水泥乳化瀝青砂漿的組成與性能

1、水泥乳化瀝青砂漿的組成與性能在板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)中，砂漿墊層的重要功能是支撐調(diào)整和緩沖協(xié)調(diào)。這就要求墊層砂漿應(yīng)有很好的施工性能、較 低彈性模量和高延展性，以滿足這些功能的要求。水泥乳化 瀝青砂漿的組成是與其性能相適應(yīng)的。一、水泥乳化瀝青砂漿的組成水泥乳化瀝青砂漿是由乳化瀝青和水泥膠結(jié)砂子形成的具有優(yōu)良彈韌性的砂漿，其主要組成有：1。乳化瀝青乳化瀝青是將瀝青或改性瀝青加熱熔融，和乳化皂液（包括乳化劑、穩(wěn)定劑、電解質(zhì)等）與水一起，經(jīng)乳化機(jī)的 機(jī)械作用，以細(xì)小微粒分散于水中形成的水包油型乳化瀝 青，因此，乳化瀝青含有基質(zhì)瀝青、乳化劑、穩(wěn)定劑、電解 質(zhì)和水（如圖所示）?；疽笫侨榛癁r青在強(qiáng)堿性 的水泥

2、漿體中是穩(wěn)定的，乳液類(lèi)型可以是陽(yáng)離子型，陰離子圖13-1孚L化瀝青的結(jié)構(gòu)示意圖（左）及顯微照片（右）型或非離子型。乳化劑主要是一些常用的表面活性劑，如季 銨鹽、高元醇的硫酸酯、聚乙氧基烷基醚等。近幾年，日本 開(kāi)發(fā)了專用乳化劑，這種乳化劑是一種類(lèi)似于聚羧酸和聚醚 類(lèi)減水劑的共聚物，其特點(diǎn)是用這種乳化劑制備的乳化瀝青 與水泥漿的相容性很好，CA砂漿的工作性優(yōu)異。 所用基質(zhì)瀝 青主要是針入度為 80100的直餾瀝青。工程應(yīng)用中，低彈 性模量CA砂漿主要采用陽(yáng)離子型乳化瀝青，其固體含量均 要求在60%左右。2。水泥主要是硅酸鹽水泥和摻混合材的復(fù)合硅酸鹽水泥，為提 高凝結(jié)硬化速度，也采用快硬水泥，如硅酸

3、鹽水泥與鋁酸鹽 水泥組成的混合水泥。3。細(xì)骨料河砂或機(jī)制硅砂，細(xì)度模數(shù)為1.41.8。4。膨脹劑主要采用煅燒合成的硫鋁酸鈣和氟鋁酸鈣或二者混合的礦物粉末，石灰粉末，其細(xì)度要求為400010000cm2/g。5。發(fā)泡劑有鋁粉、氮化鋁、鋅粉、錫粉、硅鈣合金等粉末或其混 合物。除這些基本組分材料外，還有一些因改善某項(xiàng)性能所需的添加劑，如消泡劑、電解質(zhì)、增稠劑、減水劑、調(diào)凝劑、纖維材料和P乳劑（聚合物乳液）等等。所以，水泥乳化瀝青砂漿是一種多組分、多物相的混合 砂漿，新拌砂漿是一種介穩(wěn)懸浮漿體。二、水泥乳化瀝青砂漿的性能1。水泥乳化瀝青砂漿的基本性能為使砂漿墊層滿足板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的要求，水泥乳化 瀝

4、青砂漿必須具有以下四方面的性能：施工性能：流動(dòng)性、穩(wěn)定性、勻質(zhì)性、可工作時(shí)間等物理性能：?jiǎn)挝惑w積質(zhì)量、含氣量、膨脹率等力學(xué)性能：抗壓強(qiáng)度、彈性模量、延展性等耐久性能：抗凍性、耐候性、抗水性等這些性能是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的，彈性砂漿墊層的力 學(xué)性能與耐久性能不但取決于水泥乳化瀝青砂漿的組成與 配比，而且在很大程度上取決于施工性能與現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控 制。CRTSI型板式無(wú)砟軌道用水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條 件（簡(jiǎn)稱暫行技術(shù)條件） 規(guī)定的技術(shù)性能指標(biāo)要求如表 13-1 所示。表13-1水泥乳化瀝青砂漿的性能指標(biāo)要求序號(hào)項(xiàng)目單位指標(biāo)要求試驗(yàn)方法1砂漿溫度C540棒狀溫度計(jì)法2流動(dòng)度S18 26附錄A3可

5、工作時(shí)間Min 604含氣量%812附錄B5單位容積質(zhì)量kg/l 1.36抗壓強(qiáng)度1dMPa 0.10附錄C7d 0.7028d 1.807彈性模量(28d)MPa100300附錄D8材料分離度% 1.0附錄E9膨脹率%1.0 3.0附錄F10泛漿率%0附錄G300次凍融循環(huán)試驗(yàn)后，相對(duì)動(dòng)11抗凍性彈模量不得小于60%,質(zhì)量損附錄H失率不得大于5%。12耐候性無(wú)剝落、無(wú)開(kāi)裂、相對(duì)抗壓強(qiáng)度不低于70%附錄12。水泥乳化瀝青砂漿性能的主要影響因素1）施工性能新拌水泥乳化瀝青砂漿的施工性能主要有流動(dòng)性、保持 流動(dòng)性的能力、勻質(zhì)性和穩(wěn)定性等，其評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有流動(dòng) 度、可工作時(shí)間、泛漿率、分離度和砂漿溫

6、度。流動(dòng)性灌注施工工藝要求新拌水泥乳化瀝青砂漿具 有自流平的特性，能在漿體高度差產(chǎn)生的重力作用下流動(dòng)并 充滿灌注袋或軌道板與底座板間的間隙，因此，砂漿必須具 有很好的流動(dòng)性。砂漿的流動(dòng)性用流動(dòng)度指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)，它是 容積約為600ml的漿體流出圓錐形J型漏斗所需的時(shí)間，所 需時(shí)間越小，則砂漿的流動(dòng)性越好。暫行技術(shù)條件要求流動(dòng) 度為1826秒。新拌砂漿的流動(dòng)度主要取決于砂漿中液體（乳化瀝青和 水）的用量，液體用量越大，流動(dòng)性越好，流動(dòng)度越小。當(dāng) 乳化瀝青用量一定時(shí)，流動(dòng)度主要與用水量有關(guān)，用水量越 大，流動(dòng)度越小，因此，可以通過(guò)調(diào)節(jié)用水量來(lái)調(diào)整砂漿的 流動(dòng)度。但砂漿的用水量是有一定限制的，用水量太大

7、，會(huì) 降低砂漿及其墊層的耐久性和強(qiáng)度，因此，必要時(shí)可以添加 合適的減水劑，以獲得較低用水量下的較小流動(dòng)度。所以， 拌制砂漿時(shí)，可以通過(guò)選取合適的用水量和減水劑品種與用 量，獲得灌注施工所需的流動(dòng)度?？晒ぷ鲿r(shí)間 水泥乳化瀝青砂漿拌制后，其流動(dòng)性會(huì)因 水泥的水化反應(yīng)而不斷降低，即流動(dòng)度（時(shí)間）會(huì)增加；另 一方面，目前施工中采取砂漿定點(diǎn)拌制，再由拌制點(diǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)到 灌注工點(diǎn)，這一轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程需要一定的時(shí)間，因此，為了新拌 砂漿到達(dá)灌注工點(diǎn)時(shí)還有良好的流動(dòng)性，砂漿應(yīng)有保持流動(dòng) 性不變或損失較小的能力，該能力用可工作時(shí)間表示，它是 砂漿拌制后流動(dòng)度仍保持在 26秒所經(jīng)歷的時(shí)間，“暫行技術(shù) 條件”要求砂漿的可工作時(shí)

8、間為60分鐘。水泥乳化瀝青砂漿可工作時(shí)間的主要影響因素有砂漿 中液體或水的用量、水泥的水化速度、環(huán)境與砂漿的溫度：砂漿中液體或水的用量越大，可工作時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)；水泥的水化速度越快，可工作時(shí)間會(huì)越短，必要時(shí)可適當(dāng)添加調(diào)凝劑來(lái)延長(zhǎng)；環(huán)境與砂漿溫度越高，可工作時(shí)間會(huì)越小，應(yīng)嚴(yán)格控制 砂漿溫度，滿足可工作時(shí)間的要求。勻質(zhì)性水泥乳化瀝青砂漿是由多組分、多物相混合而成的，其中有液相、固相和氣相，有密度較小的空氣、有機(jī) 材料和水等，有密度較大的水泥顆粒和砂，各相的密度相差 較大，在重力作用下，密度較大的物相會(huì)在新拌砂漿中下沉， 而密度較小的物相會(huì)上浮，造成新拌砂漿勻質(zhì)性差。為了保 證灌注施工后的砂漿墊層是均勻

9、的，要求這些物相均勻分布 在新拌水泥漿體中，即新拌砂漿應(yīng)具有很好的勻質(zhì)性，不分 層離析，用泛漿率與分離度表征和評(píng)價(jià)，其要求分別為0%和小于1.0 %。泛漿率表征新拌砂漿中液相與固相分離的程度，新拌砂漿中的液相主要是被稀釋的乳化瀝青，其密度略大于1。如果新拌砂漿靜置時(shí)，液相上浮到砂漿的表面，形成液相層或 水膜，則稱為泛漿現(xiàn)象。造成泛漿現(xiàn)象的主要原因有液相含 量較多、粘稠度太小、乳化瀝青發(fā)生破乳和水泥與乳化瀝青 相容性不好等，因此，減小新拌砂漿的泛漿率的措施有：改善乳化瀝青與水泥的相容性；調(diào)節(jié)液相或水的用量和添加增稠劑來(lái)提高液相粘稠度。 分離度表征新拌砂漿中固、液和氣相分離的程度，用分 段密度法測(cè)

10、量硬化后砂漿的圓柱體試件上下兩段的密度差 的百分率表征。當(dāng)新拌砂漿靜置時(shí)，水泥與砂子顆粒下沉， 而液相和氣孔上浮，凝結(jié)硬化后試件的上段密度小，下端密 度大，即出現(xiàn)分層現(xiàn)象。其主要影響因素有漿體的粘稠度、 含氣量、氣孔尺寸、砂的粒徑和固液相的相對(duì)比例等。液相含量越大， 漿體的粘稠度越小， 分層現(xiàn)象會(huì)越嚴(yán)重， 可提高漿體粘稠度來(lái)減小分離度；含氣量與氣孔尺寸越大， 氣泡越容易上浮， 分層越嚴(yán)重， 可控制含氣量、采用消泡劑消除新拌砂漿中尺寸大于 0.2mm 的氣孔，減小分離度；砂的粒徑越大越容易下沉，應(yīng)選用最大粒徑小于1.18mm,級(jí)配良好的砂子。穩(wěn)定性 水泥乳化瀝青砂漿的穩(wěn)定性主要指新拌砂漿 保持勻

11、質(zhì)性直到凝結(jié)硬化的能力，穩(wěn)定性不良主要包括乳化 瀝青破乳、砂漿的勻質(zhì)性隨時(shí)間變差、砂漿的流動(dòng)性對(duì)時(shí)間 和溫度很敏感等，是一個(gè)綜合性能。目前，還沒(méi)有性能指標(biāo) 來(lái)評(píng)價(jià)。影響穩(wěn)定性的主要因素有：各組分材料的相容性，如水泥與乳化瀝青的相容性、添 加劑與乳化瀝青的相容性等，選取相容性很好的各組分材 料，可保持新拌砂漿的穩(wěn)定性；原材料和新拌砂漿在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中是否被有害物質(zhì)污染， 因此，選用潔凈的水，保證原材料和新拌砂漿在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中 不被污染，可保證新拌砂漿的穩(wěn)定性。砂漿溫度 新拌砂漿的溫度不但影響砂漿的可工作時(shí) 間，而且還影響新拌砂漿的穩(wěn)定性。 “暫行技術(shù)條件”要求 新拌砂漿的溫度在 540 C 之間。新拌

12、水泥乳化瀝青砂漿的溫度主要取決于環(huán)境溫度和 原材料的溫度，這兩項(xiàng)溫度越高，新拌砂漿的溫度越高，因 此，應(yīng)嚴(yán)格控制原材料（乳化瀝青、干料和水）的溫度。原 材料的溫度可以通過(guò)原材料儲(chǔ)存溫度和砂漿攪拌車(chē)中的料 倉(cāng)溫度來(lái)控制。2）物理性能水泥乳化瀝青砂漿的物理性能有密度和體積變化，其評(píng) 價(jià)指標(biāo)為含氣量、表觀密度和膨脹率。含氣量 由于水泥乳化瀝青砂漿中含有瀝青乳化劑，因 此，在攪拌過(guò)程中，容易產(chǎn)生一定量的氣泡；另一方面，為 了改善硬化砂漿墊層的抗凍性，還添加了少量引氣劑，因而，砂漿中含有較多氣泡。砂漿中含有一定量和較小孔徑的氣泡 對(duì)砂漿的流動(dòng)性、抗離析分離性能和硬化砂漿的抗凍性是有 益的，而過(guò)多的含氣量

13、會(huì)降低砂漿的強(qiáng)度，因此“暫行技術(shù) 條件”要求砂漿的含氣量為 812%之間，但氣泡孔徑應(yīng)盡可 能小于0.2mm。影響砂漿的含氣量和氣泡孔徑的因素有：攪拌機(jī)的形式，一般來(lái)說(shuō)，臥式攪拌機(jī)引入的含氣量大 于立式攪拌機(jī)；攪拌速度與時(shí)間，攪拌速度越快，高速攪拌時(shí)間越長(zhǎng)，砂漿的含氣量會(huì)越大；砂漿中的瀝青乳化劑、引氣劑等表面活性劑組分越多，含氣量會(huì)越大;消泡劑可減少含氣量，尤其可減少孔徑較大的氣泡含 量，但必須將消泡劑加入到液相中才有較好的消泡效果；添加發(fā)泡劑可增加微小氣孔的含量；低速攪拌可減少含氣量；砂漿的流動(dòng)度越小，含氣量會(huì)越大，尤其是孔徑較大的 氣泡會(huì)較多。表觀密度水泥乳化瀝青砂漿的表觀密度影響到砂漿

14、的強(qiáng)度和彈性模量，因此，用于不同板式軌道結(jié)構(gòu)的砂漿表 觀密度不同，用于單元板式軌道結(jié)構(gòu)的砂漿表觀密度要求大 于1.3。砂漿的表觀密度主要取決于砂漿的組成配比和含氣 量。砂漿中液相（乳化瀝青和水）含量越大，表觀密度越小;砂漿的含氣量越大，表觀密度越小。膨脹率水泥乳化瀝青砂漿在凝結(jié)硬化過(guò)程中會(huì)有一 定的體積變化，為了使砂漿在軌道板與底座板間灌注飽滿充 盈，砂漿應(yīng)具有一定的體積膨脹性，用24小時(shí)的膨脹率指標(biāo)評(píng)價(jià)。砂漿的膨脹率主要與砂漿的組成材料種類(lèi)與配比、 溫度等有關(guān)。硅酸鹽水泥水化過(guò)程中會(huì)有較大的體積收縮，因而，采 用硅酸鹽水泥配制的砂漿在凝結(jié)硬化中將會(huì)產(chǎn)生體積收縮， 在砂漿中添加發(fā)泡劑，在硅酸鹽

15、水泥水化產(chǎn)生的高堿性環(huán)境 下發(fā)泡劑反應(yīng)產(chǎn)生微小氣孔，引起處于流態(tài)的砂漿產(chǎn)生體積膨脹；砂子可限制硅酸鹽水泥水化過(guò)程中的體積收縮，砂子含 量較大時(shí)，砂漿的體積收縮會(huì)減??；膨脹劑可在砂漿凝結(jié)硬化中產(chǎn)生一定的體積膨脹，可使 處于塑性階段的砂漿產(chǎn)生一定的體積膨脹，或補(bǔ)償水泥水化 引起的收縮；在組成與配比相同時(shí)，溫度越高，砂漿膨脹率會(huì)越大； 如果砂漿出現(xiàn)泛漿與分層現(xiàn)象，砂漿會(huì)產(chǎn)生較大的體積 收縮。3）力學(xué)性能強(qiáng)度和彈性模量 其評(píng)價(jià)指標(biāo)為抗壓強(qiáng)度、受壓彈性模 量，用于縱連扳式軌道結(jié)構(gòu)的砂漿還有抗折強(qiáng)度與粘結(jié)強(qiáng) 度。砂漿的強(qiáng)度與彈性模量主要取決于砂漿的組成材料與配 比、含氣量等。砂漿中乳化瀝青與水泥和砂的質(zhì)量比越大，其強(qiáng)度和彈 性模量越低；水與水泥的質(zhì)量越小，即用水量越小，其強(qiáng)度和彈性模 量越高；水泥的水化速度越快，砂漿的早期強(qiáng)度（ 17 天）會(huì)越 高，反之亦然；砂子含量較小時(shí)，會(huì)降低彈性模量和強(qiáng)度，尤其是彈性模量；