一種測(cè)試水泥與乳化瀝青吸附率的測(cè)試裝置及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑材料和油田鉆采材料檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可連續(xù)測(cè)試水 泥與乳化瀝青吸附率的測(cè)試裝置及檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地區(qū)間客、貨往來日益頻繁，人們對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)?需求在急劇增長(zhǎng)，原有的鐵路系統(tǒng)因速度慢、舒適度差等因素在社會(huì)經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的環(huán)境中 日漸顯得力不從心。高速化是鐵路發(fā)展的目標(biāo)。鐵路高速化要求軌道結(jié)構(gòu)具備穩(wěn)定性、平 順性、軌道彈性適宜、軌道部件可靠及養(yǎng)護(hù)維修便利等條件。高速鐵路采用的軌道結(jié)構(gòu)形式 分為有砟軌道和無砟軌道兩類。其中，無砟軌道主要由扣件系統(tǒng)或彈性墊層代替原來的散 粒道砟作為減振結(jié)構(gòu)。當(dāng)前應(yīng)用較普遍的無砟軌道結(jié)構(gòu)有軌枕支承式、軌枕嵌入式、軌枕埋 入式、無軌枕現(xiàn)澆道床板式、無軌枕預(yù)制道床板式（板式無砟軌道）幾種。其中，所謂的"板 式無砟軌道"是將預(yù)制好的軌道板直接"放置"在混凝土底座上，通過向軌道板與底座間充 填水泥瀝青砂衆(zhòng)（Cerment Asphalt Mortar，簡(jiǎn)稱CA砂衆(zhòng)）材料調(diào)整軌道板，以確保鋪設(shè)精 度。
[0003] 在油田鉆采領(lǐng)域，固井是鉆完井作業(yè)過程中不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它包括下 套管和注水泥。固井的主要目的是保護(hù)和支撐油氣井內(nèi)的套管，封隔油、氣和水等地層。固 井所注的油井水泥漿固化后形成的水泥環(huán)具有很大的脆性，在后期射孔時(shí)易產(chǎn)生龜裂紋。 為了減小水泥環(huán)的脆性，提高韌性，目前一般在油井水泥漿中添加大量的膠乳，但膠乳價(jià)格 昂貴，因此油田鉆采行業(yè)提出了采用乳化瀝青替代膠乳的技術(shù)構(gòu)想，即乳化瀝青水泥砂漿 (CA砂漿）作為固井材料。
[0004] CA砂漿是一種由水泥、乳化瀝青、細(xì)骨料（砂）、混合料、7K、鋁粉、及功能外加劑 (減水劑、消泡劑等）等多種原材料組成，經(jīng)水泥水化硬化與瀝青破乳膠結(jié)共同作用而形成 的一種新型有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料，其以原料組成復(fù)雜、性能指標(biāo)要求高、制備技術(shù)難度大等特 點(diǎn)而成為無砟軌道及油井固井現(xiàn)場(chǎng)施工的關(guān)鍵技術(shù)。
[0005] 按照我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，板式無砟軌道可分為CRTS I型和CRTS II型等，分別采用了陽離 子水泥瀝青砂漿和陰離子水泥瀝青砂漿作為充填層材料。CA砂漿作為一種大水灰比、高流 態(tài)灌注砂漿，其工作性（流動(dòng)度和擴(kuò)展度）是衡量其質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。此外，原材料中包含 的瀝青乳化劑、減水劑和消泡劑等均為表面活性劑，而表面活性劑具有一個(gè)重要特性，即對(duì) 溫度敏感。其因此，CA砂漿拌合物是也一種對(duì)溫度十分敏感的材料。
[0006] 從新拌CA砂漿的漿體微結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，漿體中各種粒子的相互作用是影響漿體 工作性能的根本原因。漿體中的粒子有水泥顆粒，乳化瀝青顆粒，減水劑分子等。水泥顆粒 的主要成分有C3S，C2S，C3A，C4AF等礦物相，其中C3S和C2S與水接觸后Zeta電位為負(fù)值， 即帶負(fù)電荷，而C3A和C4AF與水接觸后Zeta電位為正值，即帶正電。因此水泥顆粒間會(huì) 因?yàn)殡姾勺饔冒l(fā)生絮凝，進(jìn)而影響CA砂率的工作性；乳化瀝青熔融瀝青在瀝青乳化劑和膠 體磨作用下具有一定穩(wěn)定性的分散在水中的是帶電荷的瀝青小顆粒（陰離子乳化瀝青表 面帶負(fù)電，陽離子乳化瀝青表面帶正電）。因此乳化瀝青顆粒會(huì)與水泥顆粒發(fā)生靜電吸附， 吸附后漿體內(nèi)微粒平均粒徑變大，漿體層流作用變得生澀，表現(xiàn)為漿體整體工作性的下降。 減水劑分子同樣會(huì)因電荷作用與水泥顆粒發(fā)生吸附，打破絮凝組織，提高漿體的流動(dòng)性，此 外，減水劑分子與乳化瀝青顆粒同水泥顆粒間可能發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附的情況，這對(duì)CA砂漿工作 性的影響更加復(fù)雜。因此研究水泥與乳化瀝青顆粒吸附作用是研究CA砂漿的重要內(nèi)容。
[0007] 專利201410573060. 2公開了利用水泥吸附乳化瀝青后顆粒體積增大無法通過吸 附篩的原理，測(cè)量吸附前后樣品質(zhì)量的變化來計(jì)算吸附率的方法，該法每測(cè)一次即需更換 一次樣品倉(cāng)和補(bǔ)償倉(cāng)的吸附篩，操作過程繁瑣，無法連續(xù)測(cè)量，耗材消耗大，且測(cè)試精度不 高。本發(fā)明旨在針對(duì)水泥-乳化瀝青顆粒吸附的特點(diǎn)及現(xiàn)有手段存在的缺點(diǎn)提出科學(xué)合理 的檢測(cè)和評(píng)估手段，此舉將有助于推動(dòng)乳化瀝青水泥砂漿的研究工作和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有水泥乳化瀝青吸附測(cè)試方法存在的操作繁瑣，測(cè)量精度低，無法 連續(xù)測(cè)量等一系列問題，提供一種測(cè)試水泥與乳化瀝青吸附率的測(cè)試裝置及檢測(cè)方法，它 能夠克服現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)存在的不足，在恒定的溫度條件下，連續(xù)測(cè)得水泥與乳化瀝青吸附 率。
[0009] 本發(fā)明所述一種測(cè)試水泥與乳化瀝青吸附率的測(cè)試裝置，由下述裝置組成：1套 雙頭單控恒溫水浴磁力攪拌器、1個(gè)反應(yīng)瓶、1個(gè)修正瓶、1套取樣裝置；
[0010] 所述雙頭單控恒溫水浴磁力攪拌器為具有兩組磁極的恒溫水浴磁力攪拌裝置，可 對(duì)兩個(gè)樣品同時(shí)以相同轉(zhuǎn)速攪拌，水浴溫度可調(diào)節(jié)；其組成包括溫度傳感器、加熱線圈、磁 力攪拌子、磁鐵、馬達(dá)；
[0011] 所述反應(yīng)瓶和修正瓶皆為錐形瓶；其中反應(yīng)瓶?jī)?nèi)裝水泥與乳化瀝青混合物樣品， 修正瓶?jī)?nèi)裝與反應(yīng)瓶混合物樣品相同水灰比的水泥漿；
[0012] 所述取樣裝置由數(shù)字流量型蠕動(dòng)栗，雙折玻璃管，短玻璃管，軟管，橡膠塞組成；
[0013] 所述數(shù)字流量型蠕動(dòng)栗通過對(duì)栗的彈性輸送軟管交替進(jìn)行擠壓和釋放來栗送流 體或空氣；可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)正向轉(zhuǎn)動(dòng)和反向轉(zhuǎn)動(dòng)，以向反應(yīng)瓶/修正瓶?jī)?nèi)吹入或抽走空氣 來控制樣品從雙折玻璃管流出和回流，主要用于控制取樣；
[0014] 所述的雙折玻璃管由普通玻璃管經(jīng)兩次彎折制成，兩次彎折形成的三段分別命名 為進(jìn)樣段，中間段和出樣段，進(jìn)料段與出料段相平行，進(jìn)料段與中間段的夾角為鈍角，出料 段與中間段的夾角為銳角，以此保證管內(nèi)液體能自行回流到錐形瓶；
[0015] 所述取樣裝置的橡膠塞塞入反應(yīng)瓶和修正瓶的瓶口，并連同反應(yīng)瓶與修正瓶置于 雙頭單控恒溫水浴磁力攪拌器內(nèi)；每個(gè)橡膠塞中分別插入一根雙折玻璃管與短玻璃管，兩 個(gè)短玻璃管的外端以軟管連接至數(shù)字流量型蠕動(dòng)栗的同一個(gè)端口，數(shù)字流量型蠕動(dòng)栗的另 一個(gè)端口直接與大氣聯(lián)通。
[0016] 本發(fā)明所述一種測(cè)試水泥與乳化瀝青吸附率的檢測(cè)方法是利用乳化瀝青被水泥 吸附后隨水泥一起沉淀，造成混合物中乳化瀝青固含量下降的原理，測(cè)量混合物中乳化瀝 青固含量的下降量來表征水泥-乳化瀝青的吸附量來計(jì)算吸附率。
[0017] 本發(fā)明所述一種測(cè)試水泥與乳化瀝青吸附率的檢測(cè)方法具體包括下述步驟：
[0018] (1)乳化瀝青初始固含量C。及瀝青的燒失率L A的測(cè)定：
[0019] ①稱取一定量的乳化瀝青樣品Hi1，置于105°C恒溫烘箱內(nèi)烘至恒重m 2，測(cè)定瀝青的 " r，u 初始固含量G =:; IUi
[0020] ②將上述烘至恒重的瀝青樣品置于600°C的高溫爐內(nèi)，IOmin后取出稱重HI3，測(cè)定 f -ηι 瀝青的燒失率; 二-
[0021] (2)任意時(shí)間T時(shí)乳化瀝青固含量Ct的測(cè)定與修正：
[0022] ①分別稱取乳化瀝青樣品和水，質(zhì)量均為mA，乳化瀝青裝入反應(yīng)瓶，水裝入修正 瓶，反應(yīng)瓶與修正瓶置于雙頭單控恒溫水浴磁力攪拌器內(nèi)，啟動(dòng)攪拌開關(guān)并設(shè)置水浴溫度， 使乳化瀝青樣品及修正瓶?jī)?nèi)的水的溫度與設(shè)定溫度相符；
[0023] ②稱取水泥樣品兩份，其質(zhì)量均為，同時(shí)將水泥樣品分別倒入反應(yīng)瓶和修正瓶 內(nèi)，安裝好取樣裝置，倒入的時(shí)間點(diǎn)記為試驗(yàn)的起始點(diǎn)；
[0024] ③時(shí)間T-5分鐘時(shí)關(guān)閉攪拌開關(guān)使混合液靜置，至T分鐘時(shí)，啟動(dòng)數(shù)字流量型蠕動(dòng) 栗使之正向運(yùn)轉(zhuǎn)，分別從反應(yīng)瓶和修正瓶的兩個(gè)雙折玻璃管的出料口取樣，質(zhì)量分別為m AT1 和mCT1。取樣結(jié)束后使數(shù)字流量型蠕動(dòng)栗反向運(yùn)轉(zhuǎn)，使滯留于雙折玻璃管內(nèi)的殘液回流。取 出的樣品置于l〇5°C恒溫烘箱內(nèi)烘至恒重，重量分別為m AT2和mCT2，測(cè)定T分鐘時(shí)乳化瀝青水 泥混合物的固含量Ct Mi.
[0025] ④步驟③所述的烘干物置于600°C的高溫爐內(nèi)，IOmin后取出稱重，質(zhì)量分別為 mAT3和mCT；5,測(cè)定乳化瀝青水泥混合物的燒失量L，L = mAT2-mAT3·定水泥液烘干物的燒失率 ]
[0026] ⑤計(jì)算T時(shí)的乳化瀝青即時(shí)固含量修正系數(shù)c
[0027] ⑥計(jì)算T時(shí)乳化瀝青即時(shí)固含量CT，Ct= C T Mix-c ;
[0028] (3) T分鐘時(shí)水泥對(duì)乳化瀝青的吸附率Qt的計(jì)算：
[0029] 則該水泥在設(shè)定溫度下T分鐘時(shí)對(duì)乳化瀝青的吸附率可用下式求得，
[0030]
[0031] (4)連續(xù)測(cè)量
[0032] 連續(xù)測(cè)量水泥對(duì)乳化瀝青吸附率的經(jīng)時(shí)變化時(shí)，無需再次配樣，僅需等到下一個(gè) 時(shí)間點(diǎn)，然后重復(fù)步驟（2)的第③至⑥，最后用步驟（3)中的公式計(jì)算該時(shí)間點(diǎn)的吸附率。
[0033] 本發(fā)明所述測(cè)試水泥與乳化瀝青吸附率的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且所述檢測(cè)方法操 作簡(jiǎn)單，精度高，試驗(yàn)成本低；同時(shí)該法并不局限于水泥與乳化瀝青吸附率的測(cè)定，其他乳 液與水泥的吸附率也可參照該法測(cè)定。
【附圖說明】
[0034] 圖1為可連續(xù)測(cè)試水泥與乳化瀝青吸附率的測(cè)試裝置示意圖。
[0035] 圖2為雙頭單控恒溫水浴磁力攪拌器示意圖。
[0036] 圖3為取樣裝置示意圖。
[0037] 圖1~3中的具體標(biāo)注為：1雙頭單控恒溫水浴磁力攪拌器、2反應(yīng)瓶、3修正瓶、4 取樣裝置、5溫度傳感器、6加熱線圈、7磁力攪拌子、8磁鐵、9馬達(dá)、10數(shù)字流量型蠕動(dòng)栗、 11軟管、12橡膠塞、13短玻璃管、14雙折玻璃管。
[0038] 圖4為實(shí)施例1中數(shù)據(jù)所得水泥與CM型陰離子乳化瀝青在20°C條件下吸附經(jīng)時(shí) 規(guī)律。
[0039] 圖5為實(shí)施例2中數(shù)據(jù)所得水泥與CM型陰離子乳化瀝青在30°C條件下吸附經(jīng)時(shí) 規(guī)律。
[0040] 圖6為實(shí)施例3中數(shù)據(jù)所得P ·ΙΙ 52. 5水泥與CM型陰離子乳化瀝青在20°C條件 下的吸附率的經(jīng)時(shí)變化規(guī)律。
[0041] 圖7為實(shí)施例4中數(shù)據(jù)所得水泥與EA-503型陽離子乳化瀝青在20°C條件下的吸 附率的經(jīng)時(shí)變化規(guī)律。
[0042] 圖8為實(shí)施例5中數(shù)據(jù)所得對(duì)比水泥與陰離子乳化瀝青在20°C條件下?lián)郊訙p水劑 后的吸附率的經(jīng)時(shí)變化規(guī)律。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 本發(fā)明所述實(shí)施例1至實(shí)施例5皆按照以下試驗(yàn)步驟進(jìn)行測(cè)試：
[0044] (1)稱取一定量的乳化瀝青樣品，置于105°C恒溫烘箱內(nèi)烘至恒重，測(cè)定瀝青的初 始固含量；將上述烘至恒重的瀝青樣品置于600°C的高溫爐內(nèi)，IOmin后取出稱重，測(cè)定瀝 青的燒失率；（2)分別稱取等質(zhì)量的乳化瀝青樣品和水，乳化瀝青裝入反應(yīng)瓶2,水裝入修 正瓶3,反應(yīng)瓶與修正瓶置于雙頭單控恒溫水浴磁力攪拌器1內(nèi)，啟動(dòng)攪拌開關(guān)并設(shè)置水浴 溫度，使乳化瀝青樣品及修正瓶3內(nèi)的水的溫度與設(shè)定溫度相符；稱取等質(zhì)量的水泥樣品 兩份，同時(shí)將水泥樣品分別倒入反應(yīng)瓶2和修正瓶3內(nèi)，安裝好取樣裝置