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严寒地区高速铁路CA砂浆的性能要求与防冻措施

文档作者：杨适综文档来源：中铁二局哈大项目经理部		点击数：	更新时间： 2025年03月03日
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上一篇：影响配水管网水质原因分析

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·178·
路基工程
Subgrade Engineering 2010年第6期(总第153期)
严寒地区高速铁路CA砂浆的性能要求与防冻措施
杨适综
(中铁二局哈大项目经理部，辽宁鞍山1 14051)
摘要：针对严寒地区高速铁路轨道板铺设工艺的关键工序——CA砂浆的灌注，介绍了CA砂
浆的性能要求、提高抗冻性的措施、搅拌工艺和低温灌注的控制要点。通过现场试验段验证，CA砂
浆的一般指标和特殊指标均符合严寒地区水泥沥青砂浆补充性能要求。但严寒地区施工应重点控制搅
拌机转速和搅拌时间，并避开在大雪或气温骤降时进行作业，施工及养护期间均应加强保温措施。
关键词：严寒地区；CA砂浆；灌注工艺；控制
中图分类号：U415．6 文献标志码：B 文章编号：1003—8825(2010)06—0178—03
O引言
哈大铁路客运专线是我国继京津城际轨道交通工
程后，在世界高纬度严寒地区修建的第一条高速铁路
客运专线，正线全长904．26 km，设计时速350 km／h。
沿线气候由南向北变化较大，四季及昼夜温差大、冻
胀作用强烈、冻融循环频繁，年平均气温8．9—10．9℃，
最冷月平均气温一3．9～一11．3℃，极端最高气温
35．0—36．7℃，极端最低气温一18．8一一33．1℃
(哈尔滨一38℃，日本新干线一15℃)，土壤最大冻
结深度0．93—1．48 m。为使该线路平顺耐久⋯，轨
下结构全线采用预应力CRTS I型无砟轨道板。
CRTS—I板式无砟轨道，是用混凝土轨道板及
CA砂浆替换传统有砟轨道的轨枕和道砟的一种新型
轨道形式。它由混凝土底座、凸形挡台、凸形挡台
周围填充聚氨酯树脂、CA砂浆充填层、轨道板、长
钢轨及扣件等组成，其中，凸形挡台设在两块轨道板
之间，以承受纵、横向水平力旧一1，见图l。
CRTS I型无砟轨道板
图1无砟轨道板示意
由于在严寒地区没有成熟的CRTSI型无砟轨道
板铺设的关键工序和cA砂浆灌注工艺的借鉴，该项
目技术标准高、科技含量高、工期要求紧、施工难度
收稿日期：2010—05—30
作者简介：杨适综(1954一)，男，IⅡt JiI成都人。工程师，硕士．
主要从事高速铁路客运专线施工。E—mail：ysz0001@
126．eOlllo
大；轨道板的精确铺设关系到线路运营的平顺性、稳
定性、可靠性以及日后的维修。
1严寒地区CA砂浆的性能要求
CA砂浆是乳化沥青水泥砂浆的简称(cement
asphalt motar，以下简称CA砂浆)，是由水泥、乳化
沥青、掺合料、细骨料、水、表面活性剂、消泡剂和
铝粉等材料在常温下经搅拌制成，它是板式无砟轨道
结构的弹性调整层关键组成部分，其性能的好坏直接
影响到板式无砟轨道使用的耐久性与维修工作量。
1．1一般要求
CA砂浆是CRTS I型板式无砟轨道设计和施工的
关键技术之一。由乳化沥青、砂浆干粉、外加剂、消
泡剂及水等拌和而成的CA砂浆，经施工落人轨道板
与底座之间，固化后作为整体道床板与水硬性支撑层
之间的一种调整层材料，不仅为后期列车运营提供支
撑和弹性调整的作用，而且为CRTS l型板安装提供
调平充填的作用。严寒地区CA砂浆性能要求见表1。
表1 CA砂浆性能指标
万方数据
杨适综：严寒地区高速铁路CA砂浆的性能要求与防冻措施·179·
1．2特殊要求
哈大客运专线水泥乳化沥青砂浆是在借鉴国内外
高速铁路无砟轨道成熟的技术之上，针对寒冷地区的
气候条件及使用状况，除满足以上性能指标一般要求
和文献[4]中的性能指标要求外，还要满足表2的
特殊要求。
表2严寒地区水泥沥青砂浆性能指标
(1)抗疲劳性。是在一定频率下，加载疲劳可
模拟砂浆在列车经过时的实际动态受力状况，当50
万次疲劳后累积变形量基本稳定，而100万次疲劳后
累积变形量能够在一定程度上表征砂浆的抗疲劳
性能。
(2)低温抗裂性。根据试验，在低温试验时
(一40．4-2。C)，钢球压入后砂浆试件发生裂纹，其压
力会发生陡降，此时的读数反映钢球压入深度，进而
表征砂浆的低温抗裂性能。
(3)低温折压比。抗折强度与抗压强度比(折
压比)是衡量砂浆韧性的指标之一，其值越高，表明
韧性越好。在严寒地区水泥乳化沥青砂浆填充层一年
有较长时间在低温条件下使用，用折压比表示砂浆的
低温韧性。
(4)低温弹性模量。低温条件下砂浆仍然具有
适当的弹性是保证严寒地区水泥乳化沥青砂浆使用寿
命和耐久性的关键因素之一，用低温弹性模量来表示
砂浆在低温条件下弹性性能。
2提高严寒地区CA砂浆的抗冻措施
2．1冻害机理
CA砂浆受冻害劣化，主要分固结体的冻害和未
固结或未达龄期前的初期冻害两种。普通CA砂浆拌
和后，部分水开始与水泥发生水化反应，成为水泥
浆，在凝固并达到一定强度前，水化反应一直进行。
当水泥水化、凝结时，CA砂浆将产生一定收缩，而
砂浆中的游离水较多，温度低游离水结冰造成CA砂
浆体积膨胀，产生冰晶压力，由于初期强度较低，
CA砂浆很易发生冻胀破坏。在水泥水化全部完成后，
仍有游离水存在CA砂浆中，当温度降低后，CA砂
浆中沥青随温度下降而体积收缩，同时由于游离水受
冻产生的冰晶压力的影响而导致组织结构劣化，从而
发生破坏。故冻害产生的原因主要是CA砂浆的不匀
质组织结构、结构中存在的游离水和体积收缩。
2．2抗冻措施
由以上分析可知，通过改善CA砂浆的组织结
构、减少拌和用水及补偿体积收缩可防止冻害。防止
初期冻害主要采取提高CA砂浆早期强度、加速凝结
时间、选择适宜的养生条件等措施。
(1)优化配制CA砂浆。采用42．5级早强普通
硅酸盐水泥，缩短CA砂浆凝结固化时间，提高CA
砂浆的早期强度；加入膨胀性混合材料，用以补偿
CA砂浆凝结固化时的收缩；加入防水性材料，增加
CA砂浆的密实度，降低CA砂浆的透水率，阻止补
给水。
(2)引入一定量的微小气泡。加入消泡剂及引
气剂，引入一定量的微小气泡。在拌和时，加入适量
的消泡剂，使较大的气泡破泡并细化。加人引气剂，
使气泡含量稳定。气泡的主要作用是阻止补给水及水
的游动和缓冲冰晶压力。经试验，气泡含量在9％一
12％范围内效果最佳。
(3)减少拌和用水。通过减少拌和用水，降低
CA砂浆内的水含量，减少冻害。
(4)加强养护。CA砂浆灌注完成后，需在5～25℃
的环境下养护。
3 CA砂浆的搅拌工艺与检测结果¨J
CA砂浆的搅拌是用水泥沥青砂浆搅拌机进行的，
其投料顺序为：A型乳剂一水(聚合物、消泡剂)一
细骨料(砂)、铝粉一混合料CAA一水泥一AE剂。
A型乳剂和水泥一经接触就开始反应，为有效地
利用可注入时间，水泥在最后加入；铝粉为微少掺
入，为防止投入铝粉时发生散失，将其和砂料掺合之
后再投入；水泥应分散加入，在搅拌机投料口上安置
一个用6 mm左右的钢丝制成的孔径为10 CIll的钢丝
网罩。在拌制CA砂浆时，应重点控制搅拌机旋转速
度和搅拌时间。
3．1砂浆灌注
由于东北地区冬长夏短，春秋季节昼夜温差大，
气候变化快，对原材料运输、储存、CA砂浆的现场
灌注质量影响很大，所以施工前应提前掌握当地气象
资料，及时了解气象变化情况并对每天的气候及温度
进行记录、分析，合理安排轨道板铺设及CA砂浆灌
注时间，避开大雪或气温骤降等气候进行CA砂浆灌
注作业。
3．2施工准备
施工前，备全各种原材料、机械、工装和器具；
材料应检测合格，供应要满足施工进度需要，存放合
理；设备调试、运转正常，标志齐全且通过检定
合格。
3．3保温措施
原材料在运输途中，在车上安装取暖器材，严格
按要求进行保温；确保CA砂浆到达现场的温度应达
到5℃以上。
(1)原材料的保温。原材料的储存应按品种、
万方数据
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路基工程
Subgrade Engineering 2010年第6期(总第153期)
生产厂家分别储存，不同品种、不同生产厂家的原材
料不得混装、混堆。乳化沥青、聚合物乳液、引气
剂、铝粉等要遮光储存，避免阳光直射，防潮、防雨
淋。乳化沥青的储存时间不宜大于3个月，于料储存
时间不宜大于1个半月，且堆放层数不超过3层。
温度较低时，对于乳化沥青等原材料应在具有保
温措施的库房内进行存放，采用内部升温装置进行保
温储存，派专人看护，定时记录温度，按规定进行
搅拌。
(2)施工机械设备的保温。在施工中要对吊车、
CA砂浆车、运板车、发电机、沥青泵、中转仓、精
调仪器、电子水准仪等注意保养，使之处于良好的运
转状态(如所有车辆设备检修水冷却后加注防冻液，
其防冻标准不低于零下35℃，防冻液不超过水总容
积的94％，以防溢出)；特别是要保证电子水准仪在
一18℃精测时的稳定性。
3．4低温养护
(1)当温度为一5℃时，严格控制CA砂浆的灌
注温度，灌注时边灌注边罩篷布，采用棉布等包住轨
道板下的CA砂浆层，对灌好的砂浆进行保温，防止
砂浆受冻。
(2)保温采用竹竿或钢筋作骨架，顶棚四周采
用透明塑料布，尺寸为：长32．7 m，宽2．8 m，高
0．9 m，以每片梁制作两个计，共制8个保温棚(周
转使用)，拆除限位装置时，同时可拆除保温棚。
(3)CA砂浆灌注完毕后，以每片梁的单线为单
位，对每块板用自制透明保温棚进行密封遮挡，密封
后内设4台电暖器(每8 m设置一台)进行保温，通
过密封加温和阳光照射来获取温度，确保CA砂浆层
的养护温度。
(4)CA砂浆养生24小时后可拆除精调架，但在
寒冷条件下要适当延长拆除调整架的时间，以保证
CA砂浆有足够强度，承受轨道板自重产生的压力而
不破坏CA砂浆结构的完整性。
(5)合理安排CA砂浆灌注时间，避免夜晚作
业，要即时对温度进行监控，当气温低于一5℃时，
严禁搅拌和灌注。利用早晚对CA砂浆现场进行准备
和清理，待中午温度达到施工要求后方可灌注。
3．S低温灌注控制要点
(1)拌制CA砂浆前，应用热水洗刷搅拌设备，
并将残留的冰块和水清除干净；同时须在可工作时间
内完成灌注，超出可工作时间的不得使用。
(2)施工中要保证原材料在施工前和CA砂浆拌
制的温度，在CA砂浆车内形成闭封系统，保证环境
温度必须在5—35℃内。
(3)检查每罐的砂浆温度、流动度、含气量，
每工班检查其泛浆率、膨胀率、抗压强度、分离度、
弹性模量。
(4)拌制CA砂浆时，在不影响CA砂浆性能的
前提下用热水拌制，保证CA砂浆在5～40℃内，并
延长搅拌时间，提高CA砂浆出料温度。
3．6检测结果
中铁二局率先在哈大客运专线承担两公里先导段
试验。2010年3月23日，中铁二局委托中国铁道科学
院金属及化学研究所对水泥乳化沥青砂浆进行了抗冻
等指标检验，其结果为：抗疲劳性=0．03 mm；低温抗
裂性=2．13 mm；低温折压比=0．57；低温弹性模量=
199．2 MPa，结果表明：CA砂浆一般指标和特殊指标
均符合严寒地区水泥沥青砂浆补充性能指标要求，能
满足严寒地区施工。CA砂浆揭板试验见图2。
图2 CA砂浆揭板试验
4 结语
(1)哈大客运专线试验段试验结果证实，CA砂
浆的指标不仅要满足一般技术指标，还满足在严寒地
区的抗疲劳性、低温抗裂性、低温折压比、低温弹性
模量要求。
(2)通过改善CA砂浆的组织结构、减少拌和用
水及补偿体积收缩以及在工艺上提高CA砂浆早期强
度、加速凝结时间、选择适宜的养生条件等措施可防
止CA砂浆的冻害。
(3)严寒地区CA砂浆的搅拌工艺控制重点是搅
拌机旋转速度和搅拌时间，并避开大雪或气温骤降时
进行作业。在灌注过程中还应对原材料、施工机械、
CA砂浆以及轨道板下的CA砂浆层进行保温，施工
后还应加强保温养护。
参考文献：
【1]宣立华，魏永幸．客运专线无砟轨道路基关键技术及其实现思考[J]．
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[2]铁建设【2006l 158号，客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南
[s]．北京：中围铁道出版社，2006．
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南[s]．北京：中国铁道出版社，2009．
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沥青砂浆暂行技术条件一严寒地区补充规定[s]．北京：中国铁道出
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[5]TZ216—2007，客运专线无砟轨道铁路工程施工技术指南[s]．北京：
中国铁道出版社，2007．
万方数据
张期星：路基土石方调运中经济运距的研究·18l·
路基土石方调运中经济运距的研究
张期星
(中铁二十四局集团南昌建设有限公司，南昌330003)
摘要：针对工程造价中土石方费用问题，介绍了路堤填方方案中经济运距常用的计算方法，以
及考虑多种影响因素的综合计算方法；推导了最优经济运距分界点和平均经济运距分界点，并对两者
进行了比较得出：前者比后者更加合理，总经济运距相对较小。最后针对多料点供应，提出了平均经
济运距的计算方法。
关键词：经济运距；最优经济运距分界点；平均经济运距分界点；多料点供应
中图分类号：U416．1+1 文献标志码：A 文章编号：1003—8825(2010)06—0181—03
在工程预算中，路基土石方费用占很大比例，而
填方和挖方的合理调配能减少土石方的费用，降低成
本，其关键因素在于调运过程中经济运距L的确定，
此外，还应考虑弃方和借方的占地、赔偿青苗损失和
对农业生产影响等其它因素的问题’1’2’引。
1路堤填方方案
路堤填方有两种方案，一是采用调运路堑挖方方
案；二是采用集中土场借土方案，都需通过经济比较
收稿日期：2009—09—08
作者简介：张期星(1983一)，男，山东莱芜人。助理工程师，硕
士，主要从事桥梁工程施工和管理。E—mail：zh—q—x123
@yahoo．con ca。
才能确定。
(1)经济运距即最大土石方调运距离，厶=
乙一，采用调运挖方或借方方案。
(2)当土石方调运距离小于经济运距时，运输
费用小于借土费用，采用调运路堑挖方方案口’4】。即：
L。厶时，采用借方方案。
2经济运距常用计算法
2．1未考虑弃借土运费
假定借土为路基附近借土或弃土为路基附近弃
Performance Requirement and Anti—freezing Measures of CA Mortar
for High—speed Railway in Severe Cold Area
YANG Shi—zong
(Harbin—Dalian Railway Project Management Department，China Railway No．2 Engineering Group Co．，Ltd．，Anshan
1 14051，Liaoning，China)
Abstract：For CA mortar grouting，the key procedure of track slab laying process of high speed railway in
severe cold area，performance requirement，anti—freezing measures，mixing technology and control points of
low temperature grouting of CA mortar are introduced in this paper．Through verification of site test section，
the general index and special index of CA mortar meet the additional performance requirement of cement
asphalt mortar in severe cold area．But for construction in severe cold area，mixer rotating speed and mixing
time shall be the key control points．Operation shall be avoided in heavy snow and temperature sudden drop．
Insulation measures shall be stren昏hened during construction and maintenance．

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