現代營建 302---高鐵軌道版承墊材料CA砂漿施作之介紹(一)

高鐵軌道版承墊材料CA砂漿施作之介紹(一)

□劉俊杰／中華大學土木工程學系副教授
□邱欽璋／高鐵軌道工程台灣廠商前副理

摘要
台灣興建高鐵投資近5000億金額，興建時速300公里以上之大眾軌道運輸系統，使用專用路權，全線無平交道，行車絕對安全的高速軌道運輸系統，台北到高雄345公里祇要90分鐘，創造出優質的一日生活圈，為現今世界最大的BOT軌道運輸投資計畫。具有下列之特性：高運能、快速、準點、不受天候影響、安全。本文接續本刊301期1月號以預鑄軌道版底下灌注之柔性承墊材料CA(Cement Asphalt)砂漿之施工作一介紹以供國內工程界參考。

一、前言

台灣南北高速鐵路計畫，北起台北車站，南迄高雄左營全長約345公里，沿途設置十個車站，除台北、台中(烏日)、高雄(左營)三站位於都會區內，並與台鐵及捷運共站外，其餘桃園、新竹、苗栗、彰化、雲林、嘉義、台南七站，則位於現有都市之外圍地區，沿線並於台北汐止、台中烏日以及高雄左營設置三處基地，以提供機客車過夜留置以及清潔整備服務之用；另在高雄燕巢設置高鐵總機廠，在台北汐止基地設置機務段，以及新竹六家，嘉義太保設置工務、電務維修段。高鐵工程已於八十九年三月二十七日正式動工，預計於九十四年十月底完工通車。【1】高鐵的興建，帶動了台灣奇蹟，一日生活圈的產生、車站周邊的房地產及市集的繁榮。本土的營造公司也開始由過去實質傳統的施工觀念，轉變為以技術工法為重心導向。本文針對目前高鐵工程正積極全線展開之軌道鋪設工程，以其預鑄軌道版底下之CA(Cement Asphalt)砂漿施工作一簡要的介紹。

二、CA(Cement Asphalt)砂漿材料之介紹

(一)柏油乳劑水泥砂漿的功能與性能
        對於時速300公里的高速鐵路而言，行車的舒適性與安全性、至為重要，故於預鑄鋼筋混凝土版之下注入具有消能作用的柔性瀝青砂漿簡稱為CA(Cement Asphalt)介紹如下：
        軌道版為預鑄鋼筋混凝土版，路基底盤混凝土為場鑄鋼筋混凝土結構體。兩者都是具有強度而無彈性的構造物。為使軌道具有較高強度，復具有相當的彈性，乃研究開發出柏油乳劑，此柏油乳劑與一般道路用的柏油絕不相同。他具有與水泥相結合的性能。柏油乳劑水泥砂漿(簡稱CA砂漿)的強度可高達18Kg/cm2，彈性係數K＝125Kg/cm3。將CA砂漿灌注於兩混凝土版間，一方面使軌道具有彈性，代替道渣的功能，但因強度較高，有不易破壞的特點。且另一方面可於鋪設時順便調整軌道施工誤差及將來維修時所做調整之用。故須具有價格低廉，而可大量使用的特點。【2】
(二)CA(Cement Asphalt)砂漿的材料
        CA(Cement Asphalt)砂漿是以柏油乳劑、水、水泥、細骨材(砂)，及各種添加拌和而成，具有柏油的彈性及水泥的剛性的半剛性泥漿料。(如表一)
        1.水泥：為初期強度較高，以便鋪設工程進展順利，水泥以使用早強波特蘭水泥為準，水泥品質必須新鮮，無風化變質為限。
        2.柏油乳劑：為一種界面活性劑為主劑，含有特殊乳化劑的水溶液，將柏油懸濁液化的產品，與一般道路用柏油不同。具有易與水泥溶化結合的優良特性，稱為A乳劑。A乳劑在溫度5～30度C間不易變質，超過該溫度就很容易變質，所以儲藏時必須注意空氣調節。
        3.A乳劑出廠後的儲藏間為一個月，超過一個月時必須做試驗及抗壓試驗，合格後才能使用。
        4.添加劑AE乳劑或同等品以上的材料；以3CaO. 3Al₂O₃ . CaSO₄ 系礦物為主體，加微量高分子分散劑及無機鹽。添加的目的為防止CA(Cement Asphalt)砂漿分離，收縮及促進流動性，期提供更佳的工作進度與品質。
        5.細骨材：以通過2.5公厘篩95﹪的河川砂為宜，Fm在1.4～2.2間，但如壓送灌漿時FM以1.4～1.8為宜。砂的含水量對CA(Cement Asphalt)砂漿的強度影響很大，必須嚴格管理。
        6.膨脹劑(鋁粉)：CA(Cement Asphalt)砂漿凝固後會有約2－3﹪的收縮，必須加膨脹劑予以抑止，使兩種混凝土間不要有空隙，致妨礙軌道品質。以物美價廉的鋁粉為主，但粒狀的鋁粉不會膨脹，使用前須審慎檢驗。
        7.水量：用水量直接影響CA(Cement Asphalt)砂漿的強度，而溫度則影響其流動性，施工時必須檢驗砂的含水量及試驗流動時間，做為調整用水量的依據，確保CA(Cement Asphalt)砂漿的品質。流動時間必須16秒以上26秒以下。
        8.CA(Cement Asphalt)砂漿的厚度：軌道版與路床的間隙過小時，CA(Cement Asphalt)砂漿的流動性關係而無法填滿，則會影響軌道施工品質，空隙太大時不但影響軌道施工品質亦會造成浪費，故其厚度最小不得小於40 公厘，如在40 公厘以下，必須使用合成樹脂，以確保施工品質。
        9.合成樹脂：因為合成樹脂的價格較CA(Cement Asphalt)砂漿為貴，大都是在特定的地方使用，如斜角版、防動梢周圍及道岔版等處，或因施工誤差而空隙在40公厘以下的軌道版才使用。適合的合成樹脂有溫麗丹系(Urethan系)的CUS、MTR及環氧樹脂系(EPOXY系)的MAY等。
表一 CA灰漿標準配方(平均1m3)【3】

材料名	水泥	細骨材	水	A乳劑	AE乳劑	P乳劑	混和材	除泡劑	鋁粉
重量(kg)	284	630	63以下	458	7.9	47.4	32	0.158	0.041

三、CA(Cement Asphalt)施工流程介紹

(一)CA(Cement Asphalt)施工流程圖【4】

圖一 CA(Cement Asphalt)施工流程圖         CA(Cement Asphalt)砂漿的要求：強度要夠kp＝125㎏/㎝3、彈性要佳、易修補、價格可接受、具有柔韌性能，且協助吸收軌道版與土建工程銜接傳遞下來的衝擊能量，讓其超高、轉彎時皆能平順，故對於軌道工程而言，實為一項重要項目，而水泥砂漿雖在強度及耐久性是優越的，但缺乏彈性、橡膠墊雖被認為具有彈性良好性能，但由於價格昂貴，又因軌道版底下凹凸不平較大，所以在實用性較為困難。故本文簡要介紹CA(Cement Asphalt)砂漿其工法、工序、以供參考。高速鐵路的興築，也助於台灣「一日生活圈」的實現，但也因為要高速其對施工法、材料、品質、工序等之要求，也更為嚴謹。
(二)CA(Cement Asphalt)施工流程照片
        1.道床採用系統模版工作車組裝方式【5】
        台灣雖無凍融現象，但因氣候的變化造成之影響也不容忽視，即是說，為了防止凍融現象而造成混凝土及CA(Cement Asphalt)砂漿的劣化，雖在混凝土上設計了排水坡度，但如在混凝土上直接CA(Cement Asphalt)砂漿施工時，則由CA(Cement Asphalt)砂漿施工後之厚度不均勻，版式軌道的支承彈性常數也不是介定值，所以設計上決定設置道床。

《未完待續》