水泥乳化瀝青砂漿的原料設(shè)計(jì)及性能研究

劉元德

（甘肅省張掖公路分局，甘肅 張掖 734000）

0 引言

水泥乳化瀝青砂漿（Cement and Emulsified Asphalt Mortar，簡(jiǎn)稱CA砂漿或CAM）主要由水泥、乳化瀝青、砂以及各種外加劑組成，乳化瀝青通過(guò)影響水泥的水化過(guò)程使之成為一種兼具水泥與瀝青性能的砂漿。通過(guò)調(diào)整兩者比例及外加劑摻量，可以制備出符合高等級(jí)公路路面小型坑洞修復(fù)、橋面調(diào)平層等部位要求的砂漿，也可用于橋面瀝青混凝土空隙造成的橋面滲水噴涂。鑒于此，本文對(duì)CA砂漿進(jìn)行材料設(shè)計(jì)和性能研究。

1 試驗(yàn)原料、方法及儀器

該試驗(yàn)設(shè)計(jì)為（L9（34））[2]，即4因素3水平的正交試驗(yàn)，具體內(nèi)容見(jiàn)表1、表2。通過(guò)對(duì)影響CA砂漿性能的各個(gè)因素水平的調(diào)整，得到不同的CA砂漿漿體，先用J形漏斗進(jìn)行流動(dòng)度測(cè)試，再用250ml量筒測(cè)試24h膨脹率；澆灌入70.7mm×70.7mm×70.7mm試模中成型，到指定齡期后測(cè)量抗壓強(qiáng)度；澆灌入100mm×100mm×100mm試模中成型，到指定齡期后測(cè)量彈性模量；取3次平行試驗(yàn)的平均值作為測(cè)試結(jié)果，通過(guò)SANS萬(wàn)能壓力機(jī)采用單軸壓縮法測(cè)量抗壓強(qiáng)度和彈性模量。

表1 因素與水平安排 單位：g

表2 正交試驗(yàn)安排表（L9（34））[2]

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

按照正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)9組試樣的物理力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)，得到試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 CA砂漿各種物理力學(xué)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

2.1 流動(dòng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

流動(dòng)度極差和方差法的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。影響流動(dòng)度的主要因素是減水劑，其次是水、膠乳和鋁粉。CA砂漿的流動(dòng)度隨減水劑用量的增加是先增大后迅速減小，隨鋁粉用量的增加是先減小后增加，隨膠乳用量的增加不斷增加，隨外加水用量的增加先增加后緩慢減小。所以考慮CA砂漿的流動(dòng)度影響因素主要是考慮減水劑，其次是外加水。

表4 流動(dòng)度極差方差法計(jì)算結(jié)果 單位：s

2.2 膨脹率試驗(yàn)結(jié)果分析

膨脹率極差和方差法的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。影響膨脹率的主要因素是鋁粉，其次是減水劑、外加水和膠乳。影響膨脹率的各個(gè)因素中，膨脹率隨減水劑用量的增加不斷減??；隨鋁粉用量的增加而不斷增大；隨膠乳用量的增大先緩慢增加，當(dāng)用量超過(guò)25g時(shí)迅速增加；隨外加水用量的增加先緩慢增加，當(dāng)外加水用量超過(guò)160g時(shí)迅速增大。所以考慮CA砂漿膨脹率時(shí)，鋁粉、減水劑、外加水和膠乳都必須考慮。

表5 膨脹率極差方差法計(jì)算結(jié)果（%）

2.3 7d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

7d抗壓強(qiáng)度極差和方差法的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。外加水對(duì)CA砂漿的7d齡期強(qiáng)度影響是先增大后緩慢減??；而減水劑對(duì)CA砂漿的7d齡期強(qiáng)度的影響也是先增大后減小，但減水劑對(duì)CA砂漿的7d齡期強(qiáng)度增大和減小的影響幾乎相等。所以影響CA砂漿的7d齡期強(qiáng)度的因素主要考慮外加水，其次是減水劑，膠乳和鋁粉相對(duì)而言對(duì)CA砂漿的7d齡期強(qiáng)度影響不大。

表6 7d齡期抗壓強(qiáng)度極差方差法計(jì)算結(jié)果 單位：MPa

2.4 28d齡期抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

28d齡期抗壓強(qiáng)度極差和方差法的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。CA砂漿28d齡期抗壓強(qiáng)度隨外加水的增加先增加隨后緩慢減??；隨減水劑用量的增加先增大，隨后減小，但與外加水相比，減水劑的影響程度小于外加水；隨鋁粉量的增加而減?。浑S膠乳的用量增大而增大。所以考慮CA砂漿28d齡期抗壓強(qiáng)時(shí)主要考慮外加水，其次是減水劑、鋁粉、膠乳。

表7 28d齡期抗壓強(qiáng)度極差方差法計(jì)算結(jié)果 單位：MPa

2.5 28d齡期彈性模量試驗(yàn)結(jié)果分析

28d齡期彈性模量極差和方差法的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8。CA砂漿的28d齡期彈性模量隨外加水用量的增加不斷減??；隨減水劑和鋁粉用量的增加先增大后減??；隨膠乳用量的增加先減小后增大。因此，影響CA砂漿的28d齡期彈性模量的主要因素是外加水，其次是減水劑、鋁粉、膠乳。

表8 28d齡期彈性模量極差方差法計(jì)算結(jié)果 單位：MPa

3 結(jié)論

3.1 CA砂漿原材料的選擇

水泥宜選用早強(qiáng)型普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為42.5，應(yīng)該符合GB l75—1999標(biāo)準(zhǔn)的要求；摻合材料選用U型混凝土膨脹劑（UEA、UEA—H等）系列產(chǎn)品；乳化瀝青宜選用粘性較大和軟化點(diǎn)較高的陽(yáng)離子型氧化瀝青生產(chǎn)的性能穩(wěn)定的乳化瀝青；細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)在1.8～2.2之間，最大粒徑為1.25mm的細(xì)砂；摻合水為符合混凝土拌和用水的自來(lái)水；減水劑為Sika高效減水劑；宜選用鋁粉而不選片狀鋁；表面活性劑為辛基酚聚環(huán)氧乙烷10醚；消泡劑選用磷酸三丁酯（C4H9）3P O4；氯丁膠乳選用陽(yáng)離子氯丁膠乳。

3.2 CA砂漿最佳配合比

水泥量為1，其他原料相對(duì)比例為：乳化瀝青2，砂2.5，膨潤(rùn)土0.00075，減水劑0.00125，鋁粉0.004，膠乳0.075，外加水0.4，消泡劑0.025，摻合料0.133。所配制出的砂漿流動(dòng)性好，性能穩(wěn)定，耐久性能最好，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求。

3.3 CA砂漿生產(chǎn)工藝參數(shù)

3.3.1 攪拌速度

砂漿的攪拌速度宜控制在100～140r／min之間，以120r／min為最佳。

3.3.2 攪拌時(shí)間

攪拌時(shí)問(wèn)適宜控制在3～6min之間，以5min為最佳（攪拌速度為120r／min）。

3.3.3 靜停時(shí)間

靜停時(shí)間太短，氣泡均化不充分；靜停時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，砂漿的流動(dòng)性不合格。只要靜停時(shí)間控制在30min以內(nèi)，就不會(huì)影響施工質(zhì)量。

3.4 CA砂漿性能參數(shù)

CA砂漿28d抗壓強(qiáng)度為2.08MPa，彈性模量為126MPa，流動(dòng)度為25.6s，可工作時(shí)間為30min，膨脹率為2.9%，材料分離度為0.5%。

3.5 CA砂漿工作環(huán)境溫度

在本文中，CA砂漿的正常工作環(huán)境溫度為15～40℃，砂漿的各項(xiàng)性能參數(shù)保持穩(wěn)定。

[1]Coenraad Esveld.Modem Railway Track[M].Arnhem：MRT-Productions,2001.

[2]張金利，張建偉，郭翠梨，等.化工原理實(shí)驗(yàn)[M].天津：天津大學(xué)出版社，2005.