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摘要：本文针对“暂行技术条件”中砂浆膨脹率测试方法存在的变异系数较大的问题，提出了“体积置换法”，试验结果标明，该方法提高了砂浆膨胀率的测量精度。
关键词：水泥乳；化沥青砂浆；膨胀率；检测方法；体积置换法
引言：板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆 简称CA砂浆，是板式无砟轨道系统轨道板与底板之间的有机-无机复合材料，厚度为40～60mm，起支撑、调节、吸振和隔振等作用，是高速铁路系统的关键功能材料之一。Ⅰ型板式无砟轨道CA砂浆具有高韧性、低强度（28d，≥1.8MPa）、低弹性模量（28d，100～300MPa）等特点，硬化后的基体为水泥水化物与沥青互穿的网络结构。由于砂浆在凝结硬化过程中会有一定的体积变化，如水泥水化、水的蒸发等将导致砂浆收缩，为使砂浆在轨道板与底座板间灌注饱满充盈，需在砂浆中加入膨胀组分以进行收缩补偿，使新拌砂浆灌注入袋后，在凝结硬化过程中应具有一定的体积膨胀性。《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》用24小时的膨胀率评价砂浆的体积稳定性，并规定砂浆的膨胀率应在1～3%之间。
1.材料及试验方法
材料：水泥乳化沥青砂浆专用干料：24h体积膨胀率2.1%，其他性能指标等均满足《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》要求。
SBS改性乳化沥青：阳离子，固含量62.1%，粘度、针入度、延度等均满足《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》的要求。
水：自来水。
CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆：“J”型漏斗流下时间24 s，含气量8.5%，分离度0.2%，φ50mm×50mm圆柱体试件1d、7d、28d抗压强度分别为 0.3 MPa、1.3MPa、2.2 MPa，均合乎要求。
2.量筒高度法测量膨胀率
《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）附录F规定水泥沥青砂浆膨胀率试验方法是通过量测250mL量筒中砂浆膨胀后的体积变化来计算水泥沥青砂浆的膨胀率。具体步骤为：（1）将量筒竖立在一个无冲击和无振动的水平面上；（2）测量量筒内径，准确至0.02mm，测量3次，取其平均值作为量筒的内径D；（3）将流动度、含气量合适的水泥沥青砂浆，注入量筒，当砂浆表面与量筒250mL刻度重合时，停止加入；（4）在量筒上面加一块玻璃板，用游标卡尺或深度卡尺（读数精度均为0.02mm）测量水泥沥青砂浆表面至玻璃板的深度H0，24h后再测量水泥沥青砂浆表面深度H24，测量3次取其平均值；（5）根据测量结果，用下式计算其膨胀率：膨胀率（%）=0.000314×（H0-H24）×D（1）式（1）中 D为量筒内径（mm）；H0为初始深度（mm）；H24为24h后深度（mm）。
3.体积置换法测量膨胀率
体积置换法是通过用水的体积置换膨胀后的量筒（或容器）的体积，来计算膨胀率，具体步骤为：（1）将量筒（或容器）竖立在无冲击和无振动的水平面上；（2）用水标定量筒（或容器）的容积V和1000mL的三角烧瓶容积VO，测量3次，取其平均值；（3）将流动度、空气含量合适的水泥沥青砂浆，注入三角烧瓶中，使砂浆表面与瓶口齐平，记录砂浆的质量m；（4）由三角烧瓶的容积以及加入砂浆的质量，可得砂浆的表观密度ρ：表观密度ρ=三角烧瓶内砂浆质量m/三角烧瓶容积V；（5）把量筒（或容器）放置在天平上去皮，将三角烧瓶中的砂浆注入量筒（或容器），当250mL左右时，停止加入，记录砂浆质量m0；（6）由量筒中的新拌砂浆质量和表观密度，计算注入量筒（或容器）砂浆的初始体积V1：砂浆的初始体积V1 =砂浆质量m0/砂浆表观密度ρ；（7）24h后将量筒（或容器）放置在天平上去皮，用水将容器填满，使水的表面与量筒（或容器）平齐，记录加入水的质量m1，从而计算出加入水的体积V2，测量3次取其平均值；（8）膨胀率的计算：膨胀率（%）=（V-V1-V2）/V1×100%；
4.结果与讨论
为考察各试验方法的精确性、重复性、误差等，分别对不同情况下两种方法的测试结果做了极差、标准差、变异系数分析。分析表明：采用量筒高度变化法测得的砂浆膨胀率，极差、标准差、变异系数均较大，在对测试环节进行分析后，发现测量误差主要由以下因素导致：（1）由于水泥乳化沥青砂浆的粘度较大，容易造成对量筒的污染，黏在筒壁上干扰初始深度H0的读数；（2）黏在筒壁上的砂浆后再次流入量筒中，给测量带来误差；（3）在测量初始深度H0时，浆体液面成凹形，给高度读数带来困难；（4）水泥乳化沥青砂浆测量初始深度H0时，液面呈凹形，而膨胀后呈凸形，这也会对膨胀率的计算产生一定的误差。
再采用用体积置换法检测，从检测结果看，不论是个人还是整体检测人员用体积置换法检测结果的标准差及变异系数要好于“暂行技术条件”规定的用量筒高度法检测结果，主要原因在于检测人员在操作过程中避免了人为失误而造成的误差，解决了不易操作的难点。当然，尽管体积置换法可以避免一些人为失误，但是，同样在检测过程中，仍然需要检测人员仔细操作和量测，只有这样才能准确检测出膨胀率，及时对施工及配方进行指导，确保施工质量满足要求。
5.结语
量筒高度法因砂浆形成凹面、粘于筒壁等原因，易引入误差，而使其测量结果的重复性变差，不同试验人员测量数据之间的极差、标准差、变异系数均较大。而体积置换法采用将砂浆体积置换成高度的方法，避免了砂浆表面形状等给测试带来的影响，测量结果重复性好，测量数据之间的极差、标准差、变异系数均要小于量筒高度法。
参考文献：
[1]铁道部科学技术司. 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[2008]74号）[S]. 北京：中国铁道出版社，2008.
[2]中南大学. 客运专线无碴轨道技术再创新研究报告[R]. 长沙：中南大学，2007.
关键词：水泥乳；化沥青砂浆；膨胀率；检测方法；体积置换法
引言：板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆 简称CA砂浆，是板式无砟轨道系统轨道板与底板之间的有机-无机复合材料，厚度为40～60mm，起支撑、调节、吸振和隔振等作用，是高速铁路系统的关键功能材料之一。Ⅰ型板式无砟轨道CA砂浆具有高韧性、低强度（28d，≥1.8MPa）、低弹性模量（28d，100～300MPa）等特点，硬化后的基体为水泥水化物与沥青互穿的网络结构。由于砂浆在凝结硬化过程中会有一定的体积变化，如水泥水化、水的蒸发等将导致砂浆收缩，为使砂浆在轨道板与底座板间灌注饱满充盈，需在砂浆中加入膨胀组分以进行收缩补偿，使新拌砂浆灌注入袋后，在凝结硬化过程中应具有一定的体积膨胀性。《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》用24小时的膨胀率评价砂浆的体积稳定性，并规定砂浆的膨胀率应在1～3%之间。
1.材料及试验方法
材料：水泥乳化沥青砂浆专用干料：24h体积膨胀率2.1%，其他性能指标等均满足《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》要求。
SBS改性乳化沥青：阳离子，固含量62.1%，粘度、针入度、延度等均满足《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》的要求。
水：自来水。
CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆：“J”型漏斗流下时间24 s，含气量8.5%，分离度0.2%，φ50mm×50mm圆柱体试件1d、7d、28d抗压强度分别为 0.3 MPa、1.3MPa、2.2 MPa，均合乎要求。
2.量筒高度法测量膨胀率
《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）附录F规定水泥沥青砂浆膨胀率试验方法是通过量测250mL量筒中砂浆膨胀后的体积变化来计算水泥沥青砂浆的膨胀率。具体步骤为：（1）将量筒竖立在一个无冲击和无振动的水平面上；（2）测量量筒内径，准确至0.02mm，测量3次，取其平均值作为量筒的内径D；（3）将流动度、含气量合适的水泥沥青砂浆，注入量筒，当砂浆表面与量筒250mL刻度重合时，停止加入；（4）在量筒上面加一块玻璃板，用游标卡尺或深度卡尺（读数精度均为0.02mm）测量水泥沥青砂浆表面至玻璃板的深度H0，24h后再测量水泥沥青砂浆表面深度H24，测量3次取其平均值；（5）根据测量结果，用下式计算其膨胀率：膨胀率（%）=0.000314×（H0-H24）×D（1）式（1）中 D为量筒内径（mm）；H0为初始深度（mm）；H24为24h后深度（mm）。
3.体积置换法测量膨胀率
体积置换法是通过用水的体积置换膨胀后的量筒（或容器）的体积，来计算膨胀率，具体步骤为：（1）将量筒（或容器）竖立在无冲击和无振动的水平面上；（2）用水标定量筒（或容器）的容积V和1000mL的三角烧瓶容积VO，测量3次，取其平均值；（3）将流动度、空气含量合适的水泥沥青砂浆，注入三角烧瓶中，使砂浆表面与瓶口齐平，记录砂浆的质量m；（4）由三角烧瓶的容积以及加入砂浆的质量，可得砂浆的表观密度ρ：表观密度ρ=三角烧瓶内砂浆质量m/三角烧瓶容积V；（5）把量筒（或容器）放置在天平上去皮，将三角烧瓶中的砂浆注入量筒（或容器），当250mL左右时，停止加入，记录砂浆质量m0；（6）由量筒中的新拌砂浆质量和表观密度，计算注入量筒（或容器）砂浆的初始体积V1：砂浆的初始体积V1 =砂浆质量m0/砂浆表观密度ρ；（7）24h后将量筒（或容器）放置在天平上去皮，用水将容器填满，使水的表面与量筒（或容器）平齐，记录加入水的质量m1，从而计算出加入水的体积V2，测量3次取其平均值；（8）膨胀率的计算：膨胀率（%）=（V-V1-V2）/V1×100%；
4.结果与讨论
为考察各试验方法的精确性、重复性、误差等，分别对不同情况下两种方法的测试结果做了极差、标准差、变异系数分析。分析表明：采用量筒高度变化法测得的砂浆膨胀率，极差、标准差、变异系数均较大，在对测试环节进行分析后，发现测量误差主要由以下因素导致：（1）由于水泥乳化沥青砂浆的粘度较大，容易造成对量筒的污染，黏在筒壁上干扰初始深度H0的读数；（2）黏在筒壁上的砂浆后再次流入量筒中，给测量带来误差；（3）在测量初始深度H0时，浆体液面成凹形，给高度读数带来困难；（4）水泥乳化沥青砂浆测量初始深度H0时，液面呈凹形，而膨胀后呈凸形，这也会对膨胀率的计算产生一定的误差。
再采用用体积置换法检测，从检测结果看，不论是个人还是整体检测人员用体积置换法检测结果的标准差及变异系数要好于“暂行技术条件”规定的用量筒高度法检测结果，主要原因在于检测人员在操作过程中避免了人为失误而造成的误差，解决了不易操作的难点。当然，尽管体积置换法可以避免一些人为失误，但是，同样在检测过程中，仍然需要检测人员仔细操作和量测，只有这样才能准确检测出膨胀率，及时对施工及配方进行指导，确保施工质量满足要求。
5.结语
量筒高度法因砂浆形成凹面、粘于筒壁等原因，易引入误差，而使其测量结果的重复性变差，不同试验人员测量数据之间的极差、标准差、变异系数均较大。而体积置换法采用将砂浆体积置换成高度的方法，避免了砂浆表面形状等给测试带来的影响，测量结果重复性好，测量数据之间的极差、标准差、变异系数均要小于量筒高度法。
参考文献：
[1]铁道部科学技术司. 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[2008]74号）[S]. 北京：中国铁道出版社，2008.
[2]中南大学. 客运专线无碴轨道技术再创新研究报告[R]. 长沙：中南大学，2007.