为了高铁的平稳舒适

●本报记者　黄河　○通讯员　周清军

人们最常见的沥青应用大约是在高等级公路或小区路面上。乘车或开车的人都有这样的体会：在水泥混凝土路面上行驶，感觉路面很硬，行驶噪音大，易颠簸;而从水泥路面驶入沥青混凝土路面，减震效果明显，行驶立刻变得顺畅起来。究其原因，是因为沥青混凝土有一定的弹性，以柔克刚会增加乘车的舒适度。然而，当人们乘坐快速便捷而又平稳舒适高铁的时候，可能有人不知道全水泥混凝土的轨道上为什么没有公路同样路面行驶的颠簸感?秘密就在轨道板下的沥青垫层里。乳化沥青垫层可以有效地降低噪音，可以作为轨道板和底座板之间的调整层，主要起到填充、支撑、承力和传力的作用，并可为轨道提供适当的刚度和弹韧性。水泥乳化沥青砂浆质量直接影响到轨道结构的平顺性、列车运行的舒适性与安全性、轨道结构耐久性和运营维护成本,是CRTSⅡ型板式无砟轨道的关键工程材料之一。

在中国高铁发展的关键时候，安徽中铁工程材料科技有限公司应运而生，肩负着乳化沥青国产化的责任。

几年过去了，他们生产的数万吨乳化沥青成功运用到高铁上，稳定的产品质量不仅替代了进口产品，而且大大降低了采购成本，受到了用户和专家的普遍好评。

揭开神秘面纱

乳化沥青到底是什么样的特殊材料呢?

乳化沥青是水泥乳化沥青砂浆的关键原材料和技术核心。在国内发展高速铁路线之前，对高速铁路用乳化沥青及水泥乳化沥青砂浆拥有成熟生产技术的只有日本及欧洲少数国家。目前，国内采用的乳化沥青及水泥乳化沥青砂浆技术分为两条路线，主要有阴、阳两种离子型乳化沥青分别配合高、低弹模水泥乳化沥青砂浆。前者技术路线以德国博格板为参照，经过铁道科学研究院国产化转化而成。乳化沥青制造采用阴离子型乳化剂，配套的砂浆为高弹模砂浆，其弹性模量较高，弹性较差，但强度较高，能够提高轨道板的刚性和抗压强度。现场施工不采用灌注袋，即预制轨道板底座和轨道板，用水泥砂浆封堵四周，直接将水泥乳化沥青砂浆通过灌注口灌注其中，成型后的水泥乳化沥青砂浆与轨道板和底座连接为整体。此种板型的优点为砂浆与轨道板间摩阻力大，有效抗滑移;缺点为砂浆表面粗糙，板与板连成整体后维护不便，费用较高。后者以日本《CA砂浆专有技术》为蓝本，经铁道科学研究院国产化转化而成。乳化沥青制造采用阳离子型乳化剂，阳离子乳化沥青与砂石料结合性优良，能够有效防止砂浆分层离析，对提高砂浆匀质性和耐久性有显著的作用。配套的砂浆为低弹模砂浆，其弹性模量较低，弹性较好，能够提高轨道板抗裂、抗震性能。现场施工采用灌注袋法，即预制轨道板底座和轨道板，在板腔中放置聚酯无纺布灌注袋，将拌合好的砂浆通过自流灌注进灌注袋，成型后的水泥乳化沥青砂浆板为单元式。此法的优点为砂浆表面光滑，单元式板维护简便，费用低;缺点为与轨道板间摩阻较小，需要在板间设置凸型挡台。

水泥乳化沥青砂浆是板式无砟轨道结构弹性调整层的关键组成部分。它是由乳化沥青、水泥、混合材、细骨料、水、铝粉及其他添加剂等原材料经特殊工艺搅拌而成的。它利用水泥吸水水化加速乳化沥青破乳，由水泥水化物和沥青裹覆砂形成一种立体网络，具有流动度好、可工作时间长、早期有膨胀、后期收缩小等特点，其力学特点在于刚柔并济，以柔为主。硬化成型后的水泥乳化沥青砂浆可起到调整轨道几何精度和吸收振动冲击能量的双重作用。

2007年5月，铁道部与日方签署了《客运专线板式无砟轨道系统、相关接口技术以及相关机械设备》引进技术协议，铁道科学研究院负责引进日本转让的客运专线板式无砟轨道垫层水泥乳化沥青砂浆和乳化沥青技术，实施引进消化吸收和国产化研究工作，要求原材料的国产化率至少为80%。

面对铁道部重大举措，按照铁道部工管中心指示要求和统一部署，我局承担接收水泥乳化沥青砂浆中乳化沥青生产技术任务，负责引进生产设备，组建无砟轨道专用乳化沥青生产线。从日本引进的生产线是以日本水泥乳化沥青砂浆技术为基础，在我局工程材料公司落地，于2008年3月建成。在铁科院和日本专家指导下，建生产线的过程中，材料公司同时组建技术队伍，从参与前期生产基地的选址，到生产线及配套设施的设计、施工和安装，以及后期的单机调试、联动试车、试生产，边攻关边形成生产能力。整条生产线最大程度地满足了引进消化配方乳化沥青的生产质量要求，年产量约为50000吨，可满足500公里线路的水泥乳化沥青砂浆灌注施工。

国内引进的两种高铁技术在国外的应用里程较短，且乳化沥青砂浆用的核心原材料均为进口，价格昂贵，进货周期长，随着近几年来CRTS I和II型板在国内高速铁路中的的大规模应用，进口原材料已无法满足国内高速铁路快速发展的要求和进度;同时，由于我国各地施工环境及地材性能差异较大，一成不变的进口原材料限制了乳化沥青砂浆的适应性和应用范围。因此，对水泥乳化沥青砂浆中的关键材料进行消化、吸收并再创新，提高产品的适应性，成为了技术发展的重中之重。

艰难的研发

对于安徽中铁工程材料科技有限公司的团队来说，研发的过程可以说是白手起家，不仅设备是一片空白，专业人员也是一无所有。

在局主要领导的亲自关怀下，以局副总经理闫子才、副总经理兼总工程师伍军，以及材料公司总经理甄天星、党委书记沈卫山、副总经理黄玉华、总工程师黄海等为代表的技术管理团队迅速带领大家开展了研发工作。建厂工作与人才引进、培养同步进行。其间，投入480余万元，建立了实验室，引进了先进的科研设备和检测仪器，提高了科研技术装备水平，并作为中铁四局的实验室分室，通过了国家认监委的计量认证。针对高铁建设日新月异的形势变化，他们与时间赛跑，展开了科技攻关。

工程材料公司以两种板型用的乳化沥青砂浆为目标，从乳化沥青和聚合物的配方、产品的生产工艺、乳化沥青砂浆的配合比和施工方法等方面，展开了大量的研究。局及材料公司在资金上给予极大的支持。通过大量的研究及试验，他们研制出高速铁路乳化沥青专用阳离子乳化剂、聚合物乳液及配套的砂浆配合比;通过砂浆流变性与灌注质量的相关性，集成创新了阴离子乳化沥青产品配方及生产、砂浆的施工工艺等。技术人员还深入施工现场，指导着砂浆充填层的施工，解决了砂浆充填层易出现的多种问题。这几种关键材料的研制和工艺的研究，解决了国内水泥乳化沥青砂浆中核心原材料依赖进口、乳化沥青的水泥适应性及砂浆对环境的适应性问题，使国产乳化沥青价格较进口有了一半以上幅度的下降，并满足了国内大规模高铁建设的需要。

在CRTS I型板用阳离子乳化沥青砂浆方面，安徽中铁工程材料科技有限公司研制了高铁阳离子乳化沥青专用乳化剂及砂浆用聚合物乳液，实现了产品的国产化替代，成果体现出以下几个特点：以烷基胺类阳离子型乳化剂和聚氧乙烯醚类非离子型乳化剂的复配技术为基础，通过调整复合乳化剂的亲水亲油平衡值，制备出用于高铁阳离子乳化沥青的复合型阳离子乳化剂ZTE-1，制备出实现乳化剂的国产化替代，直接降低了乳化沥青生产成本;研制了复合改性剂(PTR)，采用改进的两步法加入到半成品乳化沥青中，制备适用于高速铁路无砟轨道充填层的乳化沥青ZTA-1;通过不同单体的选择，制备了玻璃化温度低、粒径分布均匀的聚合物乳液，大大提高了乳化沥青砂浆的可工作性和对不同气候条件的适应性，并通过对聚合物乳液颗粒粒径、与胶凝材料吸附能力的调整，改善水泥乳化沥青砂浆的工作性和与不同地材的适应性，可保证砂浆2小时流动性损失不超过7秒;采用乳化沥青ZTA-1进行乳化沥青水泥砂浆适应性研究，针对不同的地材，优化砂浆配合比，选取性价比最高的原材料拌制砂浆，有效控制水泥沥青砂浆综合成本。

2009年，由铁道部工管中心组织，国内众多施工单位、科研单位、生产单位参加的水泥乳化沥青砂浆应用情况评估会在合肥召开。会上，有关领导和专家听取了工程材料公司对水泥乳化沥青砂浆应用情况的汇报，并由专家组形成评估意见，对工程材料公司生产的乳化沥青性能和现场砂浆应用情况给予了高度评价。该成果打破了国外对高速铁路乳化沥青砂浆关键技术的垄断，经中国中铁股份有限公司和安徽省科学技术厅鉴定，该技术在行业内处于领先水平。

针对CRTS II型板用阴离子型乳化沥青砂浆，公司与中南大学合作，系统地研究了乳化沥青和砂浆的配方与性能。研制了阴离子乳化沥青用复合型乳化剂ZTE-2和助剂。该助剂不仅能增强复合乳化剂的乳化能力、降低用量，而且增强乳化剂的抗盐性，进而提高乳化沥青的适用性，所制备的乳化沥青的平均粒径为2微米，且粒径分布均匀，稳定性能优异;研制了新拌砂浆用气泡稳定剂，有效改善了水泥乳化沥青砂浆中气泡的稳定性，解决了砂浆触变大而造成的充填不饱满和分层或者砂浆触变过小造成气泡稳定性差而引起板面气泡聚集的问题，从而保证水泥乳化沥青砂浆的施工性能及后期使用性能。

国内基质沥青种类和型号较多，为此，他们采用研制的乳化剂针对不同种类和型号的基质沥青进行了配方研究，为原材料的优选做了大量的技术储备。

值得一提的是，工程材料公司建立了集装箱式可移动式乳化沥青生产线，并根据该生产线同时进料的特点，确定了乳化沥青的生产工艺和参数，实现高铁乳化沥青的移动式生产。这种可移动式生产方式更加方便、灵活，相比于固定式生产设备更贴近工程现场，能够及时根据现场需要安排生产;全自动化的投料方式，节约了人力资源，克服了现场人员紧缺的现象;可以减少现场储存设备，缩短了产品储存时间，降低产品在使用前的储存风险成本;针对当地气候变化、原材料变化和可能出现的意外情况，快速调整乳化沥青的生产工艺，保证了施工质量。

在水泥乳化沥青国产化、砂浆配方优化和施工工艺的研究过程中，针对乳化沥青砂浆关键技术从乳化剂的研制、乳化沥青用改性剂、乳化沥青砂浆的制备、砂浆的性能优化和施工方面，工程材料公司先后申报了9项专利，包括4项发明专利和5项实用新型专利，均已被国家知识产权局授权，获得专利证书。其中，《乳化沥青砂浆的制备方法》发明专利荣获2012年安徽省首届专利金奖。科研项目《高速铁路乳化沥青用乳化剂及水泥乳化沥青砂浆用聚合物乳液的开发和应用》荣获中国施工企业管理协会科学技术奖技术创新成果一等奖、中国铁路工程总公司科技进步一等奖、铁道科技二等奖、安徽省科技进步三等奖和中铁四局集团“十一五”优秀科技成果。

结合研究的水泥乳化沥青砂浆施工工艺编制了安徽省级工法《CRTS II型板用水泥乳化沥青砂浆充填层的施工工法》，该工法在石武客运专线河南段、杭甬客专和沪昆高铁正线上得到充分的实施，砂浆充填层通过了铁道部和业主的评审，对施工具有很强的指导意义。

成果的转化

在高速铁路飞速发展的今天，安徽中铁工程材料科技有限公司突破国外技术封锁，国产化研究的水泥乳化沥青砂浆产品占据了国内高速铁路市场三分之一以上。公司研制的乳化沥青具有良好的水泥适应性，解决了各高速铁路所处地域不同而施工环境、所用地材和水泥不同的关键难题;砂浆具有超长流动性保持能力，在现场施工条件有限的情况下，可采取延迟灌注、中转运输灌注等措施，有效解决了因施工条件突变造成的施工进度延误和原材料浪费等不利影响;已成功应用于国内各大高速铁路上，包括京沪高铁、沪宁城际、武广客专、石武客专(河南段)、杭甬客专、宁安客专、成绵乐客专、沪昆高铁等铁路项目上，至今已使用公司研制的乳化沥青十万吨，水泥乳化沥青砂浆约十八万方。

产品在市场上广泛应用令人喜悦，而过程却格外艰辛。公司领导及研发人员通宵达旦做过多少次试验，总结多少次经验教训，只有亲历者才体验最深。经过不懈的攻关，辛苦的努力换来了沉甸甸的收获。

2008年5月15日～17日由铁道部工管中心组织，武广公司、铁科院、中南大学、四院、华南监理、四局、八局、日本海外铁道联合体等单位的领导和专家参加，在我局武广铁路客运专线新广州站轨道板预制厂内模拟现场对水泥乳化沥青砂浆进行了现场搅拌灌注放大试验，经过14块板的水泥乳化沥青砂浆现场搅拌灌注试验，与会专家一致认为：通过本次放大试验，证明拌制的水泥乳化沥青砂浆各项性能指标均能满足日本海外铁道联合体提供《CA砂浆专有技术》和铁道部《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。经现场搅拌灌注试验验证，采用引进设备生产的乳化沥青质量合格，性能稳定，水泥乳化沥青砂浆搅拌质量及灌注效果良好，可进行工程试验。

根据铁道部工管中心要求，我局配合中铁八局在武广高铁武汉综合试验段进行板式无砟轨道砂浆灌注施工。施工前，在现场进行了二次工艺性放大试验，揭板结果表明砂浆外观质量良好，测试的砂浆各项技术参数均满足技术要求。该乳化沥青在稳定性、拌合性、适应性上有突出表现，水泥乳化沥青砂浆拌合及灌注操作简单、高效，砂浆成品性能优异。

2009年12月至2010年1月，沪(上海)宁(南京)城际铁路全线进行水泥乳化沥青砂浆充填层的正线施工，通过对砂浆施工配合比的调整，确保了正常施工的同时，保证了砂浆的质量。特别是通过调整砂浆配合比，确保砂浆在零下7摄氏度低温条件下，表现出了良好的抗冻性和流动性保持能力，灌注的砂浆在硬化后经破坏性检查发现，砂浆灌注饱满，外观平滑无颗粒，断面均匀，无分层和裂缝出现。

举世瞩目的京沪高铁是各家乳化沥青材料厂的必争之地。而蚌埠至宿州段采用安徽中铁工程材料科技有限公司生产的乳化沥青及配套干料灌注的水泥乳化沥青砂浆充填层，于联调联试时成功冲击486.1公里/小时的高铁运营世界纪录，且运行平稳，创造了试运行世界纪录，为世人惊叹。

随即，“四威”牌乳化沥青享誉高铁建设市场，稳定的产品质量赢得了业主的青睐。公司的产品在宁(南京)安(庆)城际、武(汉)广(州)客专、杭(州)甬(宁波)客专、石(家庄)武(汉)客专(河南段)、成(都)绵(阳)乐(山)客专和沪(上海)昆(明)高铁等多条新建高铁上广泛应用。特别是2011年中标的沪昆高铁江西段全段3万吨乳化沥青供应任务，包括24000吨阴离子乳化沥青和6000吨阳离子乳化沥青，是公司营销方面的重大突破。2012年，公司顺利通过了江西段全线10个施工单位的干料揭板试验验收，在业内同行竞争中胜出，取得了全线的干料供应任务;其后，水泥乳化沥青砂浆充填层全线先导段一次通过铁道部工管中心的验收。沪昆江西段水泥乳化沥青砂浆充填层的施工主要集中在2013年5月至10月，是公司继石武客运专线之后，再一次面临这种工程量大、施工工期集中、施工线路长、施工单位多的情况。公司继续严把产品质量关、提供全程技术服务，确保水泥乳化沥青砂浆充填层的灌注质量。目前，供应已近尾声。

成绩面前，安徽中铁工程材料科技有限公司始终秉承“以科技为先导，以质量为生命”的理念，紧跟国家基建步伐，开发出以高速铁路水泥乳化沥青砂浆为代表的一系列工程建筑用材料，继续为我国高速铁路的发展贡献了力量。