高速铁路板式无砟轨道CA砂浆研究现状与展望_徐浩

·线路/路基·收稿日期：2013-04-11基金项目：国家自然科学基金（51208431）作者简介：徐浩（1989—），男，博士研究生，E-mail ：xhao0@163．com 。

高速铁路板式无砟轨道CA 砂浆研究现状与展望徐浩1，2，王平1，2，曾晓辉2（1.西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室，成都610031；2.西南交通大学土木工程学院，成都610031）摘要：水泥乳化沥青砂浆（CA 砂浆）是高速铁路板式无砟轨道的关键结构层之一，起着支承、调整、传载、减振和隔振的作用。

结合单元板式无砟轨道CA 砂浆的应用情况，总结分析当前国内外CA 砂浆的配合比设计、静动态力学性能、耐久性及CA 砂浆与板式轨道动力学匹配的研究现状，指出在这些研究方面的不足，在此基础上对CA 砂浆的研究方向作出了展望。

关键词：高速铁路；板式无砟轨道；CA 砂浆；研究进展中图分类号：U238；U213.2+44文献标识码：A 文章编号：1004-2954（2013）11-0001-05Present Ｒesearch Situation and Prospect of CA Mortar Used inSlab Ballastless Track of High-speed ＲailwayXU Hao 1，2，WANG Ping 1，2，ZENG Xiao-hui 2（1．MOE Key Laboratory of High-Speed Ｒailway Engineering ，Southwest Jiaotong University ，Chengdu 610031，China ；2．School of Civil Engineering ，Southwest Jiaotong University ，Chengdu 610031，China ）Abstract ：The cement-emulsified asphalt mortar （CA mortar ）is one of the key structural layers of slab ballastless track of high-speed railway ，which simultaneously plays the roles of supporting ，adjusting ，load transferring ，vibration reducing and isolating．In this paper ，in combination with the application of CA mortar in unit slab ballastless track ，the research progress of CA mortar at home and abroad was summarized and analyzed including the mix proportion design ，static and dynamic mechanical properties ，durability ，and the dynamic matching between CA mortar and slab ballastless track．In addition ，the shortcomings in these researches were pointed out．Finally ，on this basis ，a prospect of research direction of CA mortar was put forward．Key words ：high-speed railway ；slab ballastless track ；CA mortar ；research progress无砟轨道是以整体性较好的混凝土或沥青混凝土承载层代替散体的石砟道床，与有砟轨道相比，无砟轨道更能适应高速铁路对高稳定性、高平顺性及线路高使用率的要求，为了提高轨道在高速行车下的高稳定性、安全性和平顺性，同时减少轨道维修量，无砟轨道已成为各国高速铁路发展的主要方向［1，2］。

板式无砟轨道是一种应用最多、最为成熟的无砟轨道结构形式［3］，由钢轨、扣件系统、预制轨道板、水泥乳化沥青砂浆（cement asphalt mortar ，简称CA 砂浆）层以及混凝土底座等组成，其中CA 砂浆层是充填于板式无砟轨道中的关键结构层之一，起着调整、支承、传载、减振隔振等作用［4-8］。

水泥乳化沥青砂浆是一种由水泥、乳化沥青、细骨料（砂）、混合料、水、铝粉及功能外加剂等多种原材料组成，经水泥水化硬化与沥青破乳胶结共同作用而形成的一种新型有机无机复合材料［9］。

对于单元板式无砟轨道的CA 砂浆充填层具有高韧性、低强度、低弹性模量的特点，它填充在轨道板与混凝土底座之间厚度约50mm 的空间内，其性能好坏直接影响到板式无砟轨道的服役性、耐久性和养护维修［10，11］。

因此，CA 砂浆的配合比设计、力学性能和服役性能均是制约板式无砟轨道发展的瓶颈技术。

1国外研究进展CA 砂浆在德国、日本、韩国的高速铁路均有应用，但日本的CA 砂浆与我国CＲTS Ⅰ型板式无砟轨道CA 砂浆较为类似，因此最具借鉴意义。

日本对CA 砂浆的研究始于20世纪60年代中期，日本结合新干线建设需求和当地的气候特点进行·线路/路基·徐浩，王平，曾晓辉—高速铁路板式无砟轨道CA砂浆研究现状与展望CA砂浆的研究。

日本对CA砂浆的研究内容涵盖了CA砂浆的组成、制备的方法、性能及其改善、施工工艺以及CA砂浆的关键技术、沥青乳液、CA砂浆的耐久性和耐候性等方面，并申请了10多项专利［12－15］。

日本CA砂浆在使用过程中发现在凸形挡台周围及轨道板底边缘，特别是在线路纵向力较大的伸缩调节器附近的CA砂浆存在破损现象。

因此，日本铁路除相应开发出了修补用的CA砂浆和树脂砂浆外，还用强度高、弹性和耐久性好的合成树脂材料替代凸形挡台周围的CA砂浆［16］。

在CA砂浆的工作性能方面，为解决乳化沥青与水泥的和易性，日本有关企业先后研制出特殊的表面活性剂［17］。

并通过掺入消泡剂、引气剂，使砂浆产生适量微小的独立气泡，以提高其抗冻性；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；掺入玻璃纤维、聚合物等材料，并研发用于修补的水泥乳化沥青砂浆［18-22］。

同时地区温度波动的特点，开发了在5 20ħ低温条件下使用的C型乳剂、在15 30ħ高温条件下使用的H型乳剂、在5 30ħ范围使用的板式无砟轨道垫层基本乳剂—A型乳剂和在寒冷地区添加的聚合物乳剂———P乳剂［17］。

在CA砂浆施工方法上，日本开发并采用了灌注袋技术，取代过去的模筑法，节省了施工模板的投入，而且减少了CA砂浆的环境暴露面，改善了CA砂浆端面的应力分布，从而提高了CA砂浆的耐久性。

日本CA砂浆性能指标见表1［15］，其适用于日本温暖和寒冷地区的CA砂浆标准配合比如表2所示。

表1日本CA砂浆的主要性能指标性能指标性能指标流动度/s18 26可工作时间/min≥30表观密度/kg·m－3≥1300含气量/%8.0 12.0膨胀率/% 1.0 3.0泌水率/%0分离度/%≤3.0 20ħ静态弹性模量/MPa100 30020ħ下抗压强度/MPa抗冻性耐候性1d≥0.13d≥0.37d≥0.728d≥1.8相对动弹模量/%≥60质量损失率/%≤5相对弯曲强度/%90.0 120.0外观检查无异常表2日本东亚道路株式会社采用的CA砂浆标准配合比使用地区项目水泥/kg混合材/kgA乳剂/kgP乳剂/kg细砂/kg铝粉/g消泡剂/gAE剂/kg添加水/kg温暖质量比0.90.1 1.6 2.00.1350.50.025＜0.25地区配合27931496620401557.8＜78寒冷质量比0.90.1 1.40.2 2.00.1350.50.025＜0.20地区配合2843244163630411587.9＜63从文献及相关专利分析可知，日本将水泥与沥青复合的思想、采用灌注袋技术、施工性能与耐久性能评价方法都是高水平、原始性的创新，这些都将为我国高速铁路水泥乳化沥青砂浆层的研究提供有价值的参考。

2国内研究进展我国通过引进吸收国外CA砂浆技术，并于2001年首次在秦沈客运专线上进行了水泥乳化沥青砂浆的研究与应用，经过十多年的发展，逐步形成了满足我国气候与地域条件的CＲTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆，也采用水泥、乳化沥青、砂、外加剂等作为制备CA砂浆的原材料。

尽管国内关于CA砂浆的研究涵盖了CA砂浆配合比设计和施工工艺、静动态力学性能、耐久性等方面，但总的来说我国CA砂浆研究仍处于开始阶段，缺乏系统的研究。

2.1CA砂浆的基本配合比设计CA砂浆的配合比决定了CA砂浆的服役性能和施工性能，因此国内学者对CA砂浆的配合比和施工性能进行了大量研究。

邹崇富［23］于1980年最早向国内科研人员介绍了日本少维修轨道用CA砂浆（Ce-ment and emulsified asphalt mortar，CA砂浆）情况，此后吴海明［24］于1984年介绍了日本防振H型板式轨道中的CA砂浆。

在我国秦沈线的建设中，对板式无砟轨道用CA砂浆进行了大量研究，傅代正等［25］根据秦沈线狗河大桥情况，提出了所用CA砂浆的配比，李俊［26，27］根据秦沈线双河特大桥情况，也提出了相应的CA砂浆配比，中国专利申请02139237.4介绍了一种水泥乳化沥青砂浆及制作方法，能充分满足铁路或城市轻轨无砟轨道中的应用［28］，金守华、陈秀方等则从CA砂浆的指标要求出发，探讨了制备CA砂浆的关键技术，提出“从最终的使用性能要求出发”进行CA砂浆的设计［29］；周熙和贺铭结合遂渝线板式轨道CA砂浆配合比设计的基础上，探讨了CA砂浆的工程配合比与施工经验［30］；赵东田［31-33］通过分析CA砂浆的12个技术指标和13种组成材料，经过反复试验193种不同配合比后，得到了满足性能要求的砂浆配比以及施工技术，并完全采用国产化材料。

中国铁道科学研究院在引进日本CA砂浆技术的基础上，对其配合比与施工工艺进行改进和优化，研发的水泥乳化沥青砂浆已成功应用于我国的武广、石太、哈大和沪宁等客运专线或城际铁路［34-35］。

2.2CA砂浆静动态力学性能CA砂浆由多种材料掺和而成，其主要组成材料的用量和品质必定会影响CA砂浆的基本力学性能。

王涛等认为影响CA砂浆强度的主次因素依次为：水泥、沥青乳液和砂用量，在一定范围内CA砂浆抗压强度随水泥用量和砂用量的增加而增大，但随着沥青乳液和用水量的增加而降低［36］，徐静［37］和谭忆秋［38］的研究结果均表明CA砂浆的强度随着乳化沥青与水泥徐浩，王平，曾晓辉—高速铁路板式无砟轨道CA砂浆研究现状与展望·线路/路基·质量比的增大而降低，水泥的相对含量有利于增加CA 砂浆的早期强度，另外含气量的增加也会降低CA砂浆的抗压和抗折强度；李兴旺［39］通过对CＲTSI型板式轨道水泥砂浆进行试验研究，认为CA砂浆配制时宜选用早期强度较高的硫铝酸盐水泥，可以提高CA砂浆的早期强度，但考虑到施工性能，硫铝酸盐水泥对普通硅酸盐水泥的取代率不应超过20%［40］，同时膨胀剂的用量也会降低CA砂浆的抗压强度，适宜的掺量为6%［41］；相关研究表明CA砂浆的制备工艺也将影响CA砂浆的抗压强度，先加沥青乳液和水的CA砂浆早期强度比后加沥青乳液和水的CA砂浆早期强度低，但对后期强度影响不大［42］；如果当CA砂浆搅拌完毕后再进行搅拌，会降低CA砂浆的强度［33］。