水泥乳化沥青砂浆的组成与性能.docx

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水泥乳化沥青砂浆的组成与性能

水泥乳化沥青砂浆的组成与性能

在板式无砟轨道结构中，砂浆垫层的重要功能是支撑调整和缓冲协调。

这就要求垫层砂浆应有很好的施工性能、较低弹性模量和高延展性，以满足这些功能的要求。

水泥乳化沥青砂浆的组成是与其性能相适应的。

一、水泥乳化沥青砂浆的组成

水泥乳化沥青砂浆是由乳化沥青和水泥胶结砂子形成的具有优良弹韧性的砂浆，其主要组成有：

图13-1乳化沥青的结构示意图（左）及显微照片（右）

水

沥青颗粒

1。

乳化沥青

乳化沥青是将沥青或改性沥青加热熔融，和乳化皂液（包括乳化剂、稳定剂、电解质等）与水一起，经乳化机的机械作用，以细小微粒分散于水中形成的水包油型乳化沥青，因此，乳化沥青含有基质沥青、乳化剂、稳定剂、电解质和水（如图2.1.1所示）。

基本要求是乳化沥青在强碱性的水泥浆体中是稳定的，乳液类型可以是阳离子型，阴离子型或非离子型。

乳化剂主要是一些常用的表面活性剂，如季铵盐、高元醇的硫酸酯、聚乙氧基烷基醚等。

近几年，日本开发了专用乳化剂，这种乳化剂是一种类似于聚羧酸和聚醚类减水剂的共聚物，其特点是用这种乳化剂制备的乳化沥青与水泥浆的相容性很好，CA砂浆的工作性优异。

所用基质沥青主要是针入度为80~100的直馏沥青。

工程应用中，低弹性模量CA砂浆主要采用阳离子型乳化沥青，其固体含量均要求在60%左右。

2。

水泥

主要是硅酸盐水泥和掺混合材的复合硅酸盐水泥，为提高凝结硬化速度，也采用快硬水泥，如硅酸盐水泥与铝酸盐水泥组成的混合水泥。

3。

细骨料

河砂或机制硅砂，细度模数为1.4~1.8。

4。

膨胀剂

主要采用煅烧合成的硫铝酸钙和氟铝酸钙或二者混合的矿物粉末，石灰粉末，其细度要求为4000~10000cm2/g。

5。

发泡剂

有铝粉、氮化铝、锌粉、锡粉、硅钙合金等粉末或其混合物。

除这些基本组分材料外，还有一些因改善某项性能所需的添加剂，如消泡剂、电解质、增稠剂、减水剂、调凝剂、纤维材料和P乳剂（聚合物乳液）等等。

所以，水泥乳化沥青砂浆是一种多组分、多物相的混合砂浆，新拌砂浆是一种介稳悬浮浆体。

二、水泥乳化沥青砂浆的性能

1。

水泥乳化沥青砂浆的基本性能

为使砂浆垫层满足板式无砟轨道结构的要求，水泥乳化沥青砂浆必须具有以下四方面的性能：

施工性能：

流动性、稳定性、匀质性、可工作时间等

物理性能：

单位体积质量、含气量、膨胀率等

力学性能：

抗压强度、弹性模量、延展性等

耐久性能：

抗冻性、耐候性、抗水性等

这些性能是相互关联、相互影响的，弹性砂浆垫层的力学性能与耐久性能不但取决于水泥乳化沥青砂浆的组成与配比，而且在很大程度上取决于施工性能与现场施工质量控制。

CRTSⅠ型板式无砟轨道用水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件（简称暂行技术条件）规定的技术性能指标要求如表13-1所示。

表13-1水泥乳化沥青砂浆的性能指标要求

序号

项目

单位

指标要求

试验方法

1

砂浆温度

℃

5～40

棒状温度计法

2

流动度

S

18～26

附录A

3

可工作时间

Min

≥60

4

含气量

％

8～12

附录B

5

单位容积质量

kg/l

>1.3

6

抗压强度

1d

MPa

>0.10

附录C

7d

>0.70

28d

>1.80

7

弹性模量（28d）

MPa

100～300

附录D

8

材料分离度

％

<1.0

附录E

9

膨胀率

％

1.0～3.0

附录F

10

泛浆率

％

0

附录G

11

抗冻性

300次冻融循环试验后，相对动弹模量不得小于60％，质量损失率不得大于5％。

附录H

12

耐候性

无剥落、无开裂、相对抗压强度不低于70%。

附录I

2。

水泥乳化沥青砂浆性能的主要影响因素

1）施工性能

新拌水泥乳化沥青砂浆的施工性能主要有流动性、保持流动性的能力、匀质性和稳定性等，其评价指标主要有流动度、可工作时间、泛浆率、分离度和砂浆温度。

流动性灌注施工工艺要求新拌水泥乳化沥青砂浆具有自流平的特性，能在浆体高度差产生的重力作用下流动并充满灌注袋或轨道板与底座板间的间隙，因此，砂浆必须具有很好的流动性。

砂浆的流动性用流动度指标来评价，它是容积约为600ml的浆体流出圆锥形J型漏斗所需的时间，所需时间越小，则砂浆的流动性越好。

暂行技术条件要求流动度为18~26秒。

新拌砂浆的流动度主要取决于砂浆中液体（乳化沥青和水）的用量，液体用量越大，流动性越好，流动度越小。

当乳化沥青用量一定时，流动度主要与用水量有关，用水量越大，流动度越小，因此，可以通过调节用水量来调整砂浆的流动度。

但砂浆的用水量是有一定限制的，用水量太大，会降低砂浆及其垫层的耐久性和强度，因此，必要时可以添加合适的减水剂，以获得较低用水量下的较小流动度。

所以，拌制砂浆时，可以通过选取合适的用水量和减水剂品种与用量，获得灌注施工所需的流动度。

可工作时间水泥乳化沥青砂浆拌制后，其流动性会因水泥的水化反应而不断降低，即流动度（时间）会增加；另一方面，目前施工中采取砂浆定点拌制，再由拌制点转运到灌注工点，这一转运过程需要一定的时间，因此，为了新拌砂浆到达灌注工点时还有良好的流动性，砂浆应有保持流动性不变或损失较小的能力，该能力用可工作时间表示，它是砂浆拌制后流动度仍保持在26秒所经历的时间，“暂行技术条件”要求砂浆的可工作时间为60分钟。

水泥乳化沥青砂浆可工作时间的主要影响因素有砂浆中液体或水的用量、水泥的水化速度、环境与砂浆的温度：

砂浆中液体或水的用量越大，可工作时间会延长；

水泥的水化速度越快，可工作时间会越短，必要时可适当添加调凝剂来延长；

环境与砂浆温度越高，可工作时间会越小，应严格控制砂浆温度，满足可工作时间的要求。

匀质性水泥乳化沥青砂浆是由多组分、多物相混合而成的，其中有液相、固相和气相，有密度较小的空气、有机材料和水等，有密度较大的水泥颗粒和砂，各相的密度相差较大，在重力作用下，密度较大的物相会在新拌砂浆中下沉，而密度较小的物相会上浮，造成新拌砂浆匀质性差。

为了保证灌注施工后的砂浆垫层是均匀的，要求这些物相均匀分布在新拌水泥浆体中，即新拌砂浆应具有很好的匀质性，不分层离析，用泛浆率与分离度表征和评价，其要求分别为0％和小于1.0％。

泛浆率表征新拌砂浆中液相与固相分离的程度，新拌砂浆中的液相主要是被稀释的乳化沥青，其密度略大于1。

如果新拌砂浆静置时，液相上浮到砂浆的表面，形成液相层或水膜，则称为泛浆现象。

造成泛浆现象的主要原因有液相含量较多、粘稠度太小、乳化沥青发生破乳和水泥与乳化沥青相容性不好等，因此，减小新拌砂浆的泛浆率的措施有：

改善乳化沥青与水泥的相容性；

调节液相或水的用量和添加增稠剂来提高液相粘稠度。

分离度表征新拌砂浆中固、液和气相分离的程度，用分段密度法测量硬化后砂浆的圆柱体试件上下两段的密度差的百分率表征。

当新拌砂浆静置时，水泥与砂子颗粒下沉，而液相和气孔上浮，凝结硬化后试件的上段密度小，下端密度大，即出现分层现象。

其主要影响因素有浆体的粘稠度、含气量、气孔尺寸、砂的粒径和固液相的相对比例等。

液相含量越大，浆体的粘稠度越小，分层现象会越严重，可提高浆体粘稠度来减小分离度；

含气量与气孔尺寸越大，气泡越容易上浮，分层越严重，可控制含气量、采用消泡剂消除新拌砂浆中尺寸大于0.2mm的气孔，减小分离度；

砂的粒径越大越容易下沉，应选用最大粒径小于1.18mm，级配良好的砂子。

稳定性水泥乳化沥青砂浆的稳定性主要指新拌砂浆保持匀质性直到凝结硬化的能力，稳定性不良主要包括乳化沥青破乳、砂浆的匀质性随时间变差、砂浆的流动性对时间和温度很敏感等，是一个综合性能。

目前，还没有性能指标来评价。

影响稳定性的主要因素有：

各组分材料的相容性，如水泥与乳化沥青的相容性、添加剂与乳化沥青的相容性等，选取相容性很好的各组分材料，可保持新拌砂浆的稳定性；

原材料和新拌砂浆在储运过程中是否被有害物质污染，因此，选用洁净的水，保证原材料和新拌砂浆在储运过程中不被污染，可保证新拌砂浆的稳定性。

砂浆温度新拌砂浆的温度不但影响砂浆的可工作时间，而且还影响新拌砂浆的稳定性。

“暂行技术条件”要求新拌砂浆的温度在5~40C之间。

新拌水泥乳化沥青砂浆的温度主要取决于环境温度和原材料的温度，这两项温度越高，新拌砂浆的温度越高，因此，应严格控制原材料（乳化沥青、干料和水）的温度。

原材料的温度可以通过原材料储存温度和砂浆搅拌车中的料仓温度来控制。

2）物理性能

水泥乳化沥青砂浆的物理性能有密度和体积变化，其评价指标为含气量、表观密度和膨胀率。

含气量由于水泥乳化沥青砂浆中含有沥青乳化剂，因此，在搅拌过程中，容易产生一定量的气泡；另一方面，为了改善硬化砂浆垫层的抗冻性，还添加了少量引气剂，因而，砂浆中含有较多气泡。

砂浆中含有一定量和较小孔径的气泡对砂浆的流动性、抗离析分离性能和硬化砂浆的抗冻性是有益的，而过多的含气量会降低砂浆的强度，因此“暂行技术条件”要求砂浆的含气量为8~12％之间，但气泡孔径应尽可能小于0.2mm。

影响砂浆的含气量和气泡孔径的因素有：

搅拌机的形式，一般来说，卧式搅拌机引入的含气量大于立式搅拌机；

搅拌速度与时间，搅拌速度越快，高速搅拌时间越长，砂浆的含气量会越大；

砂浆中的沥青乳化剂、引气剂等表面活性剂组分越多，含气量会越大；

消泡剂可减少含气量，尤其可减少孔径较大的气泡含量，但必须将消泡剂加入到液相中才有较好的消泡效果；

添加发泡剂可增加微小气孔的含量；

低速搅拌可减少含气量；

砂浆的流动度越小，含气量会越大，尤其是孔径较大的气泡会较多。

表观密度水泥乳化沥青砂浆的表观密度影响到砂浆的强度和弹性模量，因此，用于不同板式轨道结构的砂浆表观密度不同，用于单元板式轨道结构的砂浆表观密度要求大于1.3。

砂浆的表观密度主要取决于砂浆的组成配比和含气量。

砂浆中液相（乳化沥青和水）含量越大，表观密度越小；

砂浆的含气量越大，表观密度越小。

膨胀率水泥乳化沥青砂浆在凝结硬化过程中会有一定的体积变化，为了使砂浆在轨道板与底座板间灌注饱满充盈，砂浆应具有一定的体积膨胀性，用24小时的膨胀率指标评价。

砂浆的膨胀率主要与砂浆的组成材料种类与配比、温度等有关。

硅酸盐水泥水化过程中会有较大的体积收缩，因而，采用硅酸盐水泥配制的砂浆在凝结硬化中将会产生体积收缩，在砂浆中添加发泡剂，在硅酸盐水泥水化产生的高碱性环境下发泡剂反应产生微小气孔，引起处于流态的砂浆产生体积膨胀；

砂子可限制硅酸盐水泥水化过程中的体积收缩，砂子含量较大时，砂浆的体积收缩会减小；

膨胀剂可在砂浆凝结硬化中产生一定的体积膨胀，可使处于塑性阶段的砂浆产生一定的体积膨胀，或补偿水泥水化引起的收缩；

在组成与配比相同时，温度越高，砂浆膨胀率会越大；

如果砂浆出现泛浆与分层现象，砂浆会产生较大的体积收缩。

3）力学性能

强度和弹性模量其评价指标为抗压强度、受压弹性模量，用于纵连扳式轨道结构的砂浆还有抗折强度与粘结强度。

砂浆的强度与弹性模量主要取决于砂浆的组成材料与配比、含气量等。

砂浆中乳化沥青与水泥和砂的质量比越大，其强度和弹性模量越低；

水与水泥的质量越小，即用水量越小，其强度和弹性模量越高；

水泥的水化速度越快，砂浆的早期强度（1~7天）会越高，反之亦然；

砂子含量较小时，会降低弹性模量和强度，尤其是弹性模量；

含气量越大，表观密度越小，其强度和弹性模量越低。

4）耐久性能

水泥乳化沥青砂浆的耐久性能必须满足使用环境条件的要求，目前对于单元板式轨道结构用砂浆的耐久性能只要求了抗冻性和耐候性。

抗冻性由于水泥乳化沥青砂浆也是一种多孔性材料，饱水状态下受冻融循环作用也会发生类似于水泥混凝土的冻融破坏，因此，采用混凝土快速冻融试验方法检验与评价砂浆的抗冻性。

实际上，由于砂浆中含有较多的弹塑性组分——沥青，其抗冻性优于水泥砂浆或混凝土。

砂浆的抗冻性主要取决于砂浆的组成与配比、微小气孔含量：