哈五CA砂浆施工工艺.docx
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哈五CA砂浆施工工艺
CA砂浆施工工艺
中交二公局哈大铁路客运专线五分部党林
摘要:
目前,高速铁路发展迅速,施工技术日渐成熟,CA砂浆(即水泥乳化沥青砂浆)作为板式无碴轨道的主要组成部分,是用于配制高速铁路轨道道床的建筑材料。
本文系统介绍了CA砂浆的组成以及搅拌工艺、灌注工艺,并阐述了砂浆的各项性能指标和试验方法。
关键词:
CA砂浆施工工艺
1、简介
水泥乳化沥青砂浆(简称CA砂浆)是由乳化沥青、水泥、砂、聚合物乳液、消泡剂、膨胀剂、引气剂、铝粉、水等多种组分以一定的比例混合搅拌而成的流动状乳液,其固化后形成的填充层即为CA砂浆填充层,它具有一定的强度和弹性,还具有良好的稳定性和耐久性.
2、CA砂浆原材料及其性能指标要求
2.1乳化沥青
乳化沥青的各项性能指标分别按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052—2000)中规定的方法进行测试和检验,其性能指标应符合《客运专线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》(科技基【2008】74号)的要求。
乳化沥青的储存
(1)采用专用罐贮存,贮罐应配备温控、搅拌、装卸、温度测试及存量显示装置。
(2)乳化沥青的温度必须严格控制在5~35℃以内,应定期进行搅拌,每天不少于1次,每次不少于10min,禁止采用回流方式代替搅拌。
向搅拌车加料前应搅拌一次,乳化沥青的贮存时间不宜大于3个月。
(3)乳化沥青装卸装置宜采用污水泵、隔膜泵。
2.2聚合物乳液
采用高分子聚合物乳液的目的是为了提高砂浆的综合性能,尤其是耐久性能。
与乳化沥青混合时应具有良好的相容性,不得产生凝聚、破乳等现象。
其主要性能应符合下表要求:
聚合物乳液的储存:
贮存应防晒、防包装破裂,保存温度在5~35℃,开封后应尽快使用。
2.3水
水泥乳化沥青砂浆拌合用水应满足饮用水的标准,应符合JGJ63-2006的相关规定。
在确定水源前,必须进行试验室试配,以确定水没有有害影响。
2.4消泡剂
宜采用有机硅类消泡剂。
其作用是消除搅拌时在水泥乳化沥青砂浆中形成的大气泡。
2.5引气剂
宜采用松香类引气剂。
其作用是向砂浆中引入微小的气泡,以提高砂浆的抗冻性和耐久性。
2.6干料
干粉料主要由水泥、细砂、铝粉、膨胀剂组成,采用干粉混合施工工艺与设备,工厂化生产为干料。
CA砂浆干料质量稳定,具有提高CA砂浆的流动性、密实性,减少砂浆的泌水和离析,增强抗折、抗压强度、增加抗冲击性和耐磨性,使CA砂浆成品不分层,提高CA砂浆耐久性等特性。
干粉料的储存:
贮存罐应设有防离析、保温隔热等装置,应防潮防雨,应控制温度在5~35℃范围内。
袋装干料的贮存应采取相应的防水、防潮措施。
贮存期不应超过一个半月。
2.7水泥乳化沥青砂浆性能
水泥乳化沥青砂浆性能的现场检测与质量控制要点如下:
水泥乳化沥青砂浆的技术要求
序号
项目
单位
指标要求
1
砂浆温度
℃
5-40
2
流动度
S
18-26
3
可工作时间
min
≥30
4
含气量
%
8-12
5
单位容积质量
Kg/m3
>1300
6
抗压强度
1d
Mpa
>0.10
7d
>0.70
28d
>1.80
7
弹性模量(28d)
Mpa
100-300
8
材料分离度
%
<1.0
9
膨胀率
%
1.0~3.0
10
泛浆率
%
0
11
抗冻性
300次冻融循环试验后,相对动弹模量不得小于60%,质量损失率不得大于5%。
12
耐候性
无剥落,无开裂,相对抗压强度不低于70%。
注:
试验方法及检测频率详见《客运专线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》(科技基[2008]74号)
3CA砂浆施工工艺
砂浆采用搅拌车进行搅拌,砂浆车由储料系统,配料系统和搅拌系统组成,并配有发电机和空调设备。
3.1配合比确定
3.1.1在经过铁道部审查和实践检验的配方中选定砂浆的理论配合比。
3.1.2在选定的理论配合比基础上,综合考虑原材料、作业环境等因素,通过试验确定砂浆的初始配合比
3.1.3采用初始配合比进行工艺性试验,通过充填层砂浆性能测试和建设单位组织的揭板检查等,并经建设单位试验室的常规检验和型式检验验证确定砂浆的基本配合比。
3.1.4砂浆灌注施工前,现场试验人员在基本配合比的基础上,通过砂浆试拌合,测量其温度、流动度、含气量等指标,以微调并确定的不超出基本配合比允范围,直接用于灌注施工的砂浆配合比,称之为施工配合比。
3.2CA砂浆搅拌工艺参数
3.2.1CA砂浆车称量系统
CA砂浆车称量系统的确定:
①检查厂家的出厂合格证;②请国家计量局对砂浆车的称量系统进行标定;③施工单位对设备进行称量复核,干料称用标准砝码复核,液体用流量进行复核,使其称量误差满足CA砂浆施工所需要的范围内:
乳化沥青±1%;聚合物乳液±1%;干料±1%;引气剂±0.5%;拌合用水±1%,消泡剂±0.5%。
3.2.2砂浆车搅拌工艺
具体搅拌工艺如下:
①加料前应测量各种材料的温度(控制在5℃~35℃),检查干料是否有结块,乳化沥青是否均匀,有无破乳现象等。
②施工前必须通过试验室调整用水量确定配合比。
③开启搅拌机,投入水,启动高速搅拌对搅拌机及叶片进行清理,消除附着物。
④输入配合比与生产数量,计量配料。
⑤启动生产,投料搅拌,低速可以调整范围为(20~50)rmp,中速可以调整范围为(50~90)rmp,高速可以调整范围为(90~150)rmp;搅拌工艺为:
搅拌车运行稳定后调节搅拌速度至30±5rpm,依次加入乳化沥青、聚合物乳液、水、消泡剂等,提搅拌速度至中速70rpm,搅拌60s待液料搅拌均匀后再依次加入干料以及引气剂,加料结束后提高搅拌速度至115rpm,搅拌240秒。
再调整搅拌速度至中速60rpm,搅拌60s中速搅拌结束后,将搅拌速度调节至30rpm,然后从搅拌罐中取砂浆试样进行砂浆温度、流动度、含气量等测试,并与技术条件进行对照,测试过程中搅拌机要保持慢速搅拌。
测试如指标合适,灌注,留样;如指标不合适,进行调整后再灌注。
每盘砂浆拌合量不少于一块轨道板充填层砂浆用量,具体拌合量可按照实际施工时轨道板规格及充填层厚度确定。
3.3CA砂浆性能试验方法及工艺参数
3.3.1流动度和可工作时间
CA砂浆流动度与可工作时间是保证板式轨道CA砂浆灌注施工质量的重要指标。
为确定CA砂浆流动度指标,试验采用特制漏斗进行测定,将拌好的砂浆注入漏斗,打开出口至砂浆全部流出所经历的时间,即为流动度。
适当的流动度对于砂浆的性能与灌注质量非常重要,流动度过小,砂浆会出现离析,影响其强度和耐久性;流动度过大,砂浆粘稠,就难以将轨道板与基础间填充密实,直接影响灌注质量。
借鉴日本板式轨道CA砂浆的流动度指标,结合我国前期进行的大量试验,确定流动度指标在18~26s,可满足性能与灌注要求。
其试验采用漏斗法进行,漏斗上口径为ф70mm,下口径为ф10mm,高度为450mm,将配制好的砂桨注人漏斗内,打开出口阀门,同时开始计时,砂浆全部流出所经历的时间,即为砂浆的流动度。
可工作时间的试验方法与流动度相同,但同一试样每隔10分钟做一次,并绘出流动度曲线,即流动度与累计时间的对应关系。
砂浆在流动度设计范围内所经历的时间,即为砂浆的可工作时间。
3.3.2含气量
CA砂浆的含气量是一个重要指标,在CA砂浆的配制过程中导入适量的微小气泡,可提高在寒冷、积雪地区CA砂浆的抗冻性,这种气泡可缓和CA砂浆层内的自由水等受冻害膨胀时产生的冻晶压力,根据日本铁路的研究结果,空气量达8%以上时,抗冻害性有显著提高,但若超过16%,砂浆层的密实度降低,影响其杭压强度。
为此,设计中将空气量控制在8—12%范围内。
试验方法是采用三角烧瓶称重法。
先由三角烧瓶测试出砂浆的表观密度,公式如下:
表观密度=三角烧瓶内砂浆的质量/三角烧瓶的容积,根据表观密度计算出含气量=(密度-表观密度)/密度×100%
3.3.3膨胀率
CA 砂浆灌注后固化,一般会产生2-3%的收缩,直接影响砂浆的填充效果,为此设计中必须考虑在原材料中添加适量的膨胀剂使其产生膨胀。
膨胀率的大小应严格控制,膨胀率过小,轨道板与砂浆层之间会产生空隙;膨胀率过大,会将调整好的轨道板抬起,直接影响轨道的高低、轨向等线路几何状态。
考虑砂浆灌注后伸缩,设计要求CA砂浆膨胀率应控制在1-3%之内。
CA砂浆膨胀率采用量筒、游标卡尺进行测定。
将配制好的CA砂浆注入容积为250ml量筒内,其上加一块玻璃板,用深度游标卡尺测量灌注时和放置24h后玻璃板至砂浆表面的高度H0和H24。
膨胀率的计算如下式:
膨胀率(%)=0.000314×(H0-H24)×D2 其中D为量筒的内径。
3.3.4材料分离度
在流动度较小或砂的粒径偏大的情况下,CA砂浆原材料之间会出现分离、泛浆或沉淀现象,砂浆的强度和耐久性会相应降低,为保证CA砂浆固化体的匀质性,采用材料分离度作为匀质性评价的指标,CA砂浆的材料分离度在1%以下。
3.3.5抗压强度
为提高CA砂浆抗初期冻害性,提高施工工效,设计中,相应地对不同龄期的强度提出了要求:
1d龄期:
应达到0.1MPa以上,以满足拆模、取出轨道板支撑螺栓的要求;7d龄期:
应达到0.7MPa以上,以满足轨道铺设时搁置重物的要求;28d龄期:
应达到1.8Mpa以上,以满足铁路通车的基本要求。
其试验采用单轴压缩法。
试样为ф50×50mm的圆柱体,在试样达到上述各龄期后,利用压力试验机以1.0毫米/分钟的速率均匀加载,当压力不再上升时候停止加载,其压力最大值P与试样底面面积比值即为试件在各龄期时的抗压强度。
以三个试件强度的算术平均值作为该组试件的强度。
3.3.6弹性模量
CA砂浆的弹性模量与强度存在一定的对应关系。
一般地,抗压强度高,相应地弹性模量大,在上述CA砂浆的强度范围内,设计要求砂浆28天的弹性模量范围为100-300MPa。
CA砂浆弹性模量试验方法与抗压强度基本相同,试件为ф50×50mm的圆柱体,用压力试验机以1.0毫米/分加载速率,匀速加载,加载至0.1Mpa时立即卸载,卸载速度与加载速度相同。
继续按上述过程重复四次试验,然后以第五次加载曲线的数据计算弹性模量,一般取加载曲线3/4抗压强度与最终抗压强度(0.1Mpa)之间的曲线段进行计算,即
其中a为试验时第5次加载,加载曲线3/4抗压强度时试样的变形;b为试验时第5次加载,加载曲线最终抗压强度时试样的变形;σb为试件加载曲线最终抗压强度;σa为试件加载曲线3/4的抗压强度。
以三个试件强度的算术平均值作为该组试件的弹性模量值。
3.4CA砂浆灌注工艺
3.4.1灌注工装
序号
名称
数量
备注
1
防上浮装置
4个
防轨道板上浮
2
中转料斗
1个
带有搅拌装置
3
精调爪
4个
精调轨道板
4
砂浆托架
2个
CA砂浆灌注口及出浆口尼龙袋衬托
5
灌注漏斗
1个
灌浆
6
木楔
8个
灌注袋定位
7
U型卡(扁形)
2个
CA砂浆封边
3.4.2砂浆运输
施工采用砂浆车集中搅拌,每台砂浆车配合2台吊车进行施工作业,施工过程中1台吊车负责上料,另1台将拌制好的砂浆调至转运三轮车支架上,由三轮车运输至施工具体地点(运距控制在500米范围内)。
3.4.3砂浆灌注前的准备工作
每块轨道板下砂浆灌注前,先清除混凝土底座表面的积水、杂物等。
选择合适尺寸的灌注袋平整地铺设在混凝土底座上,不应出现褶纹,灌注袋的U型边切线与轨道板边缘齐平,偏差应小于10mm,并用木楔固定灌注袋。
检查确认轨道板状态是否符合要求,检查灌注袋位置,并在轨道板表面铺设塑料薄膜或土工布,防止轨道板受到污染,在轨道板上均匀分布安装6个百分表。
3.4.4砂浆灌注
3.4.4.1三轮车将CA砂浆运至现场后,用连接管将CA砂浆转移到二级料斗进行灌注,灌注时将CA砂浆成品料通过灌注漏斗、软管流入灌注袋,灌注漏斗安装可调节流量的阀门,灌注过程中,砂浆一次连续流入灌注袋,不得夹入气泡,开始灌注时速率要缓慢的让砂浆流入灌注袋,当达到板的1/4位置处应加快灌注速率,最后在超过3/4时应在减缓速率,整个灌注过程速率由慢而快再慢的灌注过程。
在灌注的过程中砂浆流到木楔相应位置才允许取掉木楔,同时要人工轻轻扯拽一下,避免出现褶皱现象。
观察轨道板状态,不得出现拱起与上浮现象,当灌注袋各边包括四角的砂浆充满灌注袋即轨道板边缘与灌注袋的边缘基本无缝隙,确认灌注袋充填饱满且灌注袋口预留量满足挤浆要求,一般高于轨道板10cm也就是灌注袋口的砂浆预留量要为30cm以上后方可停止灌注,将灌注袋的灌注口绑扎牢固,并用约45°的三角形垫架支撑灌注口,砂浆灌注时间的控制是P4962板为9-11min,P4856为8-10min,P3685为6-8min。
二级料斗设置一个手动搅拌装置,灌注作业过程中当一级料斗转移至下一块板灌注时料斗里面剩余的砂浆与下一盘新拌砂浆混合后采用手动装置人工搅拌,搅拌均匀后进行灌注施工。
如果发生灌注袋破损砂浆溢出的情况,量少时用夹具止漏,量多时,用废棉纱头、细骨材及水泥等进行堵漏,也可用沥青毡布进行修补。
3.4.4.2灌注结束后20-45分钟或视泌水情况而定,砂浆处于初凝前状态时,为克服砂浆失水收缩问题,将灌注口内的砂浆挤入灌注袋,板与灌注袋之间无缝隙时确定灌注饱满,直至难以挤入时为止。
如果灌注口内砂浆不够时,可以考虑进行补充灌注。
挤入结束后,用U型(扁型)夹具封住灌注口的根部,夹具应尽量贴近灌注口根部使袋口处和灌注袋边保持同一线形,整个挤浆过程必须一次完成。
3.4.5灌注后的处理
对轨道板充填层进行养护,待灌注完毕的砂浆强度达到0.1Mpa后拆除防上浮装置,砂浆强度达到0.7Mpa后方可承重载人,在灌注及养护期间不得踩踏和载重。
灌注结束后,养护龄期未到或者强度没有达到要求的设置警示标志。
灌注袋口处理,灌注袋口切除沿袋口夹平行切除,采用带有粘胶的专用封口条,封闭袋口。
3.5砂浆质量控制要点的影响因素及预防措施
水泥乳化沥青砂浆填充层的灌注施工质量主要有砂浆填充层的充填饱满度、匀质性和密实性等,现场施工时,可以采取揭板检测或观察的方法进行检验和评价。
3.5.1充填饱满度
3.5.1.1充填饱满度是指轨道板与底座板间隙或灌注袋中砂浆充填的饱满程度,要求100%的充填,填充层与轨道板或底座板接触面不流任何缝隙,灌注袋四周边缘成半圆形,并给人以胀鼓感,不能有皱褶。
揭板后,轨道板下表面和底座板上表面的粗糙纹理清晰地印在填充层的表面,灌注袋内没有任何空隙。
3.5.1.2充填饱满度影响因素及预防措施:
砂浆填充层充填饱满度的影响因素主要是新拌砂浆的流动度、可工作时间、砂浆的膨胀率、一次性灌注的砂浆量、填充层厚度和平整度等。
1)为了保证饱满度,要求一块板下填充层应一次性灌注饱满,不得进行二次灌注,因此,一次搅拌的砂浆量必须大于一块板下填充层灌注的所需量。
2)灌注后填充层内或灌注袋内的砂浆在凝结硬化中会有一定的体积收缩,所以,砂浆填充层应有一定的体积膨胀以补偿体积收缩,才能保证充填饱满度。
3)灌注袋是无纺纤维布制成的,有许多孔隙。
在砂浆灌注到支撑螺栓抬起松动时,灌注袋受轨道板的压力,灌注袋会渗出少量的水,如果渗出的水量较少,对饱满度影响不大,如果渗出的水量较多时(渗出水的体积大于砂浆的膨胀率),则会影响填充层充填饱满度。
4)填充层厚度较小时,砂浆在轨道板与底座板间隙或灌注袋内流动的阻力较大,当砂浆的流动度较大时,容易导致填充层的两头和四个角充填不饱满。
因此,当填充层厚度较薄时,应选择流动度较小的砂浆灌注。
5)填充层的平整度也会影响饱满度,一般来说,曲线路段灌注施工难度比直线路段大,水平路段灌注施工难度比有坡度的路段小。
为了保证砂浆填充层中不存在夹杂的空隙或缝隙,对于曲线路段或坡度路段的填充层,砂浆应从低侧灌入,砂浆流动与充填的阻力大于直线和水平路段,因此,这些路段的填充层灌注时,应选用流动度较小的砂浆,或适当提高砂浆储斗与填充层间的高度差,通过料位差产生的重力作用使填充层充填饱满。
3.5.2匀质性
影响砂浆填充层匀质性的主要因素有新拌砂浆的匀质性、稳定性、含气量、气泡孔径尺寸和流动度等。
3.5.2.1新拌砂浆的匀质性不好,则灌注的砂浆填充层无疑是不均匀的,因此,新拌砂浆的匀质性是保证砂浆填充层匀质性必要条件。
新拌砂浆的稳定性不良,即砂浆灌入填充层后直到凝结硬化的这段时间内不能保持其匀质性,也不能保证砂浆填充层的匀质性,因此,砂浆的稳定性是保证砂浆填充层匀质性的充分条件。
3.5.2.2新拌砂浆的含气量过大,尤其是孔径较大的气泡较多时,这些大气泡容易上浮在砂浆填充层的表面或中间层积聚,形成气泡夹层或表层,或形成气泡积聚区,造成填充层匀质性不良。
因此,应严格控制新拌砂浆的含气量和气泡孔径。
3.5.2.3新拌砂浆的流动度太小时,浆体的粘稠度低,容易发生分层现象,导致砂浆填充层不均匀,而流动度较大的砂浆容易保证填充层匀质性,因此,在满足灌注饱满度的条件下,新拌砂浆的流动度可取较大值。
3.5.3密实性
影响砂浆密实性的主要是砂浆中的气泡、褶皱等。
3.5.3.1轨道板揭板后CA砂浆中小气泡较多。
原因为CA砂浆由灌注漏斗进行灌注时,在灌注过程中带入了空气。
采取措施:
在灌注过程中,始终在灌注漏斗中保持了一个相对固定的砂浆液面高度,避免在灌注过程中带入空气;
3.5.3.2揭板后发现中间出现大的气泡,其他地方良好。
原因是CA砂浆由灌料漏斗直接进行灌注时速度过大,带入了大量空气形成涡流,空气难以排出。
采取措施:
设置专人控制阀门速度,始终让转运漏斗内液面处于同一平面然后匀速缓缓转动转运漏斗阀门,等砂浆灌充到整个灌注袋的1/4左右再缓缓匀速旋转增大漏斗阀门,使砂浆以较快的流速注入灌注袋,等砂浆灌充到整个灌注袋的3/4左右再缓缓匀速旋转减小漏斗阀门,所以整个灌浆的过程是一个由慢→快→慢的过程。
3.5.3.3灌注结束后表面皱褶明显,皱褶位置均出现在CA砂浆灌注袋的凹痕处。
采取措施:
灌注袋在轨道表下要完全拉平展开,不得形成皱纹,然后用胶带进行固定防止移动,并用木楔子固定,外轨超高区段,应在轨道内侧设置壁板,防止因水泥沥青砂浆的流动压力使得灌注袋从轨道板的侧面突出。
同时在运送灌注袋的途中平放灌注袋,避免灌注袋因运送途中折叠而产生的褶皱。
4总结
通过介绍,我们能系统的了解到CA砂浆的搅拌、灌注、试验和施工的各种工艺参数,对CA砂浆在高速铁路建设中所起的作用有了进一步的认识。
目前CA砂浆处于一个相对成熟的阶段,但对于砂浆在严寒、潮湿等恶劣气候条件下的耐久性要求极高,铁路运营后砂浆病害的防治及治理也将是一个严重问题,我们仍需要不断的探索,争取发掘出CA砂浆更多的价值,在以后的铁路建设中发挥更大的作用。
作者简介:
党林,男,1986年生,陕西省柞水县人,2008年6月毕业于中南大学土木工程系,本科学历。
同年7月到三公司工作,先后在中交二公局哈大铁路客运专线十家堡梁场、五分部工作,现任五分部安质部长。
参考文献:
[1]客运专线铁路CRTSI型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件 科技基[2008]74号
[2]客运专线铁路无砟轨道充填层施工技术指南(报批稿)2009年5月
[3]客运专线无砟轨道铁路工程施工技术指南TZ216-2007
[4]客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行标准铁建设[2007]85号
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