CRTSⅠ型砂浆施工技术(年哈齐).ppt
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1、CRTSI型水泥乳化沥青砂浆施工技术,中国铁道科学研究院,2014年4月,1.前言,板式无砟轨道类型,我国已经确定了两种板式无砟轨道结构型式:CRTS型(单元板)和CRTS型(纵连扳)。板式无砟轨道主要由混凝土底座、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。,CRTS型板式无砟轨道,CRTS型板式无砟轨道,砂浆垫层功能:支撑调整、缓冲协调 阻断裂纹、提供弹性,凸台树脂功能: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。,灌注袋功能:模板、定位、保护,CRTS I 型,CRTS 型,1.前言,充填材料的种类,板式无砟轨道充填层包括:轨道板下的砂浆充填层和凸台与轨
2、道板间的树脂充填层。,在CRTS型板式轨道结构中采用水泥乳化沥青砂浆的主要目的,其一是可提供轨道弹性;其二是支撑、调整;其三是在下部结构变形至某一限度时可进行修补,以保证轨道结构的平顺性。因此,是客运专线(高速铁路)建造的关键工程材料!,1.前言,板下充填材料功能,1.前言,相关标准和规范,相关的标准和规范1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 科技基200874号以及200977号;2 客运专线铁路CRTS I型板式无砟轨道凸形挡台填充聚氨酯树脂(CPU)暂行技术条件科技基200874号;3 客运专线铁路CRTS I型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆和凸台树脂用灌注
3、袋暂行技术条件科技基200874号;4 板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆标准实验室建设方案(工管技200913号);5 关于客运专线板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆管理指导意见(铁工管200967号);6 板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆施工材料储存管理办法;7 高速铁路轨道工程施工质量验收标准(TB10754-2010);8 相关国家标准、部文和公司文件。,施工性能力学性能耐久性能,2.砂浆的性能与检验,2.1 水泥乳化沥青砂浆的性能,中 南 大 学,4,为满足充填层灌注施工,新拌砂浆应具有以下性能:较宽的温度适应性,能在不同的季节施工较好的流动性,能在自重力作用下流平 良好的匀质性,不离析、分层良好的
4、稳定性,不破乳、气泡不上浮适宜的可工作时间,流动度变化不大,3,2,1,施工性能要求,中 南 大 学,6,4,5,2.砂浆的性能与检验,为满足轨道动力学和长期运行的要求,硬化砂浆应具有以下性能:较大的弹韧性,能长期承受冲击荷载作用 适宜的抗压强度,能抵抗局部过大荷载作用稳定的长期性能,能保持力学特性,3,2,1,力学性能要求,中 南 大 学,7,2.砂浆的性能与检验,为满足板式无砟轨道长期运行的要求,硬化砂浆在服役环境下应具有以下性能:优良的抗冻性,不因冻融循环作用而破坏良好的耐候性,能长期承受水、热、光的综合作用较高的抗裂性,尤其是低温不开裂较高的抗疲劳性,不因动荷载反复作用而产生塑性变形较
5、好的耐介质侵蚀性,满足运营条件和自然环境的要求,3,2,1,耐久性能要求,中 南 大 学,8,4,5,2.砂浆的性能与检验,2.砂浆的性能与检验,2.2 砂浆的性能指标要求,砂浆温度、流动度和可工作时间测定,2.砂浆的性能与检验,2.砂浆的性能与检验,砂浆温度测定,流动度和可工作时间测定,2.砂浆的性能与检验,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(),100,2.砂浆的性能与检验,压缩强度和弹性模量强度指标是标养情况养护和测定,留样每次1518个同养试件一定要做,2.砂浆的性能与检验,分离度测试,2.砂浆的性能与检验,膨胀率,搅拌后的砂浆,注入到量
6、筒的250ml位置,注入后立刻测定从上口到砂浆的深度(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,2.砂浆的性能与检验,膨胀率测试,2.砂浆的性能与检验,泛浆率,2.砂浆的性能与检验,2.砂浆的性能与检验,泛浆率,2.砂浆的性能与检验,砂浆的质量检验:原材料进场检验、型式检验、日常检验。,有下列任意情况下之一者,应进行型式检验:首批原材料进场时;配合比选定时;选用新材料时;配合比、工艺改变时;每施工5000m3充填层砂浆时(不足时按一批计算)。,2.砂浆的性能与检验,砂浆日常检验项目及频率,基本组分:乳化沥青、水泥、砂、水体积稳定性组分:膨胀剂、发泡剂等耐久
7、性改善组分:聚合物乳液、消泡剂、引气剂等,1,2,3,3.1 砂浆的组成与特点,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,中 南 大 学,9,水泥乳化沥青砂浆是一种水泥与沥青复合胶凝的砂浆,沥青赋予砂浆以弹性,水泥起胶结作用赋予砂浆以强度。新拌砂浆是一个复杂的多组分、多物相的介稳悬浮浆体,其分散均匀性、稳定性和各组分间的相容性影响到灌注注后砂浆充填层的质量。,1)水泥,科技基200874号规定,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;但针对使用环境更苛刻的严寒地区或者高寒地区时,科技基200977号建议优先使用P52.5的硅酸盐水泥,其技术要求应符合GB175和JC933的规
8、定。此外,还应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于配制水泥乳化沥青砂浆。,水泥的作用:胶结作用,通过水泥水化反应,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砂浆的耐久性。,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,2)乳化沥青,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。,乳化沥青的作用与水泥和各种混合材料具有良好的混合性且可充分水化。确保CA砂浆的流动性并减少材料的分离,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。与收缩补偿用的膨胀剂、消泡
9、剂、引气剂、聚合物乳液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。,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,乳化沥青的性能指标,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,进场检验的项目:条件允许的情况下是全项。,乳化沥青的恩氏粘度,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,乳化沥青的筛余物,测定在乳化沥青中的颗粒含量。,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,乳化沥青的水泥混合性,测定水泥和乳化沥青的混合均一性。,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,乳化沥青的蒸发残留物含量,测定乳化沥青中含有的沥青率。
10、,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,3)聚合物乳液,聚合物乳液的加入,提高了砂浆的弹韧性;增强了砂浆的内聚力,改善了沥青相与无机相之间的粘结力和界面状态;优化了砂浆的微观毛细结构,因而提高了砂浆的综合性能和耐久性能。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。其主要性能指标应符合表2.3 的要求。,表 2.3 聚合物乳液的主要性能指标要求,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,4)细骨料(砂),应采用河砂、山砂或机制砂。如果细度模数过小,则细砂含量较高,为获得足够的流动度所需的水量也就大;如果细度模数过大,则大颗粒砂含量高,砂子就容易沉降,两种结果都会对CA砂浆的分离度及耐
11、久性产生不利的影响。细骨料应保持洁净、坚硬、耐久,不应含有泥土和有机质等有害杂质,含水量也应控制在较小的范围内。,细骨料应为最大粒径小于2.36mm的岩石颗粒,不得包含软质岩、风化岩石的颗粒。细骨料的其它技术要求应符合表2.4的规定。,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,表2.4细骨料的技术指标,4)细骨料(砂),3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,进场检验的项目:条件允许的情况下是全项。,细骨料的细度模数,用规定的筛子:0.15mm、0.3mm、0.6mm、1.18mm、2.36mm。,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,细骨料的含泥量,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,5)水,应满足饮用
12、水的标准,应符合JGJ63-2006的相关规定。在确定水源前,必须进行实验室试配,以确定水没有有害影响。,6)膨胀剂,宜采用硫铝酸钙类膨胀剂,除初凝时间应大于60min外,其他性能指标应满足JC476的规定。其作用是在砂浆的塑性阶段产生一定程度的膨胀,以部分抵消砂浆的干燥收缩,防止砂浆产生开裂。,7)铝粉,宜采用鳞片状铝粉,其性能指标满足GB/T 2085.22007的规定。铝粉的作用是在砂浆灌注后数小时之内反应,释放气体,使砂浆产生一定的体积膨胀,使砂浆填充得更密实。,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,9)引气剂,宜采用松香类类引气剂。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
13、久性。,10)干料,将水泥乳化沥青砂浆中所需的水泥、砂和其它固态组分材料,采用干粉混合工艺与设备,工厂化生产为干料。,8)消泡剂,宜采用有机硅类消泡剂。其作用是消除砂浆在搅拌时形成的大气泡。,其组成成分应分别满足上述原材料的规定要求。,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,干料质量的控制点:3d强度、流动度、砂浆膨胀率、最大粒径、0.075筛通过率。,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,干料常见问题,级配不合理,含泥量高,干粉受潮,揭板沉砂,流值变化大,干料颗粒,施工配合比的确定根据理论配合比和当地原材料,通过试验室试配,得出初始配合比通过工艺性试验,确定基本配合比根据施工工况,通过试搅拌,确定
14、当天施工配合比,3.2 配合比设计与确定,1,2,中 南 大 学,33,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,施工性能 流动度:加水量 可工作时间:乳化沥青的特性、聚合物乳液特性、水泥水化速度、砂浆温度、初始流动度,砂含泥量 匀质性:液相稠度、砂子粒径与级配等 稳定性:体系的相容性 砂浆温度:原料与环境的温度,3.3 砂浆性能的影响因素,1,中 南 大 学,38,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,物理性能 单位容积质量:配合比、含气量、各组分密度 含气量:搅拌类型、搅拌方量、搅拌工艺、外加剂参量、液相稠度、砂浆温度 膨胀率:发泡剂、膨胀剂、水泥水化特性、温度,3.3 砂浆性能的影响因素,2,中
15、 南 大 学,40,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,主搅拌机的叶片形式 搅拌方量搅拌速度越快,高速搅拌时间越长,砂浆含气量会越大;低速搅拌可减少含气量 砂浆中的沥青乳化剂、引气剂等表面活性剂组分越多,含气量会越大消泡剂消除搅拌时产生的大气泡,与粉体混合均匀后,加入引气剂引入微小的气泡。二者协调配合,产生稳定、均匀微小的气泡。流动度越大,含气量会越大,尤其是大孔径的气泡会较多,砂浆的含气量与气泡孔径,中 南 大 学,41,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,力学性能 抗压强度:配合比、硬化速度、温度、砂浆匀质性 弹性模量:配合比、硬化速度、温度、砂浆匀质性 延展性:基质沥青的特性、配合比、温
16、度,3.3 砂浆性能的影响因素,3,中 南 大 学,42,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,砂浆中乳化沥青与水泥和砂的质量比越大,其强度和弹性模量越低水与水泥的质量比越小,即用水量越小,其强度和弹性模量越高 水泥的水化速度越快,砂浆的早期强度(17天)会越高,反之亦然含气量越大,表观密度越小,其强度和弹性模量越低,砂浆力学性能的控制因素,中 南 大 学,43,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,砂浆的施工、力学与耐久性能主要取决于组成材料的特性和配合比!新拌砂浆的物理性能虽与组成材料的特性、配合比有关,但更取决于现场施工配合比、拌制工艺与环境条件!,1,2,3.4 小 结,中 南 大 学,4
17、6,3.砂浆原材料、配比与性能影响因素,应用中的主要劣化现象,中 南 大 学,14,碎裂,剥落粉化,裂缝,裂纹,4.砂浆充填层的施工质量与耐久性,应用调研,中 南 大 学,14,CA砂浆垫层破损情况比较,日方配方 国内配方 日本东北新干线,CA砂浆显微镜照片,4.砂浆充填层的施工质量与耐久性,(一)砂浆性能,施工性能力学性能耐久性能,(二)施工条件,施工质量 施工环境气候,通过与日本专家交流研讨,分析确定了主要伤损原因如下:,原因分析,砂浆的施工质量对其耐久性有重大影响!,4.砂浆充填层的施工质量与耐久性,4.砂浆充填层的施工质量与耐久性,4.1 总体施工方案,图41 CRTS型板式无砟轨道结
18、构的施工工序,为提高充填层耐久性,CRTS型板式无砟轨道砂浆充填层采用现场砂浆拌制与灌注袋法施工工艺,中 南 大 学,47,现场拌制与灌注施工作业流程,中 南 大 学,48,4.砂浆充填层的施工质量与耐久性,4.2 充填层施工质量要求,充填层厚度:4060mm 充填饱满度:灌注袋U型边切线与轨道板边平齐,误差不超过10mm轨道板边缘与充填层间隙最大深度不超出50mm(0.6mm)充填层匀质性:上下均匀一致,分离度1 充填层密实性:无夹杂空隙、气泡孔径200m,1,2,3,4,中 南 大 学,49,4.砂浆充填层的施工质量与耐久性,充填层灌注饱满,充填层与轨道板间紧密接触,50mm厚,边缘齐平,
19、中 南 大 学,50,4.砂浆充填层的施工质量与耐久性,充填层灌注不饱满,51,4.砂浆充填层的施工质量与耐久性,表面致密、不凹陷缝和气孔,断面均匀一致,充填层均匀密实,中 南 大 学,52,4.砂浆充填层的施工质量与耐久性,充填层表面气泡,表面有大气泡聚集,表面一层气泡,53,4.砂浆充填层的施工质量与耐久性,4.3 施工质量对充填层耐久性的影响,饱满度的影响 充填边缘缩进,列车运行时,充填层周边和四角承受载荷增大,变形量偏大,容易引起开裂 充填层边缘凸出,轨道板上的雨水容易渗入充填层,造成充填层在饱水下工作 充填层与轨道板间有缝隙:雨水进入缝隙,产生破坏性动水压,中 南 大 学,1,54,
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