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，乳化瀝青通過影響水泥的水化過程使之成為一種兼具水泥與瀝青性能的砂漿。通過調(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)容見表1、表2。通過對(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SANS萬能壓力機(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小；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小；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小；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小；隨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小；隨減水劑和鋁粉用量的增加先增大后減小；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)間過長，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.