1、 高性能沥青水泥砂浆配合比设计高性能沥青水泥砂浆配合比设计演示稿演示稿何彦甫1 1 概述概述 在国外，研究发展板式无砟轨道较早的有日本、英国在国外，研究发展板式无砟轨道较早的有日本、英国、美国、意大利、原苏联等国家，并以日本为代表。、美国、意大利、原苏联等国家，并以日本为代表。我国铁路早在我国铁路早在19571957年就针对新型轨下基础年就针对新型轨下基础沥青道沥青道床的研究开展了乳化沥青水泥砂浆的研究。床的研究开展了乳化沥青水泥砂浆的研究。但较之但较之国外该类技术还存在相当大的差距。国外该类技术还存在相当大的差距。京津城际轨道交通工程采用的是德国博格公司研发的京津城际轨道交通工程采用的是德国
2、博格公司研发的板式无碴轨道技术，垫层砂浆采用的是博格公司研发板式无碴轨道技术，垫层砂浆采用的是博格公司研发的阴离子沥青水泥砂浆。该砂浆的弹性和耐候性好，的阴离子沥青水泥砂浆。该砂浆的弹性和耐候性好，可工作时间较长，能够有效的保证行车的舒适性和减可工作时间较长，能够有效的保证行车的舒适性和减少线路维修工作量。少线路维修工作量。2 2 高性能沥青水泥砂浆的各项性能指标高性能沥青水泥砂浆的各项性能指标3 3 高性能沥青水泥砂浆配合比设计的技术路线高性能沥青水泥砂浆配合比设计的技术路线图图1 1 高性能沥青水泥砂浆配合比设计路线图高性能沥青水泥砂浆配合比设计路线图不 合 格不 合 格不 合 格合 格合
3、 格合 格现 场 工 艺 性 试 验博 格 公 司 对C A砂 浆 配 合 比 的 确 认试 验 数 据、资 料 整 理、汇 总，C A砂 浆 性 能 检 测原 材 料 的 选 定C A砂 浆 配 合 比 试 验消泡剂的检验膨胀剂的检验减水剂的检验水泥的检验沙子的检验原 材 料 选 取原 材 料 性 能 指 标 检 测原 材 料 性 能 指 标 分 析 4 4 高性能沥青水泥砂浆的原材料技术标准及试验高性能沥青水泥砂浆的原材料技术标准及试验4.1 4.1 原材料的技术标准原材料的技术标准4.1.14.1.1干料（干料（TKTK）的技术标准）的技术标准4.1.2 4.1.2 液体（液体（FKFK
4、）的技术标准）的技术标准4.2 4.2 原材料的试验原材料的试验4.2.14.2.1干料的检测干料的检测 1 1、水泥需水量试验（、水泥需水量试验（OKAMURAOKAMURA法）法）试验目的试验目的 根据根据OkamuraOkamura法确定法确定pp值，以此来确定水泥的需值，以此来确定水泥的需水量，进而找到满足要求的低需水量水泥。水量，进而找到满足要求的低需水量水泥。试验方法试验方法 试验方法基本类同于水泥胶砂流动度试验试验方法基本类同于水泥胶砂流动度试验 试验求值试验求值 求值需通过以下公式，算出从扩散度导出的伽马函数求值需通过以下公式，算出从扩散度导出的伽马函数（）：）：（扩散度（扩散
5、度/100/100）2 21 1 注：注：待求的待求的pp值是一个无单位参数，它表示了在值是一个无单位参数，它表示了在水水泥混合物尚未开始流动时，水与水泥的容积关水水泥混合物尚未开始流动时，水与水泥的容积关系。系。100 100这个数值是以毫米为单位的海格曼台漏斗这个数值是以毫米为单位的海格曼台漏斗底部的内直径。不同的漏斗尺寸则分别用所使用漏斗底部的内直径。不同的漏斗尺寸则分别用所使用漏斗的内直径计算。的内直径计算。A A 图解求值图解求值 在图表中以在图表中以代表纵坐标，代表纵坐标，Vw/Vp Vw/Vp 比代表横坐标比代表横坐标.接着接着，标出每个，标出每个Vw/Vp Vw/Vp 容积比下
6、求得的容积比下求得的值。求得的数值。求得的数对通过一条直线连接起来。对通过一条直线连接起来。和横坐标的交点就是所求和横坐标的交点就是所求的的p p 值。举例如下：值。举例如下：图2 水泥的需水量坐标图 B B计算求值计算求值 a a 借助线性回归，可以用数对借助线性回归，可以用数对Vw/VpVw/Vp和和根据函数根据函数Vw/VpVw/Vpmm+n+n求出其斜率和与求出其斜率和与y y轴的交点。轴的交点。n n即即为待求的为待求的pp值。值。b b 相关系数相关系数r r2 2在这种试验方法中应取自大于在这种试验方法中应取自大于0.980.98的的3 3个测量点。较小的相关系数需要进行第个测量
7、点。较小的相关系数需要进行第4 4次试验确次试验确定另一个测量点。定另一个测量点。2 2 骨料骨料(砂砂)的筛分试验的筛分试验 按国内常规试验方法进行按国内常规试验方法进行 3 3坡普特（坡普特（PUNTKEPUNTKE）试验）试验 试验目的试验目的 确定骨料（砂）的最低需水量。确定骨料（砂）的最低需水量。观察搅拌后砂子的情况观察搅拌后砂子的情况 振动杯子中的砂子振动杯子中的砂子 试验方法试验方法 4 4 干料扩散度试验（干料扩散度试验（OKAMURABROOKAMURABRO）本试验方法基本同于水泥胶砂流动度测定方法，不同本试验方法基本同于水泥胶砂流动度测定方法，不同之处在于做扩散度试验时，
8、要求振动之处在于做扩散度试验时，要求振动1515次，记录初试次，记录初试和和30min30min后的扩散度。初始扩散度标准为后的扩散度。初始扩散度标准为160160，30min30min扩散度标准为扩散度标准为150150 5 5干料初凝、终凝试验干料初凝、终凝试验 干料初凝、终凝试验标准与干料初凝、终凝试验标准与GB/T 1346-2001GB/T 1346-2001水泥标水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法一致。一致。6 6 干料膨胀率试验干料膨胀率试验 试验目的试验目的 通过使用一定量的膨胀剂（铝粉）补偿砂浆的收缩量。通过使用一定量的膨胀剂（
9、铝粉）补偿砂浆的收缩量。试验方法:密封的砂浆量筒密封的砂浆量筒 2424小时后量筒的刻度值小时后量筒的刻度值24h24h后体积的变化（砂浆膨胀率）计算如下：后体积的变化（砂浆膨胀率）计算如下：（h h2 2-h-h）/h/h100%100%式中：式中：h CAh CA砂浆的初始高度（砂浆的初始高度（mmmm）h h2 2 24 24小时后小时后CACA砂浆的高度（砂浆的高度（mmmm）4.2.2 4.2.2 水泥与乳化沥青相溶性检验水泥与乳化沥青相溶性检验 1 1 试验目的试验目的 通过流动粘度仪确定水泥的稳定性，并依此判断通过流动粘度仪确定水泥的稳定性，并依此判断拌和物的稳定性。拌和物的稳定
10、性。2 2试验方法试验方法 通过流动粘度仪来检测规定的时间内浆体的流出体通过流动粘度仪来检测规定的时间内浆体的流出体积。积。5 CA 5 CA砂浆配合比设计及性能试验砂浆配合比设计及性能试验5.1 CA5.1 CA砂浆配合比设计砂浆配合比设计5.1.1 CA5.1.1 CA砂浆配合比设计路线图砂浆配合比设计路线图不 合 格不 合 格不 合 格合 格合 格合 格现 场 工 艺 性 试 验博 格 公 司 对C A砂 浆 配 合 比 的 确 认试 验 数 据、资 料 整 理、汇 总，C A砂 浆 性 能 检 测原 材 料 的 选 定C A砂 浆 配 合 比 试 验消泡剂的检验膨胀剂的检验减水剂的检验
11、水泥的检验沙子的检验原 材 料 选 取原 材 料 性 能 指 标 检 测原 材 料 性 能 指 标 分 析图5 高性能沥青水泥砂浆配合比设计路线图5.1.2 5.1.2 砂浆配合比计算方法砂浆配合比计算方法 根据公式根据公式1000=V1000=V水泥水泥+V+V水水+V+V乳化沥青乳化沥青+V+V减水剂减水剂+V+V消泡剂消泡剂+V+V空气空气+V+V砂砂计算出砂的体积。计算出砂的体积。注：砂浆中含气量按注：砂浆中含气量按9%9%计算，体积公式为计算，体积公式为V=90dmV=90dm3 3/1.0/1.0。5.2 CA5.2 CA砂浆性能试验砂浆性能试验5.2.1 CA5.2.1 CA砂浆
12、扩散度试验砂浆扩散度试验 1 1 试验目的试验目的 通过测量砂浆的扩散量来确定砂浆的稠度和可工通过测量砂浆的扩散量来确定砂浆的稠度和可工作时间。作时间。2 2 试验方法试验方法 玻璃板应放在固定的水平底座上。玻璃板应放在固定的水平底座上。将管筒竖立在玻璃板中间，然后将将管筒竖立在玻璃板中间，然后将CACA砂浆填入砂浆填入管内，直至管筒的上缘。管内，直至管筒的上缘。如果流动扩散板上有污垢应擦干净，并再次用如果流动扩散板上有污垢应擦干净，并再次用湿布擦拭。湿布擦拭。将该管筒迅速地垂直拉高将该管筒迅速地垂直拉高15cm15cm 2cm2cm，并在这，并在这一位置保持一位置保持10s10s，之后可将管
13、筒放在一边。，之后可将管筒放在一边。在在CACA砂浆停止流动后要平行于工作台面边缘测砂浆停止流动后要平行于工作台面边缘测量其直径，精确到量其直径，精确到5mm5mm。3 3 试验注意事项试验注意事项 CACA砂浆扩散度标准：砂浆扩散度标准：a a5 5300mm300mm，t t30030018s18s和和a a3030280mm280mm，t t30030022s22s，且，且3030分钟后没有沉淀。分钟后没有沉淀。5.2.2 5.2.2 砂浆的流动性试验砂浆的流动性试验 1 1 试验目的试验目的 检测检测CACA砂浆的可持续工作时间。砂浆的可持续工作时间。2 2 试验仪器试验仪器 一个有以
14、下尺寸一个有以下尺寸mmmm的漏斗。的漏斗。图图 检测砂浆流动性漏斗检测砂浆流动性漏斗注：漏斗必须坚固，并用同垫层砂浆不起反应的材注：漏斗必须坚固，并用同垫层砂浆不起反应的材料制成。漏斗的容量（除了圆柱体上端和下端之料制成。漏斗的容量（除了圆柱体上端和下端之外）必须为外）必须为1.7L1.7L 10%10%。3 3 试验方法试验方法通过下面所示漏斗进行通过下面所示漏斗进行 试验结果的分析试验结果的分析 测量的时间应精确到测量的时间应精确到0.5s0.5s。额定时间为。额定时间为100s100s 20s20s 。5.2.3 CA5.2.3 CA砂浆含气量及密度试验砂浆含气量及密度试验 1 1 试
15、验目的试验目的 检测检测CACA砂浆的含气量和密度。砂浆的含气量和密度。2 2 试验仪器装有仪器盖的试样容器是一个容量为试验仪器装有仪器盖的试样容器是一个容量为1.0 L1.0 L的有金属盖的金属容器桶，包括一个密封的的有金属盖的金属容器桶，包括一个密封的空气室（压力室）。一个用于测量所施空气压力空气室（压力室）。一个用于测量所施空气压力的气压表与压力室相连。的气压表与压力室相连。3 3试验方法试验方法 容器的内侧应擦拭干净并使之微潮湿。容器的内侧应擦拭干净并使之微潮湿。容器完全用容器完全用CACA砂浆填满，此时要注意砂浆填满，此时要注意CACA砂砂浆表面应当平滑。浆表面应当平滑。用刮平尺刮平
16、突出的垫层砂浆，形成一个平坦用刮平尺刮平突出的垫层砂浆，形成一个平坦的表面，并与容器上缘齐平封闭的表面，并与容器上缘齐平封闭。将容器的外侧擦干和擦净，并将盖紧盖在容器上。将容器的外侧擦干和擦净，并将盖紧盖在容器上。通过通过A A阀用水将仪器盖罩下积存的空气排出。阀用水将仪器盖罩下积存的空气排出。将空气泵入密封的空气室中，直到压力恒定为止。将空气泵入密封的空气室中，直到压力恒定为止。5.2.4 5.2.4 砂浆抗折强度砂浆抗折强度/抗压强度抗压强度 1 1 试验目的试验目的 检测检测CACA砂浆的抗折砂浆的抗折/抗压（抗压（1d1d、7d7d、28d28d）强度）强度 2 2 试验方法试验方法
17、类似于水泥胶砂强度检测方法。类似于水泥胶砂强度检测方法。5.2.5 5.2.5 砂浆弹性模量砂浆弹性模量 1 1 试验目的试验目的 检测混凝土静力受压弹性模量值。检测混凝土静力受压弹性模量值。2 2 试验方法试验方法 类似于混凝土弹性模量检测方法。类似于混凝土弹性模量检测方法。5.2.65.2.6砂浆冻融试验砂浆冻融试验1 1 试验目的试验目的经过经过n n次冻融循环计算风化物质的量，进而确定砂浆的抗冻融性。次冻融循环计算风化物质的量，进而确定砂浆的抗冻融性。2 2 试验原理试验原理试验是在砂浆中加无矿物质水（试验是在砂浆中加无矿物质水（CF-CF-试验）或加要求的试验）或加要求的3%3%氯化
18、钠氯化钠融化剂（融化剂（CDF-CDF-试验）作防冻检验。试验）作防冻检验。试件是将边长试件是将边长150mm150mm的正方体的正方体分成两半，每块厚约分成两半，每块厚约70mm70mm。须测试表面亦即置于聚四氟乙烯片。须测试表面亦即置于聚四氟乙烯片的砂浆表面向下（放置）。试体侧表面用带丁基橡胶层的铝制薄的砂浆表面向下（放置）。试体侧表面用带丁基橡胶层的铝制薄膜粘结或用无溶剂的环氧树脂进行密封，这样测试液体只能在测膜粘结或用无溶剂的环氧树脂进行密封，这样测试液体只能在测试表面被吸收。试表面被吸收。一个冻融循环持续一个冻融循环持续1212小时。这样每天有两个循环。测试温度通过小时。这样每天有两
19、个循环。测试温度通过一个冷却池来设定。通过一定次数的冻融循环可确定试件表面材一个冷却池来设定。通过一定次数的冻融循环可确定试件表面材料风化的程度。经过料风化的程度。经过2828天冻融循环（天冻融循环（CDF-CDF-试验）以及试验）以及5656天冻融循天冻融循环（环（CF-CF-试验）可得到抗风化的总值。试验）可得到抗风化的总值。6 CA6 CA砂浆性能试验成果分析及理论配合比初定砂浆性能试验成果分析及理论配合比初定6.1 CA6.1 CA砂浆性能试验成果分析砂浆性能试验成果分析6.1.1 CA6.1.1 CA砂浆性能试验成果砂浆性能试验成果注：注：A A列：采用我们选择的专用乳化沥青配置；列
20、：采用我们选择的专用乳化沥青配置；B B列：采用德国列：采用德国进口的乳化沥青配置；进口的乳化沥青配置；C C列：采用我国普通的乳化沥青配置。列：采用我国普通的乳化沥青配置。6.1.2 CA6.1.2 CA砂浆成果分析砂浆成果分析 乳化沥青对乳化沥青对CACA砂浆性能的影响砂浆性能的影响 干料对干料对CACA砂浆性能的影响砂浆性能的影响 外加水量对外加水量对CACA砂浆性能的影响：砂浆性能的影响：CA CA砂浆外加水量对流动性的影响图砂浆外加水量对流动性的影响图 搅拌速度和时间对搅拌速度和时间对CACA砂浆的影响砂浆的影响6.2 6.2 理论配合比初定理论配合比初定 根据试验室试配试验结果，汇
21、总满足根据试验室试配试验结果，汇总满足CACA砂浆各项技砂浆各项技术性能指标的理论配合比。然后进行各项性能指标的术性能指标的理论配合比。然后进行各项性能指标的理论对比和优化，进而实现理论配合比的优化与初定理论对比和优化，进而实现理论配合比的优化与初定。见表。见表7 7：CACA砂浆试验室理论配合比汇总砂浆试验室理论配合比汇总CACA砂浆试验室理论配合比汇总表砂浆试验室理论配合比汇总表7 CA7 CA砂浆工艺性试验及理论配合比选定砂浆工艺性试验及理论配合比选定 7.1 CA 7.1 CA砂浆工艺性试验方案砂浆工艺性试验方案 7.1.17.1.1试验目的试验目的 通过现场模拟灌注试验，优化通过现场
22、模拟灌注试验，优化CACA砂浆配合比，以满足砂浆配合比，以满足CACA砂浆砂浆的各项性能指标，确保的各项性能指标，确保CACA砂浆现场灌注质量砂浆现场灌注质量 7.1.2 7.1.2 总体方案总体方案 成型试验底座板。成型试验底座板。在成型的底座板上进行博格板铺装（包括博格板粗铺、精调、在成型的底座板上进行博格板铺装（包括博格板粗铺、精调、封边）。封边）。以初定的理论配合比进行施工模拟灌注。具体如下：以初定的理论配合比进行施工模拟灌注。具体如下：将理论配合比输入砂浆车控制单元，按理论配合比进行将理论配合比输入砂浆车控制单元，按理论配合比进行CACA砂浆拌制。砂浆拌制。对拌制好的砂浆进行性能检验
23、。对拌制好的砂浆进行性能检验。进行博格板灌注试验。进行博格板灌注试验。待砂浆达到一定强度时，进行揭板检测待砂浆达到一定强度时，进行揭板检测CACA砂浆灌注质量。砂浆灌注质量。根据砂浆灌注模拟试验实际情况对根据砂浆灌注模拟试验实际情况对CACA砂浆配方进行优化。砂浆配方进行优化。7.2 CA 7.2 CA砂浆工艺性试验成果分析及理论配合比选定砂浆工艺性试验成果分析及理论配合比选定 7.2.1 CA7.2.1 CA砂浆工艺性试验成果分析砂浆工艺性试验成果分析 1 1 取得的成果取得的成果 掌握了掌握了CACA砂浆灌注施工的整个工艺流程。砂浆灌注施工的整个工艺流程。掌握了现场批量生产与试验室小样搅拌
24、对掌握了现场批量生产与试验室小样搅拌对CACA砂砂浆性能的影响。浆性能的影响。掌握了不同外界环境及机械操作对掌握了不同外界环境及机械操作对CACA砂浆性能砂浆性能的影响。的影响。掌握了掌握了CACA砂浆灌注过程中的可控因素与不可控砂浆灌注过程中的可控因素与不可控因素。因素。对理论配合比进行了选定与优化。对理论配合比进行了选定与优化。2 2 存在的问题存在的问题(分析分析)7.2.2 CA7.2.2 CA砂浆理论配合比选定砂浆理论配合比选定CACA砂浆选定理论配合比表砂浆选定理论配合比表8 8 结束语结束语 本文系统的介绍了本文系统的介绍了CACA砂浆的配合比设计，从原材砂浆的配合比设计，从原材
25、料的技术指标开始，到最终配合比的确定，这期料的技术指标开始，到最终配合比的确定，这期间设计到了一系列相应的技术指标检测。这些检间设计到了一系列相应的技术指标检测。这些检测方法和检测指标有很大一部分为目前我国国内测方法和检测指标有很大一部分为目前我国国内没有明确、甚至是没有涉及到的。这客观上给该没有明确、甚至是没有涉及到的。这客观上给该设计配合比的确定带来了很大的难度，同时也带设计配合比的确定带来了很大的难度，同时也带来了很大的改善和优化空间。随着我国高速铁路来了很大的改善和优化空间。随着我国高速铁路的发展，板式无碴轨道的应用必然会使用到的发展，板式无碴轨道的应用必然会使用到CACA砂砂浆，因此浆，因此CACA砂浆的技术完善与配合比优化是我国砂浆的技术完善与配合比优化是我国高速铁路技术的关键。高速铁路技术的关键。CACA砂浆技术的完善与成功砂浆技术的完善与成功，将为我国高速铁路的发展奠定基础。，将为我国高速铁路的发展奠定基础。谢谢 谢谢http:/
