摘要:近年来,CA砂浆在我国高速铁路板式无砟轨道建设中广泛应用,作为CA砂浆的关键组成材料之一,本文较详细地介绍了乳化沥青的性能、制作、输送、储存和管理等方面的相关知识。
关键词:CA砂浆 乳化沥青 制作 管理
1 前言
CA砂浆(cement asphalt mortar)是板式轨道中轨道板与混凝土道床之间的结构层材料,它是由水泥、乳化沥青、砂和多种外加剂组成,经水泥与沥青共同作用胶结硬化而成的一种新型有机无机复合材料,在板式轨道结构中主要起调平、缓冲的作用,是该轨道结构必不可少的弹性减振关键材料之一,在我国高速铁路建设中具有广阔的应用前景[1]。
乳化沥青是沥青或改性沥青与水在乳化剂、稳定剂等的作用下经过机械剪切作用制得的均匀分散体。乳化沥青是CA砂浆的关键材料,其质量决定性地影响CA砂浆使用性能,对可工作时间、泌水率、材料分离度、早期抗压强度、抗冻性及耐候性有显著影响。CA砂浆专用乳化沥青除了具有普通沥青乳液所具有的性能外,还要求与水泥相容性好、黏度较大、破乳速度较慢、抗冻性、耐候性能优异,凝固后沥青形成连续层,能与水泥、细骨料形成具有温度依存关系和滞弹性体特性的复合材料[2]。针对这种情况,本文将从CA砂浆用乳化沥青的制作、输送、储存和管理等方面进行详细介绍。
2 乳化沥青的制作
生产加工乳化沥青,乳化液中沥青的含量是一个十分重要的指标。设计生产沥青乳液除了应考虑沥青类型和特性、选择化学稳定剂外,主要是选择可靠的高性能的沥青乳化制造设备。
胶体磨机是制作乳化沥青的关键部件,采用高速旋转的剪切系统将熔化的沥青剪成细小的液滴,在立式胶体磨机内,沥青与一种化学试剂接触,这个化学试剂就是化学稳定剂。在胶体磨机内搅散之后,细小的沥青粒子和水组成乳化液,悬浮小颗粒的载体是水和化学试剂,沥青不溶于水,细小的沥青颗粒保持悬浮状态。应控制进入立式胶体磨机内的沥青粘度和温度,同时控制溶液的温度。如果温度过低,乳化液的颗粒将变得较粗大;温度过高,乳化液将沸腾,水分挥发,沥青颗粒也将变粗大。
乳化沥青制作设备可制作阴离子型乳化沥青、阳离子型乳化沥青和粘接剂型乳化沥青。选用哪一种乳化沥青,要根据实际需要进行。
阳离子乳化沥青对气候的灵敏度低,靠化学破乳,其性能较稳定,长期存放不会破乳,但阳离子乳化沥青搬运较危险,故要重视阳离子乳化沥青储存过程的安全,严格遵守储存规则。
阳离子乳化沥青适合于骨料,包括氧化硅骨料。如果石料清洁,施工时阳离子乳化沥青不需要做预处理。故在可靠性要求高的地区,且具有正确搬运方式的场地,采用阳离子乳化沥青较合适。
破乳是乳化沥青混合料的一个重要概念。多年来,各沥青研究中心均在研究加速破乳的机理,特别是欧洲的Emulcol研究中心和由澳大利亚SAMI和Emoleum的发展研究中心。大多数系统均将PH值作为控制阳离子乳化液的破乳因素,实际上材料的化学分子结构形式不同,破乳速度也不同。乳化液破乳要求颗粒聚集,颗粒之间存在的引力克服排斥力。在这一演变过程中,颗粒越来越大,逐渐粗大。通常破乳过程分为两步,即絮凝和凝聚。
破乳的过程是外力作用乳化的颗粒以任何方式聚集,如高的剪切力、加热和煮沸以消除水分,降温使颗粒凝固。如果乳化液沉积,也可能出现破乳。
阳离子乳化液具有正电荷,在铺路过程中,阳离子乳化液与骨料能够直接、迅速相互作用。电荷的数量对稳定性影响很大,电荷越多,排斥力越大,骨料带有的负电荷相互作用越迅速。
在静电作用反应完成后,乳化液将依靠絮凝和凝聚来完成破乳。在破乳完成后,水分完全蒸发,剩下的沥青获得足够强度。
3 CA砂浆用乳化沥青
CA砂浆用乳化沥青中石油沥青含量在58～63%之间,它是配制CA砂浆成型后的最终胶结料。沥青各组分(沥青质、树脂、油分)在沥青中的含量对乳化的难易、乳化后的性能影响很大。直接采用常规沥青乳剂和水泥混合不能得到适于注入和达到流动性等指标的CA砂浆,故需要对沥青进行改性,通过改性可以降低沥青的温度敏感性和脆化温度,提高沥青的软化点,增强沥青的抗裂耐磨性能。70号壳牌石油沥青的特点是相对密度大于1,含蜡量小于2%,引入高分子聚合物改性后,由其拌合成的CA砂浆抗冻融性及耐候性明显改善。
复合乳化剂在乳化沥青中所占的比例虽然很小,一般在0.1～2.0%之间,但乳化剂对沥青乳液的性能影响却是巨大的,能降低沥青与水之间的界面张力,使沥青微粒均匀得分布在水溶液中,能缩小油水两者 的绝对密度差及粘度差,在两相之间乳化剂走向排列时[1] [2] [3] 下一页 |
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