关于乳化沥青改性水泥高流态砂浆材料的工作性能研究

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【摘 要】传统普通水泥砂浆材料因其强度高，工艺简洁，在实际工程中应用广泛。但因普通水泥砂浆抗折强度相对较低、刚性过大而柔性不足，限制了其在许多工程中的使用。为此，现阶段已有许多研究通过对普通水泥砂浆进行改性以达到工程使用的要求，如本文通过掺入超塑化剂研制出的乳化沥青改性水泥高流态砂浆。

【关键词】乳化沥青；改性水泥；高流态砂浆；工作性能

水泥砂浆强度高，但弹性不足；沥青弹性好，但强度低，且受温度影响大。近年来，已有研究机构通过利用乳化沥青弹性好的优势，研制出弹性模量较低的乳化沥青改性水泥砂浆作为缓冲填充垫层，但目前大部分乳化沥青改性水泥砂浆的流动性不好，限制了其应用范围。本论文通过掺入超塑化剂，试图研制出高工作性能的乳化沥青改性水泥高流态砂浆，并对乳化沥青改性后砂浆的工作性能及其扩展应用前景进行研究分析，同时分析了乳化沥青改性水泥高流态砂浆掺加顺序对工作性能的影响，以期研制出高性能的新型砂浆材料。

1、原料性质

①水泥：某水泥厂生产的地维525号普通硅酸盐水泥；②砂：特细砂，细度模数Ms=1.2；③外加剂：聚羧酸超塑化剂、UEA膨胀剂、消泡剂；④乳化沥青：阳性乳化沥青，呈茶褐色液体，固体含量60%。

2、试验方法

试验方法主要有两种：①净浆流变性能的测试方法。采用净浆Marsh筒-mini塌落度实验，测试净浆体分别静置0min、30min、60min时Marsh筒流出200ml的时间t和mini塌落度筒扩展度SF。②乳化沥青改性水泥高流态砂浆工作性能测试方法。将拌制好的砂浆倒入锥形流动仪至满，提升流动仪至离玻璃板15cm±2cm，保持10秒，测试砂浆完全流出流动仪的流出时间t和砂浆在玻璃板上的扩展度SF。锥形流动仪尺寸为上底φ50mm，高190mm，出料口φ10mm。

3、结果分析

①乳化沥青掺量对水泥净浆改性的影响。

采用净浆Marsh筒-mini塌落度实验，分析固定超塑化剂掺量时，通过改变聚胶比研究沥青掺量（聚胶比=乳化沥青：胶凝材料）对沥青改性水泥净浆流变性能的影响，结果如图1和图2所示。

各时间段Marsh流出时间变化规律相近，说明沥青改性水泥净浆和超塑化剂的适应性比较好，随着沥青掺量的增加，流出时间基本呈增大趋势，这说明沥青的掺入会增加净浆内部的剪切应力且在聚胶比为0.26时变化明显。但随着沥青掺量继续增加，因其本身的促流效果，一定程度上抵消了一部分剪切应力，使流出时间减小，这也反映了在沥青掺入的情况下，净浆内部的剪切应力是综合影响的结果；随着沥青掺量的增加，扩展度呈明显的减小趋势。综合考虑上述两个图的规律，说明沥青掺量在4%～13%时，浆体的流动性还是比较稳定的。

②搅拌方法对乳化沥青改性水泥高流态砂浆工作性能的影响

在试验中，采用了两种乳化沥青改性水泥高流态砂浆搅拌方法，分别如下：A胶凝材料+水和外加剂―完全拌匀+乳化沥青―完全拌匀+砂；B胶凝材料+水和外加剂―完全拌匀+乳化沥青―未完全拌匀+砂。

选择聚胶比为0.26的配比对上述三种乳化沥青改性水泥高流态砂浆搅拌方法对工作性能的影响进行研究，结果发现，A搅拌方法配制出的乳化沥青改性水泥高流态砂浆工作性能最优，锥形流动仪流出时间为23s，扩展度为360mm；B搅拌方法配制出的乳化沥青改性水泥高流态砂浆工作性能极差，无法通过锥形流动仪测试其工作性能。主要原因是乳化沥青掺入净浆后会在水泥浆颗粒表面包裹一层膜，这一层膜能够起到减水效果，当砂加入后，能够很好的减小砂浆的内部减切应力和粘度，提高砂浆的工作性能；若当乳化沥青掺入水泥净浆后，没有将浆体搅拌均匀就加砂，则乳化沥青不能很少的在水泥浆颗粒表面形成完整的包裹层，致使砂浆粘度大，流动性能差，且搅拌越不均匀，流动性越差。

②聚胶比对乳化沥青改性水泥高流态砂浆工作性能的影响

乳化沥青改性水泥高流态砂浆中使用超塑化剂时，在一定的聚胶比范围内，随着聚胶比的增大，砂浆流动性变差（见表1）；但当聚胶比达到0.21时，砂浆高流动性明显较好。这种情况和净浆试验中出现的情况类似，沥青的掺入起一定的促流效果，其他因素不变，在超塑化剂效果发挥的前提下，沥青掺入起到较好的减水效果。因此影响砂浆体系流动性的因素应归结为胶凝材料的流变特性（包括内部剪切应力和粘度）、超塑化剂的减水和缓凝效果、沥青促流改性以及砂的细度模数和级配等的综合效果。

④集胶比对乳化沥青改性水泥高流态砂浆工作性能的影响

集胶比（砂：胶凝材料）对乳化沥青改性水泥高流态砂浆流动性也有影响，集胶比存在一个最佳值1.0。因砂存在双重效应，一是圆形颗粒的滚动减水效应；二是比表面积吸水率高的需水效应：砂掺量过小，减水效应不能发挥出来；砂掺量过大，砂比表面积吸水过多，同样影响砂浆流动性能。因此，选择最优集胶比，使砂滚动减水效应和需水效应相互平衡，从而获得较好的砂浆工作性能。

4、结语

综述可知，在一定的聚胶比范围内，随着乳化沥青掺量的增大，净浆和砂浆流动性变差；但随着乳化沥青掺量继续增大，沥青的促流改性作用得到发挥，砂浆高流动性明显改善。搅拌方法对乳化沥青改性水泥高流态砂浆工作性能影响很大，因此砂浆搅拌工艺需要严格要求。影响砂浆流动性的因素众多：胶凝材料的流变特性、超塑化剂的减水和缓凝效果、沥青促流改性以及砂的细度模数和级配。乳化沥青改性水泥高流态砂浆存在一最佳集胶比，本次试验条件下最佳值1.0。选择最优集胶比，使砂滚动减水效应和需水效应相互平衡，可获得较好的砂浆工作性能。

参考文献：

[1]张宏/杨树人：《乳化沥青改性水泥基复合材料的研究进展》[J]中国水运（学术版），2007（11）

[2]李力/熊出华/咸淼：《乳化沥青改性水泥砂浆性能试验研究》[J]中外公路，2009（01）