调。,（4）提供（有限）弹性,水泥乳化沥青砂浆垫层提供的弹性对轨道整体
4、弹性十分有限，扣件弹性比砂浆大得多，而且，砂浆弹性对轨道总体弹性的影响也较小。,前言,填充材料的种类与功能,凸台树脂功能,凸形挡台填充聚氨酯树脂（简称凸台树脂）是CRTS I 型板式无砟轨道的重要组成部分，它填充在轨道板与凸形挡台之间的缝隙中，灌注状态如图1所示，主要起到轨道板的纵横向定位及减振缓冲作用。,图1 图台及填充树脂示意图,前言,填充材料的种类与功能,日本CA砂浆(Cement Asphalt Mortar)的研发始于1965年，从1975年至今共铺设2600km ，分为A配合以及B配合，适用范围见下表,表1 日本A、B配方的使用情况,德国BZ砂浆 (Bitumen Zement M
5、ortar)由于应用时间和里程较短，其使用寿命还有待进一步考察。,前言,国外应用情况,1979年，在北京西北环线军庄至三家店间 40m,1981年，在皖赣线溶口隧道 25m,2002年， 秦沈客运专线国产和日本 2.8km,前言,国内应用情况,2004年，赣龙线枫树排隧道 719m,2005年， 北京东郊环形试验基地 100m 8000多万吨运营考验,前言,国内应用情况,2006年，遂渝线无砟轨道技术综合试验 8km,2007年， 京津城际采用BZ砂浆， 224 km,2006年，台湾高铁应用日本CA砂浆技术铺设了600km,前言,国内应用情况,2008年，武广线武汉综合试验段 40km；,2
6、008年，石太客运专线 95 km；,2008年，滨绥线严寒地区成高子试验段 500m。,前言,国内应用情况,CRTS型板低弹模水泥乳化沥青砂浆,水泥 P型52.5R硅酸盐水泥。,细骨料 河砂或机制硅砂，细度模数为1.41.8。,膨胀剂 硫铝酸钙类。,发泡剂 铝粉等。,此外，还有消泡剂和引气剂等。,1 水泥乳化沥青砂浆的组成与性能,聚合物乳液（P乳剂）,乳化沥青 阳离子型乳化沥青，其固体含量要求在60%左右。,1.1 砂浆的组成,（1） 基本性能,1.2 砂浆的性能,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
7、、延展性等耐久性能：抗冻性、耐候性、抗水性等,1 水泥乳化沥青砂浆的组成与性能,1 水泥乳化沥青砂浆的组成与性能,砂浆温度、流动度和可工作时间测定,测定搅拌后的CA砂浆温度,测定搅拌后的CA砂浆的流动度,拌和温度适应性,步入式恒温恒湿试验室中的验证（ 5、 23 、40 ）。,砂浆在不同的季节进行施工时，必须具有良好的温度适应性（ 5 40 ），以保证砂浆的性能和施工的顺利进行。,步入式恒温恒湿试验室,温控系统,拌和试验,泛浆率,搅拌后的CA砂浆,砂浆的注入,注入后在适当的地方悬挂，一天后目测,分离度测试,含气量,注入一定量的容器 CA砂浆,计量重量算出实测 密度,密度 表观密度,密度,含气量
8、（） , 100,膨胀率,搅拌后的CA砂浆,注入到量筒的 250ml位置,注入后立刻测定从上口到CA砂浆的深度（H0）,1天后再测定深度（H24）， 按照H0和H24测定膨胀率,静置24个小时,膨胀率测试,1 水泥乳化沥青砂浆的组成与性能,压缩强度,搅拌后的砂浆,采压缩试验专用试块 （55）,压缩,把材龄1天、7天、28天的试块用压缩试验机测定压缩強度,力学性能试件的制备及养护,砂浆耐久性试件制备,砂浆抗冻性测试,CRTS型板低弹模水泥乳化沥青砂浆,工作室空气温度602； 相对湿度：705RH； 模拟降雨周期：试样每照射1小时，降雨9分钟； 试验周期为100h、300h、500h。,耐候性 通
9、过模拟自然环境中水-热-光对砂浆的交替作用，采用人工加速老化的试验方法，对比正常养护同龄期试样抗压强度降低幅度表征砂浆的耐候性能。,试验方法：,耐候性试件,水泥乳化沥青砂浆由乳化沥青、水泥、细骨料（砂）、聚合物乳液、膨胀剂、消泡剂、引气剂、铝粉等多种组分构成，材料组成涵盖了有机材料和无机材料，材料众多，性能各异；配制过程涉及到有机化学、无机化学、界面化学和胶体化学等学科，水泥乳化沥青砂浆的性能是各组分相互作用、相互影响的结果，即砂浆的组成原材料之间具有一定的相互适应性。原材料的性能指标除了满足各自规定的要求外，必须以满足最终砂浆的性能为前提。,2 水泥乳化沥青砂浆原材料与质量检测,水泥的主要作
10、用有：,2.1 水泥,为了保证水泥乳化沥青砂浆的施工性能，所用水泥必须与乳化沥青有很好的相容性。目前我国主要采用普通硅酸盐水泥，由于生产原材料匀质性差、生产工艺控制有差异，水泥的细度、化学组成有较大的不同，导致同一厂家不同批次普通硅酸盐水泥用水量变动较大。为保证水泥沥青砂浆施工质量控制，结合国外相关标准要求，客运专线铁路CRTS I型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件规定，水泥应采用强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或快硬硫铝酸盐水泥，其技术要求应符合GB175和JC933的规定。此外，还应按照JTJ052- T0657中的方法，进行水泥与乳化沥青的相容性试验，只有相容性合格的水泥才能用
11、于配制水泥乳化沥青砂浆。,胶结作用，通过水泥水化反应，生成的水化物与砂子等一起赋予砂浆以强度等力学性能；改性作用，可提高沥青的耐高温性能和水泥乳化沥青砂浆的耐久性。,2 水泥乳化沥青砂浆原材料与质量检测,(1) 乳化沥青的组成,2.2 乳化沥青,乳化沥青是将沥青或改性沥青加热热融，和乳化皂液（包括乳化剂、稳定剂、电解质等）与水一起，经乳化机的机械作用，以细小微粒分散于水溶液中形成的水包油型分散体。乳化沥青是砂浆最关键的组成材料，它的性质在很大程度上决定了砂浆的性能。乳化沥青不仅要满足常规的性能指标要求，还要与水泥砂浆体系配合良好，不影响水泥的固化，还要与骨料结合良好，具有优良的综合性能。乳化沥
12、青的组成包括沥青、乳化剂、稳定剂、电解质和水等。,2 水泥乳化沥青砂浆原材料与质量检测,乳化沥青是由什么构成的？,沥青 （石油的蒸馏物） 乳化液 （水表明面活性剂等）在水和油的界面，有“表面张力”，两个物质难以混合均匀例如： 色拉的调味品,沥青,在常温时，是半固体的材料 不易使用使用方法是1）加热，使其粘度变小。 沥青铺装就是用这种方法2）混合进溶剂，使其粘度变小。3）使其成为乳液，使粘度变小。,我们身边的乳化产品,牛奶 蛋黄酱 化妆品 水性漆 等水包油（水中油滴型） 或油包水（油中水滴型）,在显微镜下观察乳化沥青,沥青,表面活性剂的作用,两个物质的边界称为界面，降低这个界面“界面张力”（尽量
13、使界面缩小的力）的物质，称为“表（界）面活性剂”。,乳化沥青的分类,表面的电荷大致分为阳离子、阴离子、非离子按用途分类浸透用混合用洒布用,乳化沥青的生产工艺,乳化沥青为什么相对稳定？,阳离子型,非离子型,静电排斥力,空间位阻,什么是乳化沥青,乳化沥青是构成CA砂浆中具有弹性性质沥青部分的材料。制作乳化沥青所使用的沥青是石油精炼后将针入度调整为80/100直馏沥青（straight asphalt）。乳化液所选用的乳化剂、添加剂应易于与水泥、砂混合且不阻碍CA砂浆强度的增长。,乳化沥青的功能,与水泥和各种混合材料具有良好的混合性且可充分水化。 搅拌后的乳化沥青能确保CA砂浆的流动性并减少材料的分
14、离，保证良好的施工性和充填性。 有助于初期、长期强度的增长和弹性的增强。 改善韧性、变形能力和抗裂性能。 增强耐冲击性、耐透水性以及耐化学药品性。 与收缩补偿用的混合材、消泡剂、AE剂、P乳剂等具有良好的相容性，与这些材料相辅相成，形成减水作用，以助于减少干燥收缩。还应具有协助导入微小气泡的效果，以改善抗冻性。,(2) 乳化沥青的性能,2.2 乳化沥青, 恩氏粘度,微粒电荷、固体含量、恩氏粘度、筛（1.18mm）上剩余量、储存稳定性、与水泥的混合性，以及蒸发残留物的含量、三氯乙烯中的溶解度、针入度、延度和软化点等。, 颗粒电荷,沥青乳化沥青中所含颗粒的电荷。在乳液中通过直流电，沥青颗粒向阴极方
15、向移动时，表明它带正电（），向阳极方向移动时，表明它带负电（）。,在规定的温度中使规定量的乳化沥青从试验装置的小孔流下去所需的时间与在同样的温度中使等量的蒸馏水从试验装置的小孔流下去的时间之比，它表示乳化沥青的粘度。,2 水泥乳化沥青砂浆原材料与质量检测,(2) 乳化沥青的性能,2.2 乳化沥青, 贮存稳定性, 筛余物,将500g乳化沥青注入规定的筛子中，用水冲洗后，将筛上残留物在1055条件下干燥、称重，得出残留物与乳化沥青的质量比，用质量百分率表示。由该值可判断乳化沥青中是否产生了沥青的粗颗粒或块状物。,乳化沥青在规定的容器和条件下，贮存规定的时间后，竖直方向上试样浓度的变化程度，以上、下两部分乳液蒸发残留物质量百分率的差值表示，以判断乳化沥青贮存后的稳定性能。, 低温贮存稳定性,在规定条件下，使乳化沥青冻结融解，进行两次循环，然后过1.18mm筛检查乳液中有无粗颗粒或块状物，观察其在贮存阶段对冻融的表现，判断其能否使用。,2 水泥乳化沥青砂浆原材料与质量检测,(2) 乳化沥青的性能,2.2 乳化沥青, 蒸发残留物, 与水泥混合性,在规定的条件下，硅酸盐水泥与乳化沥青的混合料过筛后的残留物质量占水泥与乳化沥青总质量的百分率。由该值判断水泥与乳化沥青混合后的均匀程度。,
