浅谈CA砂浆制备、试验相关技术

随着中央推动内需力度的不断加强，中国大陆近年高速铁路、城际铁路及地铁相关工程即将全面开工，由于板式无碴轨道具备稳定性好、耐久性强、刚度均匀、维修量少等优点，它必将在高铁、城铁、地铁工程中大量应用。因此板式无碴轨道所必须的CA砂浆市场前景非常广阔，加快CA砂浆相关技术的研制、开发、推广速度，其意义十分深远。
所谓CA砂浆就是在板式轨道施工时在刚性轨道与混凝土道床层中间间隙中灌注的乳化沥青水泥砂浆，以形成均质的并具备刚性和弹性的填充垫层（见附图一），该CA砂浆层可调节轨道几何精度和吸收振动冲击能量的双重作用，它由水泥、乳化沥青、砂及多种添加剂组成是水泥与乳化沥青共同作用胶结硬化而成的有机无机物及复合料（其技术指标见附表一）。其中乳化沥青是CA砂浆的关键原料（其主要指标和试验标准见附表二），由于CA砂浆专用乳化沥青的稳定性和与水泥体系的相容性技术要求较高，因此对于乳化剂的选配、乳化温度、乳化剂与沥青配比、ξ电位值、亲水亲油平衡（HLB）值、PH值的控制都有严格的要求，包括乳化沥青颗粒表面电荷性质、破乳速度、乳化沥青颗粒大小、储存稳定性、沥青与骨料的粘附度、乳化沥青的分散性都必须进行深入的研究，另外乳化沥青工艺包括乳化温度、乳化剂用量和投料配比、顺序，成品冷却方式也要做出慎重的选择。
CA砂浆乳化沥青的制备
制备CA砂浆乳化沥青必须选用优质石油沥青为原料，优选进口阳离子或阴离子慢裂快凝型乳化剂（加入量>10%内掺），使用韩国进口高剪切胶体磨及韩式工艺流程成套设备进行加工（详见附图二），其工艺流程主要特点是选用先剪切后研磨高剪切胶体磨，并在其前置高效静态混合器，克服了使用高剪切机易破乳，使用胶体磨乳化效果较差的弊端，各种物料首先通过高效静态混合器进行充分混合后再进入剪切研磨系统，在高速电机转动下，使转定子、转定磨高速旋转，使物料承受上百万次强力剪切、挤压、研磨后，沥青细小微粒（≤7μm）均匀分散，形成水包油沥青乳液，这样生产的乳化沥青不分层、不离析、不沉淀、细度小、稳定性好。
为配合CA砂浆乳化沥青的研制开发，上海依卡引进韩国技术开发了一种CA砂浆乳化沥青试验设备，它是模拟工业化生产型设备而设计，结合在工业化的生产中要综合物料的粘度、比重、固含量等因素的影响，在结合有效的实验室数据和经验的基础上得出一个接近工业化的选型方案，可研发CA砂浆乳化沥青及SBS、废胶粉改性沥青，它由以下三个部分组成（详见附图三、附图四）；
沥青搅拌反应釜（三层保温）
釜容积3~25Kg 搅拌额定功率： 1.1 Kw
    额定工作电压： 380 V 额定工作温度：≤180℃
    额定转速:2800 r/min 沥青流量计: DN32 （选配）
    电动球阀: DN32, ≤180℃（选配） 直读式温度计: ≤200℃
2.管线式高剪切胶体磨（带夹套）
额定功率：4KW 额定工作电压: 380V
     额定工作温度: ≤180℃ 额定功率下的工作转速： 2800r/min
     3.乳液罐（三层保温）
罐容积: 0 ～ 20L 搅拌额定功率:0.4KW
     额定工作温度: ≤180℃ 额定转速: 63 r/min
     直读式温度计: ≤200℃ 电动球阀: DN25,≤180℃（选配）
     乳液流量计: LCD显示（选配）。
BME200GR型CA砂浆乳化沥青中实设备主要工作原理如下：
通过导热油罐内电加热器进行加热，导热油泵开始循环工作，把基质沥青加入沥青搅拌反应釜里，启动搅拌器使沥青受热均匀，关闭介质管道阀，开启换热器前阀门及乳液罐导热油进出口阀，按比例加入乳胶、水等配制乳液，并开启乳液罐锚式搅拌器，加热到设定温度后，关闭导热油进出口阀门，开启乳液罐电动球阀，启动管线式高剪切机（启动前必须关掉所有的搅拌器），通过流量计观测乳液及沥青流量，通过换热器出口处取盛合格的乳化沥青样品。
CA砂浆的原料及配比
1.CA砂浆制作的主要原料及技术要求：
水泥：42.5#普通硅酸水泥
乳化沥青：阳离子（阴离子）慢裂快凝型固含量为60%
砂：细度模数为1.5-1.9的河砂
减水剂：羧酸型减水剂PC-100
铝粉：鳞片装粒径不超过75um
膨胀剂：UEA类膨胀剂或MgO型膨胀剂
稳定剂：磷酸酯类复合稳定剂
CA砂浆的基础配比：
水泥：乳化沥青：河砂=1.0：1.6：2.0
PC-100掺量为1.00%
消泡剂掺量为1.00%
铝粉掺量为0.19%
U型膨胀剂掺量12%或M型膨胀剂6%-15%（水泥等量取代内掺）
3.其它注意的几个问题：
（1）必须使用天然砂或机制砂
（2）骨料表观密度≤2.8kg/dm3
（3）骨料粒径应≤1.0mm
（4）≤0.125mm粒径的骨料应占质量的40%-50%
目前，板式无碴轨道技术在我国还处于实验应用阶段，为推动板式轨道无喳技术在我国广泛的应用，加快CA砂浆及CA砂浆专用乳化沥青的研究和开发，笔者希望通过本人的发表尽一点微薄之力，并敬请各位同仁指正。
附表一
序号    指标名称    指标值
1    泌水率    0
2    分离度    ≤3
3    抗压强度（20？C，20天）    1.8-2.5MPa
4    静态弹模    100-400MPa
附表二
序号    指标名称    指标值    试验标准
1    外观    浅褐色均匀液体    JC/T797-84
2    微粒电荷    +    JISK2208
3    恩氏粘度    6~15    JISK2208
4    筛上残留物（1190u）%    ≦0.3    JISK2208
5    贮存稳定性%    ≦（1d）1    JISK2208
        ≦(5d) 4    参照JISK2208
        ≦（30d）7    参照JISK2208
        ≦(90d)9    参照JISK2208
6    低温贮存稳定性%（5℃）    ≦1.0    JISK2208
7    水泥混合性质量%    ≦1.0    JISK2208
8    密度（20℃）    1.020±0.005    JTJ052-2000T0603
9    蒸发残留物（9%）    ≧51    T0651
10    针入度（25℃）    60~120    T0604
11    延伸度（15℃）    ≧100    T0605
12    软化点（环球法）℃    ≧47    T0606
13    可容分量（三氯乙烯）    ≧97    T0607