水泥乳化沥青砂浆的原料设计及性能研究

刘元德

（甘肃省张掖公路分局，甘肃 张掖 734000）

0 引言

水泥乳化沥青砂浆（Cement and Emulsified Asphalt Mortar，简称CA砂浆或CAM）主要由水泥、乳化沥青、砂以及各种外加剂组成，乳化沥青通过影响水泥的水化过程使之成为一种兼具水泥与沥青性能的砂浆。通过调整两者比例及外加剂掺量，可以制备出符合高等级公路路面小型坑洞修复、桥面调平层等部位要求的砂浆，也可用于桥面沥青混凝土空隙造成的桥面渗水喷涂。鉴于此，本文对CA砂浆进行材料设计和性能研究。

1 试验原料、方法及仪器

该试验设计为（L9（34））[2]，即4因素3水平的正交试验，具体内容见表1、表2。通过对影响CA砂浆性能的各个因素水平的调整，得到不同的CA砂浆浆体，先用J形漏斗进行流动度测试，再用250ml量筒测试24h膨胀率；浇灌入70.7mm×70.7mm×70.7mm试模中成型，到指定龄期后测量抗压强度；浇灌入100mm×100mm×100mm试模中成型，到指定龄期后测量弹性模量；取3次平行试验的平均值作为测试结果，通过SANS万能压力机采用单轴压缩法测量抗压强度和弹性模量。

表1 因素与水平安排 单位：g

表2 正交试验安排表（L9（34））[2]

2 试验结果分析

按照正交试验设计，对9组试样的物理力学性能进行试验，得到试验结果如表3所示。

表3 CA砂浆各种物理力学指标试验结果

2.1 流动度试验结果分析

流动度极差和方差法的计算结果见表4。影响流动度的主要因素是减水剂，其次是水、胶乳和铝粉。CA砂浆的流动度随减水剂用量的增加是先增大后迅速减小，随铝粉用量的增加是先减小后增加，随胶乳用量的增加不断增加，随外加水用量的增加先增加后缓慢减小。所以考虑CA砂浆的流动度影响因素主要是考虑减水剂，其次是外加水。

表4 流动度极差方差法计算结果 单位：s

2.2 膨胀率试验结果分析

膨胀率极差和方差法的计算结果见表5。影响膨胀率的主要因素是铝粉，其次是减水剂、外加水和胶乳。影响膨胀率的各个因素中，膨胀率随减水剂用量的增加不断减小；随铝粉用量的增加而不断增大；随胶乳用量的增大先缓慢增加，当用量超过25g时迅速增加；随外加水用量的增加先缓慢增加，当外加水用量超过160g时迅速增大。所以考虑CA砂浆膨胀率时，铝粉、减水剂、外加水和胶乳都必须考虑。

表5 膨胀率极差方差法计算结果（%）

2.3 7d抗压强度试验结果分析

7d抗压强度极差和方差法的计算结果见表6。外加水对CA砂浆的7d龄期强度影响是先增大后缓慢减小；而减水剂对CA砂浆的7d龄期强度的影响也是先增大后减小，但减水剂对CA砂浆的7d龄期强度增大和减小的影响几乎相等。所以影响CA砂浆的7d龄期强度的因素主要考虑外加水，其次是减水剂，胶乳和铝粉相对而言对CA砂浆的7d龄期强度影响不大。

表6 7d龄期抗压强度极差方差法计算结果 单位：MPa

2.4 28d龄期抗压强度试验结果分析

28d龄期抗压强度极差和方差法的计算结果见表7。CA砂浆28d龄期抗压强度随外加水的增加先增加随后缓慢减小；随减水剂用量的增加先增大，随后减小，但与外加水相比，减水剂的影响程度小于外加水；随铝粉量的增加而减小；随胶乳的用量增大而增大。所以考虑CA砂浆28d龄期抗压强时主要考虑外加水，其次是减水剂、铝粉、胶乳。

表7 28d龄期抗压强度极差方差法计算结果 单位：MPa

2.5 28d龄期弹性模量试验结果分析

28d龄期弹性模量极差和方差法的计算结果见表8。CA砂浆的28d龄期弹性模量随外加水用量的增加不断减小；随减水剂和铝粉用量的增加先增大后减小；随胶乳用量的增加先减小后增大。因此，影响CA砂浆的28d龄期弹性模量的主要因素是外加水，其次是减水剂、铝粉、胶乳。

表8 28d龄期弹性模量极差方差法计算结果 单位：MPa

3 结论

3.1 CA砂浆原材料的选择

水泥宜选用早强型普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5，应该符合GB l75—1999标准的要求；掺合材料选用U型混凝土膨胀剂（UEA、UEA—H等）系列产品；乳化沥青宜选用粘性较大和软化点较高的阳离子型氧化沥青生产的性能稳定的乳化沥青；细骨料选用细度模数在1.8～2.2之间，最大粒径为1.25mm的细砂；掺合水为符合混凝土拌和用水的自来水；减水剂为Sika高效减水剂；宜选用铝粉而不选片状铝；表面活性剂为辛基酚聚环氧乙烷10醚；消泡剂选用磷酸三丁酯（C4H9）3P O4；氯丁胶乳选用阳离子氯丁胶乳。

3.2 CA砂浆最佳配合比

水泥量为1，其他原料相对比例为：乳化沥青2，砂2.5，膨润土0.00075，减水剂0.00125，铝粉0.004，胶乳0.075，外加水0.4，消泡剂0.025，掺合料0.133。所配制出的砂浆流动性好，性能稳定，耐久性能最好，各项指标均满足要求。

3.3 CA砂浆生产工艺参数

3.3.1 搅拌速度

砂浆的搅拌速度宜控制在100～140r／min之间，以120r／min为最佳。

3.3.2 搅拌时间

搅拌时问适宜控制在3～6min之间，以5min为最佳（搅拌速度为120r／min）。

3.3.3 静停时间

静停时间太短，气泡均化不充分；静停时间过长，砂浆的流动性不合格。只要静停时间控制在30min以内，就不会影响施工质量。

3.4 CA砂浆性能参数

CA砂浆28d抗压强度为2.08MPa，弹性模量为126MPa，流动度为25.6s，可工作时间为30min，膨胀率为2.9%，材料分离度为0.5%。

3.5 CA砂浆工作环境温度

在本文中，CA砂浆的正常工作环境温度为15～40℃，砂浆的各项性能参数保持稳定。

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

[2]张金利，张建伟，郭翠梨，等.化工原理实验[M].天津：天津大学出版社，2005.