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乳化沥青pH值对CA砂浆工作性能的影响刘宝举;宁少英;杨元霞;陈欢【摘要】基于乳化沥青pH值对ξ电位的影响,研究了乳化沥青pH值对CA砂浆流动度、可工作时间、分离度、含气量、表观密度及浆体体系pH值的影响.结果表明:乳化沥青pH值在2.5～9.5时,CA砂浆流动度处于稳定状态；pH＜2.5,pH＞9.5时,CA砂浆流动度均增加,且后者增加显著；pH=11.5时,其流动度达到最高；pH=9.5时,60 min后CA砂浆流动度经时损失最大,达到26.09％.pH=2.5时,CA 砂浆表观密度随时间的延长逐渐减小；pH=9.5时,CA砂浆表观密度随时间的延长而增大.pH=1.5,9.5时,CA砂浆的分离度最小.乳化沥青pH值对CA砂浆浆体体系pH值的影响不大.为提高CA砂浆的综合性能,乳化沥青的合适pH值为1.5或9.5.%Influence of pH value of emulsified asphalt on work performance of CA mortar was studied by measuring the effect of pH on zeta potential. Results show that the pH of emulsified asphalt has great influence on the fluidity, working time, separating degree, air content and apparent density and pH of CA mortar, which results in the influence of pH of emulsified asphalt on zeta potential. When pH = 2. 5 -9. 5, the fluidity of CA mortar keeps in a stable level, while pH＜2. 5, the fluidity increases, and it increases significantly when pH＞9. 5, the fluidity reaches a maximum value when pH = ll. 5. The loss of fluidity with time reaches to 26. 09% when pH = 9. 5. The apparent density decreases with time when pH =2. 5, and it increases when pH = 9. 5. Separating degree has no effect on the symbols of the ζ potential, but it has influence on its absolute value. The bigger the absolute value, the smaller the separating degree and vice versa.When pH = l. 5 and 9. 5, the separating degree was small. pH of asphalt has a little influence on the pH of CA mortar. The appropriate pH of asphalt for CA mortar is 1. 5 or 9. 5.【期刊名称】《建筑材料学报》【年(卷),期】2012(015)006【总页数】5页(P814-818)【关键词】pH值;CA砂浆;工作性能【作者】刘宝举;宁少英;杨元霞;陈欢【作者单位】中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;中南大学土木工程学院,湖南长沙410075【正文语种】中文【中图分类】TU528.42CA砂浆专用乳化沥青是高速铁路板式无砟轨道CA砂浆材料的重要组成之一，是CA砂浆材料的核心，其质量直接决定了CA砂浆的质量和板式轨道应用的成败，一直是国内外研究的重点.随着高速铁路工程建设的全面展开，针对CA砂浆性能研究专用的乳化沥青对中国高速铁路的发展具有极其重要的意义.CA砂浆专用乳化沥青除了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、抗冻性和耐候性优异，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［1］.针对沥青乳液的要求，国内研究者对专用沥青乳液进行了大量研究.左景奇等［1］通过试验测试研究了CA砂浆专用沥青乳液的常规性能、最佳配方及配制工艺.赵冬田［2］在施工中分别采用快裂、慢裂、中裂的乳化剂进行试验，发现采用中裂乳化剂乳化的沥青配制CA砂浆性能最稳定.李荣等［3］发明了一种专门用于高速铁路或轻轨板式无砟轨道CA砂浆中的乳化沥青，此乳化沥青可有效避免CA砂浆产生离析，延长CA砂浆工作时间，其组成（质量分数）为：沥青38%～55%、阳离子表面活性剂3%～20%、非离子表面活性剂5%～20%、助剂2.0%～8.0%，其余为水.从现有研究来看，研究者主要从沥青乳液的配方、原材料、生产工艺等方面对沥青乳液进行了研究.pH值是乳化沥青的一个重要参数，对沥青乳液的使用性能和储存性能均有着重要影响，研究表明：乳化沥青pH值对沥青的恩格拉黏度、黏度、破乳时间、储存稳定性、与集料的可拌和时间都有不同程度的影响.但沥青乳液pH值对CA砂浆性能影响的研究鲜有报道.本文基于pH值对乳化沥青双电层结构的影响，研究了乳化沥青pH值对CA砂浆流动度、可工作时间、表观密度、含气量、分离度工作性能和砂浆体系pH值的影响，旨在为提高CA砂浆的综合性能，探究专用乳化沥青合适的pH值.1 原材料与试验方法1.1 原材料和配合比沥青乳液：SBS改性沥青经乳化后得到，其主要性能指标见表1；干料：湖南盛林生产的水泥沥青砂浆专用干粉料；工业盐酸：市售；氢氧化钠：分析纯，市售；水：自来水.配合比为m（沥青乳液）︰m（干料）︰m（水）＝500︰1 100︰50.1.2 试验方法1.2.1 ζ电位ζ电位的测试采用JS94H型微电泳仪，其适用于0.5～20μm的分散体系，pH测定范围为2.0～12.0.将乳化沥青用工业HCl或NaOH调整至相应的pH值，取调整后的乳化沥青按0.02%的质量分数用去离子水进行稀释，稀释后用酸或碱将沥青乳液调整至稀释前的pH值.对制备好的沥青乳液进行ζ电位测定.1.2.2 pH 值采用pHS－25实验室pH计测量乳化沥青、水泥乳化沥青砂浆pH值，测量范围为0～14.00.1.2.3 含气量、表观密度、流动度、分离度按照科技基［2008］74号《客运专线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》进行.表1 乳化沥青主要性能指标Table 1 Properties of emulsified asphaltItem Index Result Shallow brown liquid，uniform，no mechanical impurities Particle charge＋＋Engler viscosity（25℃） 5－15 7 Sieve test（1.18mm）（by mass）／% ＜0.1 0.02 Storage stability（1d，25℃）／% ＜1.0 0.6 Storage stability（－5℃） No coarse particles or lumps No coarse particles or lumps Cement mixed（by mass）／% ＜Appearance Shallow brown liquid，uniform，no mechanical impurities 1.0 0.5 Evaporation residue Oil content（by mass）／% 58－63 61 Penetration（25℃，100g）／（0.1mm）60－120 70 Solubility（trichloroethylene）／% ＞97 99 Ductility（5℃，5cm·min－1）／cm ＞20 272 试验结果与分析2.1 乳化沥青pH值对ζ电位的影响乳化沥青ζ电位与乳化剂的种类、性质、用量及pH值相关，其正负性由乳化剂在水中电离后亲油基的电荷符号所决定，亲油基带正电荷，ζ电位为正值，亲油基带负电荷，ζ电位为负值.一般阳离子乳化沥青的ζ电位为＋22～＋128mV，阴离子乳化沥青的ζ电位为－80～－30mV，非离子乳化沥青没有ζ电位［4］.图1为乳化沥青ζ电位随pH值的变化规律.图1 沥青乳液ζ电位随pH值的变化Fig.1 Effect of pH on the zeta potential of asphalt emulsion从图1可以看出，pH值较小（＜4）时，沥青乳液ζ电位为正值，且电位较大，这是因为乳化沥青溶液pH值越低，乳化剂亲水性越强，其溶解度和电离度越高，乳化沥青胶粒的表面电荷增加.随着pH值的增大，沥青乳液的ζ电位减小，当pH 值在3～4时，沥青乳液出现等电点，即ζ电位为零，根据静电理论：当沥青溶液出现等电点时，沥青颗粒没有特性吸附，即乳液中除了沥青颗粒对矿质分子表面有静电力外不存在其他作用力，如化学力、烃链缔合力等，这些力的存在能使离子更多地进入紧密层，使配衡离子层的电位发生更复杂的变化.Jada等［5］研究了乳化沥青pH值对ζ电位的影响，结果表明：随着pH值的增加，乳化沥青的ζ电位逐渐减小.这与本文测试结果一致，不同的是，本文沥青乳液出现了等电点，但文献［5］中并没有出现等电点，而在Labib等［6］的研究中，当pH为3～4时沥青溶液也出现等电点，这说明不同的乳化沥青其ζ电位随pH值的变化也不同.当pH＞4时，ζ电位为负值，其绝对值随pH值增加而增大，此外，pH为10～11时，沥青乳液ζ电位绝对值最大，而后绝对值减小.2.2 乳化沥青pH值对CA砂浆流动度的影响流动度是保证CA砂浆现场灌注施工质量的重要指标，合适的流动度对于砂浆的性能与灌注质量非常重要，流动度过小，砂浆材料易离析，流动度过大，砂浆黏稠，难以填充密实，影响灌注质量［7］，因此规范要求的流动度为18～26s.影响CA 砂浆流动度的因素有温度、外加剂、配合比等.图2为CA砂浆流动度随pH值的变化规律.由图2可以看出，乳化沥青pH值为2.5～9.5时，CA砂浆流动度基本不受影响，然而在强酸和强碱环境下，CA砂浆的流动度均变大，黏度亦增大.这是因为乳化沥青溶液pH值越低，乳化剂亲水性越强，其溶解度和电离度越高，乳化沥青胶粒的表面电荷增加，拌和时电荷吸附作用增强，乳化沥青破乳速度加快，黏度增强.当pH≥10时，乳化沥青的ζ电位达到最低点，相关研究［5］表明：乳化沥青的双电层结构对乳化沥青的流变性有着重要的影响，阳离子乳化沥青中存在着2次电滞作用，第1次电滞效应发生于因剪切引起的变形，而变形的重叠或互加又引起第2次电滞效应.在pH≥10时，第2次电滞效应起主导作用，去质子化的胺分子从沥青表面脱落，季铵盐分子取代它的位置，从沥青表面脱离的胺分子有助于水相黏度的提高，从而提高CA砂浆的黏度.图2 CA砂浆流动度随pH值的变化Fig.2 Influence of pH on the fluidity of CA mortar图3为沥青乳液在不同pH值条件下，CA砂浆0，30，60min时的流动度.图3 CA砂浆60min内流动度随pH值的变化Fig.3 Influence of pH on the fluidity in 60min of CA mortar从图3可以看出，沥青乳液pH值对砂浆的可工作时间也有一定影响，当乳化沥青呈酸性时，CA砂浆可工作时间较碱性时长，且乳化沥青pH值越低（pH＝1.5，2.5，6.5时），CA 砂浆流动度经时损失越小；pH＝9.5，11.5时，流动度经时损失较大，分别达到26.09%和13.33%，这可能是沥青乳液双电层结构的改变对乳化沥青破乳时间产生了影响之故.不同pH值条件下，CA砂浆流动度的发展不尽相同，CA砂浆流动度的变化与砂浆体系pH值的变化可能存在着一定的相关性. 2.3 乳化沥青pH值对表观密度和含气量的影响图4为不同pH值时，CA砂浆在0，30，60min时表观密度的变化.从图4可以看出：pH值对CA砂浆初始表观密度的影响较小，其影响在30min后才开始显现，到60min时，其影响明显增大，pH＝2.5处，表观密度随时间延长而不断减小，pH＝9.5处，表观密度随时间延长不断增大，这主要与乳化沥青pH值对ζ电位的影响有关，因为在pH为2.0～4.0时，乳化沥青出现等电点，其ζ电位值为0，在pH为10左右时，乳化沥青ζ电位的绝对值达到最高，这也说明ζ电位绝对值大小对表观密度产生影响，而ζ电位的正负不对其产生影响.图4 pH值对表观密度的影响Fig.4 Influence of pH on the apparent densityof CA mortar在CA砂浆中，一定量的微细、封闭、分布均匀的极性气泡可阻止固体颗粒沉降和水分上升，减少泌水量，缓和CA砂浆层内的自由水等受冻害膨胀时产生的冻晶压力，提高水泥沥青砂浆的抗冻性和抗渗性；但过大的含气量会降低CA砂浆的密实度，影响其力学性能和耐久性［7］.图5为不同pH值时，CA砂浆在0，30，60min时含气量的变化.从图5可以看出，pH值对CA砂浆含气量的影响也主要体现在沥青乳液的等电点处和pH为10左右.在0min时，pH值对CA砂浆含气量的影响还没显现出来，不同pH值条件下CA砂浆含气量接近；在30min时，pH值对含气量的影响开始突显，到60min时影响更明显.乳化沥青ζ电位较小时，CA砂浆的含气量减小；ζ电位较大时，CA砂浆的含气量增大.2.4 乳化沥青pH值对分离度的影响图5 pH值对含气量的影响Fig.5 Influence of pH on the air content of CA mortarCA砂浆是一种典型的非均匀材料，由于水泥、砂、乳化沥青密度相差较大，会出现乳化沥青上浮、泛浆和砂沉淀现象，导致砂浆硬化后上下层使用性能和耐久性不一致，分离度是体现CA砂浆体系各材料匀质性的评价指标.图6为乳化沥青pH值对CA砂浆分离度的影响.由图6可见，CA砂浆分离度存在最高点和最低点，分别出现在pH为2.0～4.0和9.0～10.0时，最高点处，CA 砂浆分离度最大，这与此时乳化沥青的ζ电位相关，因为此时乳化沥青的ζ电位绝对值最小，几乎为0，CA砂浆的黏度较小；最低点处，CA砂浆分离度最小，因为此时乳化沥青的ζ电位的绝对值接近最大，同时CA砂浆的初始流动度虽不大，但到60min时其流动度明显增大.同样在pH为2.0左右时，乳化沥青的ζ电位的绝对值较大，其分离度较小，这说明ζ电位对分离度的影响主要体现在绝对值大小上，与电位正负符号无关.图6 乳化沥青pH值对分离度的影响Fig.6 Influence of pH on the separating degree of CA mortar2.5 乳化沥青pH值对CA砂浆体系pH值的影响图7为乳化沥青pH值对CA砂浆体系pH值的影响.图7 乳化沥青pH值对CA砂浆体系pH值变化的影响Fig.7 Influence of pH of emusified asphalt on the pH of CA mortar由图7可以看出，乳化沥青pH值对CA砂浆体系的反应过程产生了一定影响，乳化沥青自身pH值越低，浆体初始pH值也越低，但二者pH值随时间的变化趋势相似，这说明乳化沥青pH值的改变对CA砂浆体系的pH值影响不大.2.6 乳化沥青最佳pH值的确定从上述结果可以看出，为满足CA砂浆流动度和可工作时间的要求，乳化沥青pH 值应为1.5～9.5.从表面密度和含气量性能的角度考虑，pH＝2.5时，乳化沥青的表面密度随时间的延长而减小，含气量随时间的延长而增大，这将不利于砂浆硬化后强度的形成和力学性能；pH＝9.5时，乳化沥青的表面密度随时间的延长而增大，含气量则减小，这将有利于砂浆硬化后的密实性，提高砂浆的力学性能.从分离度的角度来看，pH＝2.5时，砂浆分离度最大，应避免这种现象出现；当pH＝1.5，9.5时，砂浆分离度最小.综合来看，乳化沥青ζ电位绝对值越大，CA砂浆的综合性能越好，即当乳化沥青pH＝1.5或9.5时，CA砂浆的综合性能最好.但应注意，由于不同乳化沥青ζ电位随pH值的变化不同，乳化沥青的最佳pH值也不同.3 结论（1）乳化沥青pH值的变化对乳化沥青双电层结构产生重要影响，不同乳化沥青pH值对ζ电位的影响不同.（2）乳化沥青pH 值为2.5～9.5时，CA砂浆流动度稳定；pH＜2.5和pH＞9.5时，流动度都有增加，且后者增加显著.（3）乳化沥青pH 值为2.0～4.0时，CA砂浆分离度最大；pH值为9.5和1.5时，CA砂浆分离度较小，因此，CA砂浆的分离度与乳化沥青ζ电位的绝对值大小相关，与符号无关，ζ电位的绝对值越大，分离度越小，反之越大.（4）ζ电位绝对值大小对CA砂浆表观密度、含气量产生影响，ζ电位绝对值越大，CA砂浆的表观密度越大，含气量越小；ζ电位绝对值越小，CA砂浆的表观密度越小，含气量越大.ζ电位的正负号不对其产生影响.（5）乳化沥青ζ电位绝对值越大，CA砂浆的工作性能越好，本文中乳化沥青的最佳pH值为1.5或9.5，但应注意的是不同的乳化沥青ζ电位随pH值的变化不同，因此乳化沥青最佳pH值也不同.参考文献：［1］左景奇，姜其斌，蔡彬芬.板式轨道CA砂浆专用沥青乳液的试验研究［J］.铁道建筑技术，2005（2）：68－70.ZUO Jing－qi，JIANG Qi－bin，CAI Bin－fen.Experimental study on emulsified asphalt for CA mortar used in slab track［J］.Railway Construction Technology，2005（2）：68－70.（in Chinese）［2］赵东田.板式无碴轨道CA砂浆与施工技术研究［D］.成都：西南交通大学，2003.ZHAO Dong－tian.Study of CA mortar mixture ratio and construction technology for slab track on Qin－Shen passenger railway［D］.Chengdu：Southwest Jiaotong University，2003.（in Chinese）［3］李荣，张洪武.用于高速铁路或轻轨板式无碴轨道CA砂浆中的乳化沥青：中国，200710078508［P］.2007－05.LI Rong，ZHANG Hong－wu.An emulsified asphalt for CA mortar used in slab track：China，200710078508［P］.2007－05.（in Chinese）［4］刘尚乐.乳化沥青及其在道路、建筑工程中的应用［M］.北京：中国建材工业出版社，2008：7.LIU Shang－le.The application of emulsified asphalt in road and building engineering［M］.Beijing：China Building Materials Industry Press，2008：7.（in Chinese）［5］ JADA A，FLORENTIN C，MARIOTTI S.Study of the electrical properties of cationic bitumen emulsions by micro electrophoresis ［J］.Advances in Colloid and Interface Science，2004（5）：127－132. ［6］ HEFER A，LITTLE D.Adhesion in bitumen－aggregate systems and quantification of the effects of water on the adhesive bond［R］.［s.l.］：Texas Transportation Institute，The Texas A ＆ M University System College Station，2005.［7］江成，钱振地.秦沈客运专线桥上板式无碴轨道CA砂浆的性能试验研究［J］.铁道工程学报，2001，10（增刊）：196－200（in Chinese）.JIANG Cheng，QIAN Zhen－di.Study on experiments of CA mortar's properties for ballastless slab track laid on bridge of Qin－Shen special passenger traffic railway line［J］.Journal of Railway Engineering Society，2001，10（S）：196－200.（in Chinese）。
阴离子CA砂浆的制备及性能摘要：制备了阴离子乳化沥青CA砂浆，并研究了CA砂浆的弹性模量、流动度、可工作时间等性能，结果表明：先加乳化沥青时CA砂浆的早期弹性模量低于后加乳化沥青CA砂浆的早期弹性模量，而两种加料顺序的后期弹性模量基本相同；CA砂浆的流动度随着乳化沥青含量的增大而增大，而可工作时间随着乳化沥青含量的增大而减小；随着砂浆中水含量增加，可工作时间和空气含量增加，而流动度和单位体积质量减小。
关键词：阴离子CA砂浆；制备；性能无碴轨道具有结构整体性与稳定性好以及修复量少的优点，是铁路高速化的发展方向。
水泥沥青砂浆(cement asphalt mortar，简称CA砂浆)是由水泥、沥青乳液、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，在板式无碴轨道结构中位于轨道和混凝土底座之间，起着减振、调整轨道几何状态的关键作用。
CA砂浆作为预制轨道板与现场灌注的混凝土底座间的调整层材料，除具有一定的强度、适宜的弹性、良好的稳定性和耐久性外，还必须具备如下性能：1)为完全填充轨道板与混凝土底座之间的间隙，要求CA 砂浆具备适当的流动性。
2)由于流动性受气温、配合比及搅拌设备与工艺的影响，故CA砂浆必须在现场进行配合、搅拌和浇注等作业，为满足施工需要，要求CA砂浆具备足够的工作时限。
3)初步固化后的CA砂浆应有一定程度的膨胀，以完全充满所处的空间，同时提供一定的预应力，防止支承螺栓卸下后轨枕板的下沉。
CA砂浆还应具有较好的施工环境适应性，以满足在不同季节气候环境下施工的要求。
铁道部规定的CA砂浆主要性能指标如表1。
由于阳离子乳化沥青与集料强烈的亲和性、吸附性，增加了沥青与集料的粘附性。
所以目前大多数研究者对阳离子CA砂浆进行了研究，取得了一些成果。
而对阴离子CA砂浆的研究很少。
且阴离子乳化剂在沥青乳化时能使沥青微珠界面膜表面形成牢固的水合层，对于沥青的乳化及乳液的稳定是十分有利，应用于CA砂浆制备时能够增加拌和物的可工作时间。
阳离子乳化沥青和阴离子乳化沥青
一、阳离子乳化沥青
阳离子乳化沥青以阳离子表面活性剂为主要成分，适用于生产交通道路表面和基层的沥青混凝土。
主要优点有以下三个：
1. 抗水性强
在沥青混凝土的生产过程中，往往需要添加大量的水。
而在使用阴离子乳化剂的情况下，水会破坏沥青颗粒的结构，影响沥青的质量。
而阳离子乳化剂则具有抗水性，能够较好地保护沥青颗粒的结构。
2. 稳定性强
在生产过程中，如果沥青混凝土没有被充分稳定，会导致路面松散、损坏。
而使用阳离子乳化剂则可以提高沥青混凝土的稳定性，并减少路面变形和组成不良。
3. 密封性强
由于阳离子乳化剂中含有大量阳离子，具有显示的缩小沥青颗粒之间间隙的效果。
所以可以在混凝土表面形成均匀、紧密的覆盖层，从而提高混凝土之间的粘合强度，增加轻油被吸附的机会。
1. 难被流失
阴离子乳化沥青中的阴离子分子具有较强的吸附力和附着力，能够有效地防止阳离子和水溶性固体的流失，从而保证沥青混凝土的稳定性。
在路面施工后，经过长时间的使用和天气风吹日晒等环境影响，易出现路面破坏、龟裂等问题。
而阴离子乳化沥青具有较强的耐候性，能够在恶劣的环境下保持较好的稳定性。
综上所述，阳离子乳化沥青和阴离子乳化沥青在沥青混凝土的生产过程中有着不同的应用，同时也有着各自独特的优点。
在使用过程中需要根据不同的需求进行选择，以达到最好的效果。
油品与添加剂石 油 炼 制 与 化 工ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＡＮＤ ＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬＳ２０１２年１月 第４３卷第１期 收稿日期：２０１１－０６－１３；修改稿收到日期：２０１１－０８－１８。
作者简介：赵品晖（１９８５—），男，博士，从事沥青、乳化沥青、ＣＡ砂浆等的研究开发工作。
通讯联系人：范维玉，Ｅ－ｍａｉｌ：ｆａｎｗｙｕ＠ｈｄｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。
ＣＡ砂浆用阴离子乳化沥青稳定性研究赵品晖１，范维玉１，田翠芳２，董 爽１（１．中国石油大学（华东）重质油加工国家重点实验室，山东青岛２６６５５５；２．中油燃料油股份有限公司青岛技术研发中心）摘 要：针对ＣＡ砂浆对乳化沥青性能的特殊要求，研究乳化设备、乳化剂、助剂、沥青含量等对乳化沥青储存稳定性的影响。
结果表明：不同的乳化设备、乳化剂的用量、助剂的种类及用量、沥青的含量等均对乳液稳定性有较大的影响；在ＳＤ－２乳化剂的用量（ｗ）为３．５％、缔合型增稠剂Ｔ的用量（ｗ）为０．４％、羧甲基纤维素钠的用量（ｗ）为０．０６％、沥青质量分数为６０％时，使用胶体磨生产的乳化沥青及使用该乳化沥青制备的ＣＡ砂浆的性能均能满足《客运专线铁路ＣＲＴＳⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》的要求。
关键词：ＣＡ砂浆 乳化沥青 助剂 稳定性 我国已经进入了高速铁路大规模建设和发展的新时期，随着高速铁路的快速发展，板式无砟轨道作为高速铁路的主要轨道形式也得到了一定的发展，目前我国已建和在建的京津城际、武广高铁、京沪高铁等高速铁路均采用了板式无砟轨道。
水泥乳化沥青砂浆（ｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ａｓｐｈａｌｔ ｍｏｒｔａｒ，简称ＣＡ砂浆）［１］是高速铁路板式轨道的刚性轨道板与混凝土道床之间的调平减振结构层材料，它是由水泥、沥青乳液、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。
而乳化沥青是ＣＡ砂浆的关键组成材料，其性能决定性地影响着水泥乳化沥青砂浆的工作性能与耐久性能。
ＣＡ砂浆用乳化沥青［２］除应具有普通沥青乳液所具有的性能外，还应具有良好的储存稳定性、均匀性，与强碱性的水泥砂浆干料体系相容性好，稳定性强，不明显影响水泥的水化速率等性能，且配制的砂浆能在较长的时间内保持良好的流动性能。
其中乳液的稳定性是影响ＣＡ砂浆用乳化沥青性能的关键因素，本课题针对ＣＡ砂浆对乳化沥青性能的特殊要求，系统研究乳化设备、乳化剂用量、助剂种类及用量、沥青含量等对乳液储存稳定性的影响。
１ 实 验１．１ 试验原料基质沥青，ＡＨ－７０；乳化剂，高铁ＣＡ砂浆专用阴离子乳化剂ＳＤ－２；助剂，羧甲基纤维素钠，化学纯；缔合型增稠剂Ｔ；ｐＨ调节剂；盐酸，化学纯；２ｍｏｌ?Ｌ的ＮａＯＨ水溶液。
１．２ 试验设备胶体磨，美国道维施（ＤＡＬＷＯＲＴＨ）型实验室改性沥青?乳化沥青组产设备；剪切机，上海威宇机电制造有限公司生产，型号ＰＡ６－ＧＦ ３５；激光粒度仪，ＭＳ ２０００Ｍｉｃｒｏ激光粒度仪；乳化沥青储存稳定性试验仪，上海昌吉地质仪器有限公司生产，型号ＳＹＤ－０６５５。
１．３ 乳化沥青的制备将沥青加热至１３０～１４０℃，计量后备用；将乳化沥青助剂加入水中，按一定的比例稀释，备用；按照一定的配比将乳化剂和稀释后的乳化沥青助剂溶于４０～６０℃的水中，配制成皂液，并将ｐＨ调到指定值；将计量好的沥青和皂液同时经过胶体磨，乳化后得到沥青乳液，冷却至室温，即制得乳化沥青成品。
１．４ 乳化沥青性能分析参照ＪＴＪ—２０００《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的相关实验方法对乳化沥青的储存稳定性和恩氏黏度进行分析；参照ＧＢ／Ｔ １９０７７．１—２００８《粒度分析：激光衍射法》对乳化沥青的粒度进第１期赵品晖，等．ＣＡ砂浆用阴离子乳化沥青稳定性研究行分析；使用ＴＸ５００Ｃ全量程界面张力仪（旋转滴法）对沥青甲苯模拟油的界面张力进行分析。
２ 结果与讨论２．１ 乳化剂用量对乳液稳定性的影响为了达到ＣＡ砂浆用乳化沥青的性能要求，选择合适的乳化剂尤为重要。
研究发现，在实际应用中，使用单一的乳化剂效果很不理想，需要多种或者几种乳化剂复配使用［３－４］。
同时，由于ＣＡ砂浆是由水泥、砂子、膨胀剂等粉料组成的干料体系，如用快裂或中裂型乳化沥青，破乳速率快，拌合时易结块成团，不成稀浆，故应当选用慢裂型乳化沥青。
相应的乳化剂应当选用慢裂型沥青乳化剂。
本课题选用的高铁ＣＡ砂浆专用阴离子乳化剂ＳＤ－２是由阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂按质量比１∶１复配得到的，属于慢裂慢凝型沥青乳化剂。
乳化剂的用量少时，乳化效果不好，乳液中沥青微粒粒径大小不均，体系的储存稳定性下降；乳化剂的用量多时，使成本提高，造成浪费［５］。
在沥青温度１３５℃、皂液温度５０℃、皂液ｐＨ值１１．５、沥青质量分数６０％、乳化设备采用胶体磨的条件下，考察乳化剂用量对沥青乳化后储存稳定性的影响，结果见图１。
图１ 乳化剂用量对储存稳定性及油水界面张力的影响■—储存稳定性；●—界面张力从图１可以看出：乳化剂ＳＤ－２的用量（ｗ）在２．０％～３．５％范围内时，乳化沥青的储存稳定性随乳化剂用量的增加大幅下降；当ＳＤ－２用量（ｗ）大于３．５％时，乳化沥青的储存稳定性几乎保持不变，且乳液具有很好的储存稳定性。
乳化剂作为表面活性剂，在水中存在临界胶束浓度ＣＭＣ，配制不同浓度的乳化剂皂液，测定ＳＤ－２与沥青模拟油的油水界面张力，结果如图１所示。
由图１可以看出，体系界面张力随乳化剂用量的变化趋势与乳化沥青的储存稳定性随乳化剂用量的变化趋势相同，说明体系的油水界面张力是影响乳化沥青储存稳定性的主要原因。
当乳化剂的用量较少时，乳化剂不能使油水界面张力充分降低，沥青和水几乎是直接接触的，乳化效果不好，所以稳定性差［６］；随着乳化剂用量的增加，油水界面张力逐步趋于稳定，此时沥青乳液逐渐趋向于稳定状态，乳化剂分子的亲水和亲油基团分别和水、沥青结合；此后继续增加乳化剂的用量时，沥青乳液的稳定性变化不大，说明沥青乳液中乳化剂的含量已经达到临界值［７］。
从图１可以看出，乳化剂ＳＤ－２的用量（ｗ）为３．５％时乳化沥青中乳化剂含量达到临界值，而乳化剂用量过高会增加生产成本，因此乳化剂较为合理的用量（ｗ）为３．５％左右。
２．２ 助剂对乳液稳定性的影响单纯使用乳化剂制备的乳化沥青存在稳定性差、与水泥体系的适应性差等问题，采用该类乳化沥青制备的ＣＡ砂浆存在工作时间短、温度适应范围窄、易分层、填充性能差、早期强度低等不足。
为了提高沥青材料的乳化性能，增加乳化沥青的储存稳定性，改善乳化沥青的使用性能和制备ＣＡ砂浆的施工性能，除沥青乳化剂外，还需要加入一定量的助剂材料。
２．２．１ 缔合型增稠剂Ｔ对乳液稳定性的影响 本课题组经过大量的实验研究表明，在乳化沥青中加入缔合型增稠剂Ｔ，能够使制备的ＣＡ砂浆具有良好的施工和易性，能够有效降低ＣＡ砂浆的分离度，避免ＣＡ砂浆泌水、分层等问题。
在乳化剂ＳＤ－２用量（ｗ）为３．５％和一定的制备工艺条件下，考察缔合型增稠剂Ｔ对乳化沥青储存稳定性的影响，结果见图２。
图２ 缔合型增稠剂Ｔ对储存稳定性及恩氏黏度的影响■—储存稳定性；●—恩氏黏度３６石 油 炼 制 与 化 工 ２０１２年第４３卷图２表明，缔合型增稠剂Ｔ的加入使得乳化沥青的储存稳定性变差，说明增稠剂Ｔ的加入对乳化沥青储存稳定性的影响不利，综合考虑乳化沥青和砂浆的性能，缔合型增稠剂Ｔ较为合理的用量（ｗ）在０．４％左右。
缔合型增稠剂Ｔ与乳化沥青的作用机理主要在于其特殊的“亲油－亲水－亲油”形式的三嵌段聚合物结构，使链端为亲油基团（通常为脂肪烃基）中间为水溶性的亲水链段（通常为较高相对分子质量的聚乙二醇）［８－９］。
在水性体系中，当增稠剂浓度大于临界胶束浓度时，亲油端基缔合成胶束，增稠剂通过胶束的缔合形成网状结构可增加体系黏度［１０］。
在乳化沥青体系中，增稠剂不但可以通过亲油端基胶束形成缔合，更主要的是增稠剂的亲油端基吸附在不同的沥青颗粒表面，当两个亲油端基吸附在不同沥青颗粒上时，增稠剂分子就在粒子间形成桥联，如图３所示。
图３ 缔合型增稠剂Ｔ的增稠机理缔合网络中亲油端基与沥青微粒一直处于缔合和解缔合平衡状态，其缔合时间和解缔合时间都很短，这种缔合和解缔合的瞬间平衡使得距离大于增稠剂分子末端距的粒子间也可产生力的作用［１１］。
在缔合型增稠剂Ｔ用量较低时，其增稠效果较差，而缔合型增稠剂Ｔ强烈的缔合作用和桥联作用使得沥青颗粒更容易克服粒子间的排斥力而相互聚集，因而增加了乳化沥青的不稳定性；当继续增加缔合型增稠剂Ｔ的用量时，缔合作用达到平衡，同时增稠作用开始体现出来，乳液的黏度迅速增加（如图２所示），乳液的稳定性得到改善。
２．２．２ 羧甲基纤维素钠与缔合型增稠剂Ｔ复配对乳液稳定性的影响 为了改善由于加入缔合型增稠剂Ｔ对乳液稳定性造成的不利影响，选用羧甲基纤维素钠与缔合型增稠剂Ｔ复配使用。
在乳化剂ＳＤ－２用量（ｗ）为３．５％、缔合型增稠剂Ｔ用量（ｗ）为０．４％和一定的制备工艺条件下，考察羧甲基纤维素钠的用量对乳化沥青储存稳定性及恩氏黏度的影响，结果见图４。
由Ｓｔｏｋｅｓ公式Ｖ＝２ｇｒ２（ρ１－ρ０）?９η（式中：ｒ为乳液中粒子的平均粒径；ρ１、ρ０分别为分散相和连续相的密度；η为连续相黏度；ｇ为重力加速度）可知，连续相黏度增大，乳液的稳定性提高。
图４ 羧甲基纤维钠对储存稳定性及恩氏黏度的影响■—储存稳定性；●—恩氏黏度由图４可以看出，乳化沥青的储存稳定性与乳液的恩氏黏度有较好的相关性，黏度越大则稳定性越好，羧甲基纤维素钠增稠效果显著，在很低的用量下就能够明显改善沥青乳液的储存稳定性［１２］。
从乳化沥青的性能来看，羧甲基纤维素纳较为合理的用量（ｗ）在０．０６％左右。
２．３ 沥青含量对乳液稳定性的影响沥青含量的大小影响到乳状液的类型、黏度、稳定性等，若沥青含量过低，制备的乳液黏度太小，稳定性不好；若沥青含量过高，乳液黏度过大，制备的乳液可能反相，变成油包水型，不符合要求。
在一定的制备工艺条件下，考察不同的沥青含量对乳化沥青储存稳定性的影响，结果见图５。
由图５可知，当沥青质量分数较低时（３０％，４０％，图５ 沥青含量对储存稳定性的影响４６第１期赵品晖，等．ＣＡ砂浆用阴离子乳化沥青稳定性研究５０％），乳液黏度较低，颗粒容易聚集，乳液的稳定性较差，不满足相关规范要求，随着沥青含量的升高，乳液黏度增加，乳液的储存稳定性变好。
但是当沥青质量分数超过７０％时，乳液的黏度太高，流动性变得很差，亦不能满足要求。
因此，较为合理的沥青质量分数为６０％左右。
２．４ 乳化设备对乳液稳定性的影响乳化设备对乳化沥青的均质性、沥青颗粒的粒径大小、乳液的稳定性等影响较大，选择合适的乳化设备是制备高性能乳化沥青的前提。
