CA砂漿用乳化瀝青概述

摘要:近年來，CA砂漿在我國高速鐵路板式無砟軌道建設(shè)中廣泛應(yīng)用，作為CA砂漿的關(guān)鍵組成材料之一，本文較詳細(xì)地介紹了乳化瀝青的性能、制作、輸送、儲存和管理等方面的相關(guān)知識。

關(guān)鍵詞:CA砂漿 乳化瀝青 制作 管理

中圖分類號:TE626.8+6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1673-8209(2009)10-0085-02

DICUSSION ON THE EMULSIFIED ASPHALT OF CEMENT ASPHALT MORTAR

Guo Rutao Zhou Yuan

(The Third Engineering Group co.，Ltd. Of China Railway030001)

1 前言

CA砂漿(cement asphalt mortar)是板式軌道中軌道板與混凝土道床之間的結(jié)構(gòu)層材料，它是由水泥、乳化瀝青、砂和多種外加劑組成，經(jīng)水泥與瀝青共同作用膠結(jié)硬化而成的一種新型有機無機復(fù)合材料，在板式軌道結(jié)構(gòu)中主要起調(diào)平、緩沖的作用，是該軌道結(jié)構(gòu)必不可少的彈性減振關(guān)鍵材料之一，在我國高速鐵路建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景[1]。

乳化瀝青是瀝青或改性瀝青與水在乳化劑、穩(wěn)定劑等的作用下經(jīng)過機械剪切作用制得的均勻分散體。乳化瀝青是CA砂漿的關(guān)鍵材料，其質(zhì)量決定性地影響CA砂漿使用性能，對可工作時間、泌水率、材料分離度、早期抗壓強度、抗凍性及耐候性有顯著影響。CA砂漿專用乳化瀝青除了具有普通瀝青乳液所具有的性能外，還要求與水泥相容性好、黏度較大、破乳速度較慢、抗凍性、耐候性能優(yōu)異，凝固后瀝青形成連續(xù)層，能與水泥、細(xì)骨料形成具有溫度依存關(guān)系和滯彈性體特性的復(fù)合材料[2]。針對這種情況，本文將從CA砂漿用乳化瀝青的制作、輸送、儲存和管理等方面進行詳細(xì)介紹。

2 乳化瀝青的制作

生產(chǎn)加工乳化瀝青，乳化液中瀝青的含量是一個十分重要的指標(biāo)。設(shè)計生產(chǎn)瀝青乳液除了應(yīng)考慮瀝青類型和特性、選擇化學(xué)穩(wěn)定劑外，主要是選擇可靠的高性能的瀝青乳化制造設(shè)備。

膠體磨機是制作乳化瀝青的關(guān)鍵部件，采用高速旋轉(zhuǎn)的剪切系統(tǒng)將熔化的瀝青剪成細(xì)小的液滴，在立式膠體磨機內(nèi)，瀝青與一種化學(xué)試劑接觸，這個化學(xué)試劑就是化學(xué)穩(wěn)定劑。在膠體磨機內(nèi)攪散之后，細(xì)小的瀝青粒子和水組成乳化液，懸浮小顆粒的載體是水和化學(xué)試劑，瀝青不溶于水，細(xì)小的瀝青顆粒保持懸浮狀態(tài)。應(yīng)控制進入立式膠體磨機內(nèi)的瀝青粘度和溫度，同時控制溶液的溫度。如果溫度過低，乳化液的顆粒將變得較粗大;溫度過高，乳化液將沸騰，水分揮發(fā)，瀝青顆粒也將變粗大。

乳化瀝青制作設(shè)備可制作陰離子型乳化瀝青、陽離子型乳化瀝青和粘接劑型乳化瀝青。選用哪一種乳化瀝青，要根據(jù)實際需要進行。

陽離子乳化瀝青對氣候的靈敏度低，靠化學(xué)破乳，其性能較穩(wěn)定，長期存放不會破乳，但陽離子乳化瀝青搬運較危險，故要重視陽離子乳化瀝青儲存過程的安全，嚴(yán)格遵守儲存規(guī)則。

陽離子乳化瀝青適合于骨料，包括氧化硅骨料。如果石料清潔，施工時陽離子乳化瀝青不需要做預(yù)處理。故在可靠性要求高的地區(qū)，且具有正確搬運方式的場地，采用陽離子乳化瀝青較合適。

破乳是乳化瀝青混合料的一個重要概念。多年來，各瀝青研究中心均在研究加速破乳的機理，特別是歐洲的Emulcol研究中心和由澳大利亞SAMI和Emoleum的發(fā)展研究中心。大多數(shù)系統(tǒng)均將PH值作為控制陽離子乳化液的破乳因素，實際上材料的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)形式不同，破乳速度也不同。乳化液破乳要求顆粒聚集，顆粒之間存在的引力克服排斥力。在這一演變過程中，顆粒越來越大，逐漸粗大。通常破乳過程分為兩步，即絮凝和凝聚。

破乳的過程是外力作用乳化的顆粒以任何方式聚集，如高的剪切力、加熱和煮沸以消除水分，降溫使顆粒凝固。如果乳化液沉積，也可能出現(xiàn)破乳。

陽離子乳化液具有正電荷，在鋪路過程中，陽離子乳化液與骨料能夠直接、迅速相互作用。電荷的數(shù)量對穩(wěn)定性影響很大，電荷越多，排斥力越大，骨料帶有的負(fù)電荷相互作用越迅速。

在靜電作用反應(yīng)完成后，乳化液將依靠絮凝和凝聚來完成破乳。在破乳完成后，水分完全蒸發(fā)，剩下的瀝青獲得足夠強度。

3 CA砂漿用乳化瀝青

CA砂漿用乳化瀝青中石油瀝青含量在58～63%之間，它是配制CA砂漿成型后的最終膠結(jié)料。瀝青各組分(瀝青質(zhì)、樹脂、油分)在瀝青中的含量對乳化的難易、乳化后的性能影響很大。直接采用常規(guī)瀝青乳劑和水泥混合不能得到適于注入和達(dá)到流動性等指標(biāo)的CA砂漿，故需要對瀝青進行改性，通過改性可以降低瀝青的溫度敏感性和脆化溫度，提高瀝青的軟化點，增強瀝青的抗裂耐磨性能。70號殼牌石油瀝青的特點是相對密度大于1，含蠟量小于2%，引入高分子聚合物改性后，由其拌合成的CA砂漿抗凍融性及耐候性明顯改善。

復(fù)合乳化劑在乳化瀝青中所占的比例雖然很小，一般在0.1～2.0%之間，但乳化劑對瀝青乳液的性能影響卻是巨大的，能降低瀝青與水之間的界面張力，使瀝青微粒均勻得分布在水溶液中，能縮小油水兩者 的絕對密度差及粘度差，在兩相之間乳化劑走向排列時，能增加瀝青微粒的電荷，形成雙電層，增加顆粒之間的相互排斥力，阻止瀝青微粒的聚合。瀝青乳液的很多性能如乳化效果、電性、破乳速度、儲存穩(wěn)定性等直接取決于乳化劑。(陽離子型乳化瀝青的吸附力強，能夠?qū)⑹媳砻娴乃峙艛D出去，使石料和瀝青間形成所謂的化學(xué)結(jié)合，可以防止瀝青和石料剝離。陰離子凝結(jié)需經(jīng)過物理變化的時間，陽離子在瞬間即能完成化學(xué)反應(yīng)而凝結(jié)。)

在研究乳化瀝青及配制CA砂漿過程中，發(fā)現(xiàn)有時產(chǎn)生的顆粒大且不均勻，極容易發(fā)生絮凝或沉淀現(xiàn)象，特別是進口瀝青(比重大于1)，這一現(xiàn)象格外顯著，在專用乳化瀝青中，添加劑采用了無機鹽和高分子締合助劑兩種，增加無機鹽化合物可以增加顆粒間雙電層效應(yīng)，增加顆粒間的相互排斥力，減緩顆粒之間的凝聚速度，提高乳化能力，改善乳液的穩(wěn)定性，增強與骨料的粘附能力以及CA砂漿早期強度，加入高分子締合助劑，形成堅固的膠束，顯著提高了乳液的黏度，改善了CA砂漿的材料分離度。乳化瀝青黏度的標(biāo)準(zhǔn)范圍為5～15，相應(yīng)的高分子締合助劑的用量為0.1～0.35%，適宜的用量為0.25%。

乳化瀝青的配制及配方如下:按順序?qū)磁浞接嬃康娜榛瘎?、添加劑、改性劑分別加入熱水中，攪拌均勻，形成乳化水溶液，水溶液溫度控制在50～55℃范圍內(nèi)，倒入瀝青乳化機中，開啟乳化機，然后加入配方量的符合溫度要求的熱瀝青，在乳化機的高速剪切作用下形成均勻穩(wěn)定的瀝青乳液。

CA砂漿用乳化瀝青的性能指標(biāo)必須滿足《客運專線鐵路板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)中技術(shù)要求。

4 乳化瀝青的輸送和儲存設(shè)備

輸送和儲存設(shè)備是完成乳化瀝青的制作到使用的一個中間環(huán)節(jié)的必備設(shè)備。乳化瀝青的輸送及使用應(yīng)在專用的設(shè)備上進行。輸送泵吸入是運輸乳化瀝青的一種方法，通常在泵吸入的過程中將擠壓或剪切乳化瀝青，這使得乳化瀝青的原始結(jié)構(gòu)被破壞。如果這種現(xiàn)象嚴(yán)重時，乳化瀝青發(fā)生絮凝和凝聚，變成粗大顆粒，甚至變成瀝青。因此必須合理選擇輸送泵，如離心泵等[4]。

輸送溫度對乳化瀝青的影響很大。溫度過低可使材料收縮，對于乳化瀝青，輸送溫度過低使瀝青顆粒更接近，而產(chǎn)生以下嚴(yán)重結(jié)果:

(1)乳化瀝青出現(xiàn)絮凝和凝聚;

(2)瀝青迅速沉淀;

(3)在寒冷的天氣下，泵送材料、乳化瀝青顆粒已經(jīng)凝縮到一起。故在低溫下，乳化瀝青不易采用泵輸送;

(4)如乳化瀝青已經(jīng)被凍結(jié)，乳化瀝青應(yīng)重新進行溶解作業(yè)。

對于大多數(shù)類型的乳化瀝青來說，溫度不能低于4℃。

物體遇熱將膨脹，乳化瀝青也如此。水被加熱后，蒸發(fā)的速度明顯增加，如果蒸發(fā)的水過多，由于絮凝和凝結(jié)機理的作用，將使乳化瀝青變成瀝青。

如果將乳化瀝青加熱到95℃，將出現(xiàn)局部沸騰，懸浮的瀝青顆粒將聚集成瀝青。因此，加熱乳化瀝青應(yīng)注意以下幾點:

(1)當(dāng)加熱乳化液時，應(yīng)緩慢加溫;

(2)加熱時，應(yīng)使用攪拌器;

(3)在加熱之前，應(yīng)將輸送泵預(yù)熱;

(4)在寒冷地區(qū)，桶裝乳化瀝青，可通過遠(yuǎn)紅外進行加熱;

(5)乳化瀝青不能夠直接用明火加熱;

5 乳化瀝青的儲存與運輸

乳化瀝青的儲存應(yīng)特別引起注意，乳化瀝青的儲存時間是有限度的，儲存時間決定于其成分、搬運方式和儲存方式。

瀝青比水重，因而移動時通常出現(xiàn)下沉，即乳化瀝青沉淀。如果乳化瀝青液滴沉淀，將可能粘接在一起，即出現(xiàn)絮凝和凝結(jié)，此時并不能使其全部變成瀝青，但形成較大的瀝青顆粒，將很快出現(xiàn)沉淀。

攪拌工藝是防止凝結(jié)現(xiàn)象發(fā)生的重要手段之一。一旦乳化瀝青粗化，攪動作用也不可使其細(xì)化。如果粗化的太多，攪動作業(yè)可使乳化瀝青出現(xiàn)破碎。

預(yù)防該現(xiàn)象的唯一方法是使乳化液的初始狀態(tài)顆粒細(xì)小，并合理存放。

根據(jù)上述原則，可用油筒儲存及運輸乳化液，并應(yīng)注意:

(1)油筒不能太涼。應(yīng)垂直置于地面，用物品覆蓋;

(2)為了不使乳化瀝青凝結(jié)，每兩周滾動一次油筒，且上下顛倒放置;

(3)使用時，應(yīng)首先使用存放時間最長的乳化瀝青;

(4)在冬季，油筒不能直接放置在火上加熱。

采用倉儲時，應(yīng)注意以下幾點:

(1)桶式倉儲要定時進行循環(huán)，這一工作應(yīng)緩慢進行;

(2)循環(huán)頻度取決于氣候、儲存時間;

(3)大多數(shù)乳化瀝青在夏季每周循環(huán)一次，冬季每5d循環(huán)一次;

(4)循環(huán)應(yīng)在中午進行;

(5)循環(huán)的時間決定于桶的體積，體積為5000l的桶每次循環(huán)15min，體積為10000l的桶每次循環(huán)20min;

(6)工作完成后，對泵進行沖洗;

(7)工作進行前，對管路和泵進行加熱;

(8)工作完成后，管路內(nèi)不得堵滿乳化瀝青。

6 乳化瀝青的清潔度

乳化瀝青的清潔度是非常重要的，不清潔的乳化瀝青影響施工質(zhì)量?？諝膺M入乳化瀝青內(nèi)，乳化瀝青將破乳。陽離子乳化瀝青與金屬接觸，也將破乳。如果乳化瀝青殘留在泵體內(nèi)，不及時清洗將會堵塞泵。管路中殘留的乳化液，不及時清洗也將造成管路堵塞。乳化瀝青的性能越好，要求清洗的越徹底。在儲存之前，應(yīng)對儲存設(shè)備進行徹底清洗。

清洗過程步驟為:

(1)用高壓水對管路進行沖刷;

(2)用煤油進行清洗，不允許用柴油及其他溶液清洗，這些液體不能夠溶解瀝青，與乳化液不相容，造成乳化瀝青破乳，不便清洗;

(3)最后用清水沖洗管路，切不可沖洗乳化瀝青倉桶內(nèi)部;

(4)如果泵或管路已經(jīng)被瀝青堵塞，緩慢對其進行加熱，然后進行清洗;不能加熱使用中的管路，因為這將使乳化瀝青破乳;

(5)用煤油浸泡輸送泵的時間可達(dá)1h或更長;

(6)在堵塞物被清除后，再次用水沖洗輸送泵。

7 管理中應(yīng)注意的問題

(1)通常，在輸送期間乳化瀝青是穩(wěn)定的。輸送過程最常見的問題是空氣進入乳化瀝青內(nèi)，引起乳化瀝青破乳，特別是CRS乳化液，空氣能夠激活沉淀生成的大顆粒乳化瀝青，發(fā)生破乳現(xiàn)象。

(2)對于輸送的主要要求是確保正確的使用泵及合理的輸送方法。在寒冷天氣下，應(yīng)將泵加熱，使用清潔的桶，檢查裝載的各種條件。乳化瀝青裝入清潔的桶內(nèi)，封閉容器進行運輸。

(3)乳化瀝青是一種化學(xué)物質(zhì)，不能夠與其他不同類型的乳化瀝青產(chǎn)品混合，也不能與其他化學(xué)物質(zhì)混合。銹鐵、污物、植物或其他的外部雜物均不允許混入。對于陽離子乳化液尤其重要，因為其與這些雜物發(fā)生作用將產(chǎn)生破乳現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1] 金守華，陳秀方，楊軍.板式無砟軌道用CA砂漿的關(guān)鍵技術(shù)[J].中國鐵道科學(xué)，2006(2).

[2] 客運專線鐵路CRTSI型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術(shù)條件.鐵道部科技司.2008.6:1～6.

[3] 徐偉建，王智勇.抗凍性CA砂漿性能研究.鐵道建筑.2003(12):66～67.

[4] 王濤，胡曙光，王發(fā)洲等.瀝青乳液加料順序影響CA砂漿早期強度的機理研究.客運專線建設(shè)專題.2008(1):1～3.