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客运专线桥上板式无碴轨道CA砂浆的性能试验研究

提要：####客运专线桥上首次采用板式无碴轨道新技术，该项技术最为重要的是“CA”砂浆技术，其性能指标能否达到设计要求是满足今后高速铁路运营要求的关键。本文简要介绍了“CA”砂浆的性能试验研究。主题词：客运专践；板式轨道；CA砂桨1前言
CA砂桨(即：乳化饰青水泥砂桨)弹性调整层是板式无碴轨道结构的关健组成部分，其性能的好坏直接形响板式轨道应用的耐久性和维修工作。我国尽管在70～80年代针对铁路沥青道床，对CA砂浆开展了长期、系统的试验研究工作，并在车站、隧道、专用线上进行了试铺，但针对高速、快速铁路板式轨道使用条件下的CA砂浆研究最近几年才用刚起步。为了在较短时间内完成各项试验研究工作，由铁科院与中铁三局有关人员组成的课题组根据科教函[1999]178号文“秦沈客运专线无碴轨道关键技术的研究——沙河、狗河特大桥上无碴轨道技术评审意见”的建设中关于“继续研究优化CA砂浆的配方和工艺，进行各项性能试验”的要求，投入了大量的人力物力，在借鉴日本新干线板式轨道CA砂浆的研究资料与国内沥青道创方面的研究成果的基础上，针对在秦沈客运专线桥上铺设板式轨道的具体使用条件，提出了板式轨道CA砂浆的性能指标与试验方法，研制出相应的原材料配方与配制施工工艺，并通过各项性能试验进行了验证，为秦沈客运专线板式无碴轨道CA砂浆的应用提供了技术依据。
2国内外概况
2。1日本板式轨道CA砂浆的开发概述
日本国铁自1965年开始研究少维修为目标的板式无碴轨道，经在全国新干线高速铁道上的几次试铺，1970年在山阳新干线初次大量施工取得成功。在研究中作为板式轨道结构的关键技术——弹性调整层材料（CA）砂浆得到了广泛应用。经过30多年的试验研究和试铺，日本铁路积累了丰富的实践经验，近年来又根据其不同的使用条件，如：温暖地区、寒冷地区、海岸线、减援区段、现场修补等，开发出各种不同的CA砂浆配方与天从材料，并提出了相应的性能试验方法、施工工艺等，为板式轨道结构在日本新干线的全面推广应用打下了坚实的技术基础。至今日本铁路CA砂浆的使用量达到约40万m3以上，铺设的轨道达2500km多。
日本板式轨道CA砂浆的开发历程可概述为一下几个阶段，即：温暖地区用的CA砂浆→寒冷地区用的CA砂浆→现场修补用的CA砂浆。
初期开发的CA砂浆，经现场试铺后，在山阳新干线、武佐野线、湖西线等较温暖地区大量推广应用，达到了填充轨道板与底座间隙、提供一定的轨道弹性的预期效果。但随着板式轨道结构在全国范围内的推广应用，特别是在东北、上越新干级线等寒冷和积雪地区，这种填充材料的抗冻害性问题逐渐暴露出来。为此，日本铁路技术研究所针对性地进行了CA砂浆的材质改良的试验研究工作，材质改良的试验研究工作包括：掺入消泡剂和AE剂并进行高速搅拌等技术，使砂浆产生适量微小的独立气泡，使其达到提高抗冻性能的目的；采用超快硬性水泥，改善了在寒冷季节中施工的耐初期冻害性；掺入P乳剂和玻璃纤维，改善其抗裂性，提高其抗冻性。作为研究成果，寒冷地区用的CA砂浆(No.33配方)在1978年研创成功，并在新干线和其它既有线上上大量应用。
板式轨道在日本推广应用过程中，尽管进行了弹度特性、耐久性等方面的系统研究，但由于施工、荷载和气候等因素的影响，CA砂浆层不可避免会产生伤损，其中少量发展到了需要修补的程度。这其中主要发生在处于长钢轨伸缩调节器两侧的凸形挡台与轨道板之间的CA砂浆填充层。据日本对上越新干线的CA砂浆伤损调查资料，其伤损率平均达到7。6%，其损务形式为砂浆层压渍、缝隙等。分析其产生伤损的原因主要是钢轨纵向力的影响，表1、表2所列分别为CA砂浆的伤损与长钢轨铺设实践、扣件扭矩的关系。
表中可以看出，铺设长钢轨的时间越长、扣件扭矩越大，CA砂浆的伤损率越高。
为此，日本铁路开始进行CA砂浆现场修补材料的研究，初期的现场修补主要采用树脂材料，即将伤扭部分窗凿除，用强度、弹性较好的树脂材料填充修补，但由于树脂材料费用昂贵，推广应用有困雄，因此开发较树脂材料价格低廉的补修材科成为了新的研究问题。日野土木试验所通过在CA砂浆中掺入玻璃纤维、聚合物等材料，进行了大量室内性能试验与现场试铺，达到了价格较低廉，列车间隔时间内施工、修补用CA砂浆与混凝土的粘接性能、抗冻性能优良等预期效果，并大量推广应用。
2.2.国内概况
我国铁路早在1957年就针对新型轨下基础——沥青道床的研究开展了乳化沥青水泥砂浆的研究，铁科院快建所沥青课题组在研究过程中，对乳化沥青，水泥砂浆进行了大量的试验工作，80年代初，相继在车站、隧道桥梁以及有特殊要求(如轨道基础等)的专用线上试铺了沥青道床，使用效果良好，达到了减少线路维修工作量的目的。课题组还在部科研项目“大瑶山隧道轨下基础的研究”的研究成果中，