水泥乳化沥青砂浆原材料与质量检测作业指导书.doc

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1、水泥乳化沥青砂浆原材料与质量检测作业指导书水泥乳化沥青砂浆由乳化沥青、水泥、细骨料（砂）、聚合物乳液、膨胀剂、消泡剂、引气剂、铝粉等多种组分构成，材料组成涵盖了有机材料和无机材料，材料众多，性能各异；配制过程涉及到有机化学、无机化学、界面化学和胶体化学等学科，水泥乳化沥青砂浆的性能是各组分相互作用、相互影响的结果，即砂浆的组成原材料之间具有一定的相互适应性。原材料的性能指标除了满足各自规定的要求外，必须以满足最终砂浆的性能为前提。水泥乳化沥青砂浆的原材料种类较多，但其基本组分材料主要有乳化沥青（或称乳化沥青）、水泥、砂和水，其它组分材料有各种调节或改善砂浆性能的添加剂，如发气剂、引气剂、P乳剂

2、（聚合物改性乳液）、膨胀剂等。当采用双组分的砂浆组成方案时，主要有乳化沥青和干料。下面分别叙述这些组分材料的组成、性能要求和作用，以及质量检验方法等。一、水泥 水泥的主要作用有：胶结作用，通过水泥水化反应，生成的水化物与砂子等一起赋予砂浆以强度等力学性能；改性作用，可提高沥青的耐高温性能和水泥乳化沥青砂浆的耐久性。为了保证水泥乳化沥青砂浆的施工性能，所用水泥必须与乳化沥青有很好的相容性。目前我国主要采用普通硅酸盐水泥，由于生产原材料匀质性差、生产工艺控制有差异，水泥的细度、化学组成有较大的不同，导致同一厂家不同批次普通硅酸盐水泥用水量变动较大。为保证水泥沥青砂浆施工质量控制，结合国外相关标准要

3、求，客运专线铁路CRTS I型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件规定，水泥应采用强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或快硬硫铝酸盐水泥，其技术要求应符合GB175和JC933的规定。此外，还应按照JTJ052- T0657中的方法，进行水泥与乳化沥青的相容性试验，只有相容性合格的水泥才能用于配制水泥乳化沥青砂浆。二、乳化沥青1。乳化沥青的组成乳化沥青是将沥青或改性沥青加热热融，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溶液中形成的水包油型分散体。乳化沥青是砂浆最关键的组成材料，它的性质在很大程度上决定了砂浆的性能。乳化沥青不仅要满足常规的性能

4、指标要求，还要与水泥砂浆体系配合良好，不影响水泥的固化，还要与骨料结合良好，具有优良的综合性能。乳化沥青的组成包括基质沥青、乳化剂、稳定剂、电解质和水。1）基质沥青基质沥青主要是石油沥青，它是乳化沥青的主要组成材料，其性能直接影响到水泥乳化沥青砂浆的各项性能，而沥青的性能在很大程度上取决于沥青的组成。沥青是一种含多种有机化合物的混合物，按照所含有机化合物的分子量和其与不同溶剂的互溶特性，主要划分为三大组分：油分、胶质、沥青质和蜡分。沥青是胶体，具有胶体结构，沥青质是分散相，形成胶核，油分是分散介质，树脂包裹沥青质形成胶团，分散在油分中，形成稳定的胶体结构。沥青中各组分的数量与胶体芳香化程度，决

5、定了沥青的胶体结构类型，通常分为三种胶体结构类型：溶胶型、溶凝胶型和凝胶型结构。沥青是粘弹性材料，其特性常用三大性能指标延度、针入度与软化点来表征，此外，还有比重、熔融粘度、分子量、蜡含量、针入度指数、老化后质量损失率、温度敏感性、冷脆性、老化前后的粘度、界面张力、粘结性、自粘性、电阻、抗水渗透性和苯中溶解度等。沥青的物理状态与性能对温度比较敏感，一般来说，在低温（低于玻璃化温度以下）时，沥青的行为像弹性固体（玻璃体），发生冷脆与低温开裂现象，其应力与应变同象；高温时，其行为如粘性流体，应力迟后应变90，可发生粘性流动；在中间温度（使用温度，2050C），其行为类似于橡胶的粘弹性，可发生弹塑性

6、变形，应力迟后应变角度为090。测定沥青感温性的方法与评价指标有沥青实验数据图（其针入度与粘度随温度变化曲线，曲线的斜率很好的表征了沥青的感温性）、粘温指数、针入度指数等。沥青在大气环境中容易发生老化，空气中的氧化导致其成分的降解与转化的过程，引起沥青老化的环境因素有光、氧、温度与水。老化过程中，沥青因组分的挥发、降解与转化而连续硬化或脆化，导致沥青材料粘塑性降低，硬脆性增加。评价沥青耐老化性能的方法有沥青蒸发损失试验、沥青薄膜加热试验和沥青旋转薄膜烘箱试验，通过这些人工加速老化处理后，测定试件的质量损失、针入度比或残留延度值等性能指标作为评价指标。根据客运专线铁路CRTS I型板式无砟轨道水

7、泥乳化沥青砂浆暂行技术条件的规定，基质沥青应选用重交通道路石油沥青，采用JTJ052公路工程沥青及沥青混合料试验规程标准中规定的方法进行质量检测，其性能指标应满足表13-2的要求。表13-2 沥青性能指标项 目单位指标要求试验方法针入度（25，100g，5s）0.1mm60100JTJ052- T0604延度（5cm/min，15）cm100JTJ052- T0605软化点（环球法） 4252JTJ052- T0606闪点（COC）230JTJ052- T0611含蜡量（蒸馏法）%2.2JTJ052- T0615密度g/cm31JTJ052- T0603溶解度 （三氯乙烯）%99.0JTJ05

8、2- T0607薄膜加热试验163，5h质量损失%0.6JTJ052- T0603针入度比%50延度（15）cm502）改性沥青水泥乳化沥青砂浆用基质沥青在使用温度下（温暖地区为-2080C，寒冷地区为-4060C）应具有橡胶一样的高弹性，然而，纯石油沥青具有高弹性的温度范围较窄，并具有明显的应力弛豫和蠕变现象。为扩大纯石油沥青的高弹性温度范围，需对沥青进行改性，常用的方法是在沥青中加入聚合物改性剂。将聚合物改性剂加入沥青中，改变沥青的组成与胶体结构，从而使其高弹性的温度范围显著扩大，赋予其优良的使用性能和耐久性。目前常用于沥青改性的聚合物主要丁苯橡胶(SBR)和SBS树脂，它们在掺量较低的情

9、况下，就可获得较好的改性效果。通过SBS或SBR改性后的沥青，随改性剂质量分数的增加，改性沥青的动弹性模量E随温度变化的下降幅度减小，对温度敏感程度降低，且高温下的动弹模量提高，tand降低，高温下的黏性流动度降低；其软化点升高，低温延度上升，针入度下降。一般在其掺量为35时，就可满足温暖地区的使用要求。3）乳化皂液沥青是一种憎水性材料，在水中的溶解度很低，也不能在水中分散。由于拌制砂浆时，是以水作为分散介质的，因此，借助乳化皂液经乳化机将沥青以胶体颗粒分散在水中，形成稳定的悬浮分散体系。乳化皂液的种类与组成对乳化沥青的稳定性、与水泥砂浆的相容性和水泥乳化沥青砂浆的物理力学性能均有较大影响。乳

10、化皂液包括乳化剂、稳定剂和电解质，乳化剂是一种表面活性剂，含有憎水的有机分子链和亲水的极性基团，根据乳化剂所含极性基团的类型，乳化剂分为阳离子、阴离子、非离子和两性离子型等四种，由不同乳化剂制得的乳化沥青也分为阳离子型、阴离子型和非离子型等种类。在水泥乳化沥青砂浆中，沥青通过乳化剂的作用分散在水中，乳化剂分子吸附在沥青颗粒表面，因此，沥青颗粒的表面电荷取决于乳化剂的种类，阴离子型乳化剂使沥青颗粒带负电荷；而阳离子型乳化剂使沥青颗粒带正电荷。砂的主要成分是SiO2，它是酸性氧化物，在浆体中砂子表面主要带负电荷。水泥的主要成分是硅酸钙（3CaOSiO2、2CaOSiO2）、铝酸钙（3CaOAl2O

11、3）和铁铝酸钙（4CaOAl2O3Fe2O3），这些氧化物的碱性较强，在水的作用下，表面水解形成钙离子、铝离子等而使浆体中的水泥颗粒表面带正电荷。因此，在离子的静电力作用下，阴离子型水泥沥青砂浆中，沥青颗粒易与水泥颗粒表面相互作用，有利于沥青颗粒与水泥水化物颗粒间的界面结合；而阳离子型水泥沥青砂浆中，沥青颗粒易与砂表面相互作用，有利于沥青颗粒与砂子颗粒间的界面结合力。这就会水泥乳化沥青砂浆的各项物理力学性能产生一定的影响。因此，在配制强度与弹性模量较高的砂浆时，因组成配比中沥青/水泥质量比较小，采用阴离子型乳化沥青比较有利；而在配制强度与弹性模量较低的砂浆时，组成配比中沥青/水泥质量比较大，采

12、用阳离子型乳化沥青比较有利。2。乳化沥青的作用1）沥青的胶结作用沥青是一种有机胶结材料，能将砂石颗粒胶结在一起形成沥青混合料用作公路路面材料。在水泥乳化沥青砂浆中沥青也是一种胶结组分材料，它们与水泥一起形成复合胶结材料，将砂子颗粒胶结成砂浆。因此，沥青起到胶结作用。2）沥青的增韧作用水泥砂浆是一种脆性材料，尽管其抗压强度较高，但抗弯、抗拉和抗冲击强度均较低，受力呈脆性破坏，不具有弹韧性和延展性。为了保证高速列车运行的舒适性，板式无砟轨道结构要求其垫层砂浆具有弹韧性和延展性，以吸收列车运行时的冲击能。沥青是一种粘弹性材料，具有很好的弹塑性变形能力，延展性较大。因此，在水泥乳化沥青砂浆中，沥青起到

13、增韧作用，赋予砂浆的弹韧性和延展性，使砂浆呈韧性破坏，改善砂浆的抗疲劳性能，但砂浆的强度和弹性模量会随沥青含量的增加而降低。3）乳化沥青的施工性能调节作用乳化沥青是具有一定粘度的液态材料，当其与水泥相容性良好时，可改善和调节水泥乳化沥青砂浆的流动性、保水性、水泥颗粒分散性等施工性能。如果乳化沥青与水泥相容性差，则会引起乳化沥青破乳，因而严重影响到水泥乳化沥青砂浆的流动性、稳定性等施工性能。3。乳化沥青的性能为使乳化沥青在砂浆中起到很好的作用，其性能必须满足一定的指标要求。乳化沥青的性能指标主要有沥青微粒电荷、固体含量、恩氏粘度、筛（1.18mm）上残留物、储存稳定性、与水泥的混合性，以及蒸发残

14、留物的含量、三氯乙烯中的溶解度、针入度、延度和软化点等。1）颗粒电荷 乳化沥青中所含颗粒的电荷。在乳液中通过直流电，沥青颗粒向阴极方向移动时，表明它带正电（），向阳极方向移动时，表明它带负电（）。2）恩氏粘度在规定的温度中使规定量的乳化沥青从试验装置的小孔流下去所需的时间与在同样的温度中使等量的蒸馏水从试验装置的小孔流下去的时间之比，它表示乳化沥青的粘度。3）筛余物将500g乳化沥青注入规定的筛子中，用水冲洗后，将筛上残留物在1055条件下干燥、称重，得出残留物与乳化沥青的质量比，用质量百分率表示。由该值可判断乳化沥青中是否产生了沥青的粗颗粒或块状物。4）贮存稳定性乳化沥青在规定的容器和条件下

15、，贮存规定的时间后，竖直方向上试样浓度的变化程度，以上、下两部分乳液蒸发残留物质量百分率的差值表示，以判断乳化沥青贮存后的稳定性能。5）低温贮存稳定性在规定的条件下，使乳化沥青冻结融解，进行两次循环，然后过1.18mm筛检查乳液中有无粗颗粒或块状物，观察其在贮存阶段对冻融的表现，判断其能否使用。6）与水泥混合性在规定的条件下，硅酸盐水泥与乳化沥青的混合料过筛后的残留物质量占水泥与乳化沥青总质量的百分率。由该值判断水泥与乳化沥青混合后的均匀程度。7）蒸发残留物将乳化沥青中的水分蒸发后所得到的残留物的量，用质量百分率表示。8）针入度在规定的温度和时间内，附加一定质量的标准针垂直贯入沥青试样的深度，

16、以0.1mm表示。4。乳化沥青的质量检测根据客运专线铁路CRTS I型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件规定，乳化沥青的各项性能指标分别按照JTJ052公路工程沥青及沥青混合料试验规程中规定的方法进行测试与检验，其性能指标应满足表13-3的要求。表13-3 乳化沥青性能指标序号项 目单位指标要求试验方法1外 观浅褐色液体、均匀、无机械杂质JC/T7972颗粒电荷JTJ0523恩氏粘度（25）5154筛上剩余量（1.18mm） 0.15贮存稳定性（1天，25） 1.0贮存稳定性（5天，25） 5.06低温贮存稳定性（-5）1无粗颗粒或块状物7水泥混合性 97延度 (15) cm50注：1当

17、乳化沥青实际使用中经过低温贮存和运输时，进行此项检测。2当采用SBS改性沥青制备乳化沥青时，进行此项检测。乳化沥青的性能除了满足上述规定的要求外，必须以满足最终砂浆的性能为前提。三、聚合物乳液采用高分子聚合物乳液的目的，是为了提高砂浆的综合性能尤其是耐久性能。与乳化沥青混合时，应具有良好的相容性，不得产生凝聚、破乳等现象。其主要性能指标应符合表13-4 的要求。表13-4 聚合物乳液的主要性能指标要求序号项 目单位指标要求试验方法1密 度g/cm31.00.1GB/T111752不挥发物4533水泥混合性 1JTJ052-T06574Tg不低于5GB/T11175四、细骨料（砂） 细骨料应采用

18、河砂或机制砂，其粒径对水泥沥青砂浆的分层度产生较大的影响，直接影响砂浆的使用性能。如果细度模数过小，则细砂含量较高，为获得足够的流动度所需的水量也就大；如果细度模数过大，则大颗粒砂含量高，砂子就容易沉降，两种结果都会对CA砂浆的分离度及耐久性产生不利的影响。同时，砂子应保持洁净、坚硬、耐久，不应含有泥土和有机质等有害杂质，含水量也应控制在较小的范围内。 细骨料应为最大粒径小于2.50mm的岩石颗粒，不得包含软质岩、风化岩石的颗粒。细骨料的其它技术要求应符合表13-5的规定。细骨料宜烘干后使用，颗粒级配宜符合表13-6的规定。在贮存和运输过程中，应采取措施防止雨淋、杂物混入。表13-5细骨料的技

19、术指标序号项 目单位指标要求试验方法1细度模数1.41.8JGJ522表观密度g/cm32.553吸水率 3.04泥块含量 1.05含泥量 2.06有机物（比色法）比标准色浅7氯化物含量 0.01表13-6细骨料的颗粒级配要求序号筛孔尺寸（mm）过筛物的质量百分比（）筛余物的质量百分比（）12.36100021.189010001030.606085154040.302050508050.155307095五、水 水泥乳化沥青砂浆拌和水应满足饮用水的标准，应符合JGJ63的相关规定。在确定水源前，必须进行实验室试配，以确定水没有有害影响。六、膨胀剂 宜采用硫铝酸钙类膨胀剂，除初凝时间应大于60min外，其他性能指标应满足JC476的规定。其作用是在砂浆的塑性阶段产生一定程度的膨胀，以部分抵消砂浆的干燥收缩，防止砂浆产生开裂。七、铝粉 宜采用鳞片状铝粉，其性能指标满足GB/T 2085.12007的规定。铝粉的作用是在砂浆灌注后数小时之内反应，释放气体，使砂浆产生一定的体积膨胀，使砂浆填充得更密实。八、消泡剂宜采用有机硅类消泡剂。其作用是消除搅拌时在水泥乳化沥青砂浆中形成的大气泡。九、引气剂宜采用松香类类引气剂。其作用是向砂浆中引入微小的气泡，以提高砂浆的抗冻性和耐久性。十、干料将水泥乳化沥青砂浆中所需的水泥、砂和其它固态组分材料，采用干粉混合工艺与设备，工厂化生产为干料。