化學外加劑對乳化瀝青分散性及CA砂漿工作性能的影響

劉才林，胡小亮，任先艷，楊軍校，楊海君

(西南科技大學 材料科學與工程學院，四川 綿陽621010)

建設高速鐵路對促進我國的經濟建設持續、健康發展具有重要的現實意義，軌道結構是高速鐵路的基礎［1－2］。典型的板式無砟軌道結構有日本新干線板式無砟軌道(CRTSⅠ型軌道)［3］，CRTSⅠ型所用水泥瀝青砂漿(CA砂漿)的靜態彈性模量(28 d)設計值為100～300 MPa，以及博格板式無砟軌道(CRTSⅡ型軌道)［4］，CRTSⅡ型軌道 CA砂漿的靜態彈性模量(28 d)設計值為7～10 GPa。CA砂漿是高速鐵路彈性減振的關鍵材料，商用混凝土高效減水劑為陰離子型，非常有利于在CRTSⅡ型軌道CA砂漿體系應用，本文主要開展乳化劑、增稠劑、減水劑等化學外加劑對乳化瀝青、水泥乳化瀝青拌合物及CRTSⅡ型軌道CA砂漿的分散保持性能的影響研究。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

十二烷基磺酸鈉(SDS，成都市科龍化工試劑廠)，十二烷基硫酸鈉(SLS，成都市科龍化工試劑廠)，十二烷基苯磺酸鈉(SDBS，成都市科龍化工試劑廠)，NI－1非離子乳化劑(市售，固含量15%)，NI－2非離子乳化劑(市售，固含量 25%)，聚乙烯醇(PVA－1788，PVA －2099，PVA －2499，PVA －2699)(工業級，優級品)、羥甲基纖維素醚(CMC，成都市科龍化工試劑廠)，聚乙烯醇吡咯烷酮(PVP，成都市科龍化工試劑廠)，阿拉伯樹膠粉(ALB，天津市科密歐化學試劑有限公司)，明膠(MJ，成都市科龍化工試劑廠)，HRWA－1高效減水劑(市售，固含量48%)，HRWA－2高效減水劑(市售，固含量29%)，水泥(拉法基P.O42.5R)。

1.2 試驗方法

1.2.1 乳化瀝青的制備

將一定濃度的乳化劑水溶液加熱到50℃ ～60℃。稱取300 g瀝青，加熱至120℃ ～130℃。啟動膠體磨，將熱的乳化劑水溶液注入膠體磨中，再緩慢將熱瀝青倒入進行乳化，乳化后瀝青乳液裝瓶，關閉膠體磨。

1.2.2 水泥乳化瀝青拌合物的制備及流動度測試

按照配比稱取乳化瀝青、水、外加劑和水泥(水灰比0.57)。首先在攪拌容器內加入乳化瀝青、外加劑和水，在快速攪拌下加入水泥和砂，強力攪拌混合均勻后測試拌合物凈漿流動度以及經時損失。

1.2.3 CA砂漿的制備及其性能測試

參照《客運專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術條件》中的要求確定CA砂漿原料的配比并稱取乳化瀝青、水泥、砂、乳液及外加劑。首先在攪拌容器內加入乳化瀝青、外加劑和水，在快速攪拌下加入水泥和砂，強力攪拌混合均勻后按照技術要求中的方式測試砂漿擴展度，確定砂漿用水量［5］。

2 試驗結果與討論

2.1 乳化劑對乳化瀝青貯存穩定性的影響

通過陰離子乳化劑之間復合、以及陰離子與非離子乳化劑復合等，改進乳化瀝青的貯存穩定性，結果如表1～表3所示。由表1～表3可知，三種陰離子SLS、SDS、SDBS之間的復配不能有效保持乳化瀝青的穩定性，而采用陰離子與非離子乳化劑的協同乳化效果顯著。

一般而言，將非離子型乳化劑和陰離子型乳化劑聯合使用，可使兩類乳化劑分子交替地吸附于瀝青膠粒的表面，類似于在陰離子型乳化劑分子之間楔入了非離子型乳化劑分子，非離子型乳化劑具有靜電屏蔽作用，大大降低了瀝青膠粒表面上的靜電張力，增加乳化劑在瀝青膠粒上的吸附牢度，使瀝青乳液的穩定性得以提高。

表1 復合乳化劑組成(SLD+SDS+SDBS+NI－1)對乳化瀝青性能的影響(Ⅰ)

表2 復合乳化劑組成(SDS+SDBS+NI-1)對乳化瀝青性能的影響(Ⅱ)

表3 復合乳化劑組成(SDBS+NI-2+NI-1)對乳化瀝青性能的影響(Ⅲ)

表4 同摻增稠劑與減水劑對水泥乳化瀝青拌合物流動度的影響

表5 摻加ALB對水泥乳化瀝青拌合物流動度的影響

2.2 增稠劑及減水劑對水泥乳化瀝青拌合物流動度的影響

試驗綜合考察增稠劑與高效減水劑同摻對水泥乳化瀝青拌合物的流動度、流動度經時損失的影響。表4結果表明，HRWA－2高效減水劑與PVA－1788同摻時具有較大的初始流動度，且拌合物流動度經時損失小。高效減水劑的品種及用量會直接影響水泥乳化瀝青拌合物，以及CA砂漿用水量、凝結時間、強度發展等。

為提高CRTSⅡ型軌道CA砂漿的分散保持性，試驗選用ALB進一步改進水泥乳化瀝青拌合物的流動度，結果如表5所示。當ALB摻量達到0.5%時，水泥乳化瀝青初始流動度較大且經時損失小，增加摻量適得其反。

2.3 乳化劑對CRTSⅡ型軌道CA砂漿分散性能的影響

CA砂漿的工作性能主要考察其初始擴展度及拌合物30 min擴展度損失。乳化劑配比與用量對CA砂漿擴展度的影響如表6所示。結果表明，明膠的加入能夠提高CA砂漿工作性能，CA砂漿可滿足初始擴展度>280 mm的指標要求［5］，且無分層、離析和泌水現象;但增稠劑用量不宜太多，否則會導致CA砂漿用水量超標。

表6 乳化劑及增稠劑用量對CA砂漿擴展度的影響

2.4 不同型號PVA對CRTS－Ⅱ型軌道CA砂漿的影響

相同用水量時，摻不同型號的聚乙烯醇(PVA)的CA砂漿擴展度及保持性的差異見表7。可以看出，聚乙烯醇分子量和醇解度的不同影響其摻量。分子量及醇解度較高的 PVA－2699摻量為 PVA－1788的40%，其分散保持性類同。

表7 摻不同型號聚乙烯醇CRTSⅡ型CA砂漿擴展度

3 結論

1)復合乳化體系中，非離子乳化劑與陰離子乳化劑的協同作用有利于乳化瀝青的穩定性。2)采用HRWA－2高效減水劑與PVA－1788同摻，能改善水泥乳化瀝青拌合物的初始流動性及流動度保持能力。

3)適量摻加ALB、明膠能進一步提高 CA砂漿的工作性能。不同型號的PVA對CA砂漿工作性能的影響與摻量密切相關。

［1］王濤.高速鐵路板式無砟軌道 CA砂漿的研究與應用［D］.武漢:武漢理工大學，2008:1－5.

［2］趙東田，王鐵成，劉學毅，等.板式無砟軌道 CA砂漿的配置與性能［J］.天津大學報，2008，41(7):793－799.

［3］陳秀方.軌道工程［M］.北京:中國建筑工業出版社，2005.

［4］GUNTHER L.Prefabrieated slabs and framesfor non －ballasted track［J］.Journal for Railway and Transport，1999(6):123－126.

［5］中華人民共和國鐵道部.科技基［2008］74號 客運專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［6］王濤，胡曙光，王發洲，等.CA砂漿主要影響因素的研究［J］.鐵道建筑，2008(2):109-111.