水泥乳化沥青胶浆粘度特性的试验研究

水泥乳化沥青胶浆粘度特性的试验研究

苏连虎

吕梁市交通运输局山西吕梁033000

摘要：为了研究水泥乳化沥青胶浆体系的粘度特性，以及水泥和乳化沥青两种胶凝材料的交互作用机理，本文采用布氏粘度计，测定了不同配比、温度和水化时间时，水泥乳化沥青胶浆粘度的变化规律，并采用扫描电镜测试了水泥乳化沥青胶浆体系的微观形貌。试验结果显示，随着水泥含量的增多，胶浆粘度逐渐提升，直至水泥含量为50%时，再增大水泥含量反而会使粘度降低；温度越高，水泥乳化沥青胶浆粘度越小，且水泥含量越多，温度对胶浆粘度的影响越小；随着水化时间的延长，胶浆粘度逐渐增大。水泥乳化沥青胶浆整个界面比较充实，水泥水化产生的C-S-H凝胶与破乳后的乳化沥青相互交织，形成稳定的三维网络结构，保证了胶浆体系的致密与稳定。

关键词：道路工程；水泥乳化沥青胶浆；粘度特性；微观形貌；作用机理

Experimentalstudyonviscositycharacteristicsofcementemulsifiedasphaltcement

Abstract：Inordertostudytheviscositycharacteristicsofcementemulsifiedasphaltcementsystemandtheinteractionmechanismbetweencementandemulsifiedasphaltcementitiousmaterials，theBrookfieldviscometerwasusedtodeterminecementemulsifiedasphaltwithdifferentratio，temperatureandhydrationtime.Theviscosityofthecementwaschangedandthemicrostructureofthecementemulsifiedasphaltcementsystemwastestedbyscanningelectronmicroscopy.Thetestresultsshowthatwiththeincreaseofcementcontent，theglueisgraduallyincreasedeveryyearuntilthecementcontentis50%，thenincreasingthecementcontentwillreducetheviscosity；thehigherthetemperature，thesmallertheviscosityofthecementemulsifiedasphaltcement，andThemorecementcontent，thesmallertheeffectoftemperatureontheannuallatex；theviscosityofJiaojianggraduallyincreaseswiththehydrationtime.Thewholeinterfaceofcementemulsifiedasphaltcementisrelativelyfull.TheC-S-Hgelproducedbycementhydrationandtheemulsifiedasphaltafterdemulsificationareintertwinedtoformastablethree-dimensionalnetworkstructure，whichensuresthecompactnessandstabilityofthecementsystem.

Keywords：Roadengineering；cementemulsifiedasphaltcement；viscositycharacteristics；microscopicmorphology；mechanismofaction

0.前言

水泥乳化沥青复合胶凝材料是由水泥和乳化沥青复合而成的新型胶结材料，由于其同时兼有刚性材料和柔性材料的特点，在道路工程中得到了广泛应用[1~3]。在传统的沥青混合料中，沥青结合料主要起到粘结作用，对提高沥青混合料的整体强度起到至关重要的作用[4~5]。水泥乳化沥青混合料中，由于水泥和乳化沥青两种胶凝材料与矿料形成不同的界面，整个结合料的界面状态与传统沥青混合料存在较大差别[6]。而粘度是沥青材料一项重要的力学指标，粘度的高低和随外界条件的变化规律，对沥青混合料的性能影响巨大。水泥乳化沥青中由于两种材料的不同组合会引发材料性质的较大改变，使粘度发生一定的变化。为了研究不同条件下水泥乳化沥青体系粘度特性，本文通过试验，分析了外界条件和水泥乳化沥青体系材料组成对粘度的影响，为水泥乳化沥青材料的大规模利用提供理论参考。

1.原材料与试验方法

1.1原材料

乳化沥青选用自制的慢裂型阳离子乳化沥青，其性能指标如表1所示。泥采用P．O．42.5R普通硅酸盐水泥，其主要化学成分如表2所示；矿粉采用磨细的石灰石矿粉，比表面积为3400m2/kg。

从表3可以看出，随着水泥掺量的增多，水泥乳化沥青胶浆粘度总体呈上升趋势，其中当水化时间为1h时，水泥乳化沥青胶浆粘度在水泥掺量为20%时有较大幅度的降低。说明水化时间越长，水泥乳化沥青胶浆材料粘度随水泥含量变化的趋势越明显。另外当水泥含量超过50%后，再增大水泥含量反而会使水泥乳化沥青胶浆的粘度降低。解释其原因主要为，乳化沥青中的水分是胶浆中水泥水化的唯一来源，随着水泥含量的增多，水泥吸水水化导致乳化沥青破乳，使整个胶凝材料的粘度快速提升，当水泥含量达到20%时，水泥水化产生大量水水化产物，产生的水化产物粘附在未水化的水泥颗粒表面，阻断了水泥颗粒与水的直接接触，水泥水化反应速度减慢，乳化沥青破乳受到影响，因此胶浆粘度随之降低。随着水泥含量的继续增多，水泥水化产物对水泥颗粒的裹覆程度减弱，又促进了水泥颗粒与水的接触，乳化沥青破乳速度随之增加，因此粘度出现大幅度提升。而当水泥含量超过50%后，乳化沥青中的水分已经无法满足所有水泥的水化需要，部分水泥颗粒物无法水化形成强度，因此水泥乳化沥青胶浆的粘度反而会降低。

相同条件下，随着温度的升高，水泥乳化沥青胶浆的粘度逐渐降低，这主要是因为乳化沥青接触到水泥颗粒后破乳形成普通沥青，而沥青材料是典型的感温性材料，随着温度的升高，沥青逐渐软化呈现较多的粘流态，因此粘度逐渐降低。水泥含量不同，温度对胶浆粘度的影响程度不同，温度对水泥乳化沥青胶浆粘度的影响随水泥含量的增多逐渐减小，解释这一现象的主要原因为，温度的升高能促进水泥的水化，水泥含量越多，温度升高引起的水化作用越强，生成的水化产物越多，水泥乳化沥青的力学强度增大，从一定程度上弥补了由于升温引起的沥青粘度下降，因此高水泥含量时，温度对胶浆粘度的影响有所减弱。

相同条件下，随着水泥水化时间的延长，水泥乳化沥青胶浆的粘度逐渐降低增大，且水泥含量越多，粘度随水化时间增长的速率越大。这主要是因为，随着水化时间的延长，水泥水化反应不断地进行，吸收更多的水分，使乳化沥青破乳速度加快，一方面水泥水化产生的力学强度不断增长，另一方面沥青破乳形成普通沥青，整个沥青胶浆的流动性降低，因此粘度逐渐增大。水泥含量越多，同等条件下水化反应越强烈，沥青破乳速度越快，因此水泥乳化沥青胶浆的粘度增长越快。

3.水泥与乳化交互作用机理

为了探究水泥乳化沥青胶浆中两种胶凝材料水泥和乳化沥青的交互作用机理，利用扫描电镜测试不同水泥含量（20%和50%）和不同水化时间（1h和6h）时，水泥乳化沥青胶浆的微观形貌，试验结果如图1所示。

图1水泥乳化沥青胶浆SEM图像

从图1可以看出，水泥乳化沥青胶浆整个界面比较充实，当水化时间一定时，水泥含量越多，胶浆体系结构越致密，水泥生化产生的C-S-H凝胶絮凝剂结构相互交织，与破乳后乳化沥青相互裹覆形成致密的三位网络结构，因此整个结构的界面密实性增强。当水泥含量一定时，水化时间越长，水泥乳化沥青胶浆结构中的胶凝物更加均匀致密。水泥的水化是随着时间延长持续进行的，水泥水化生成的C-S-H凝胶不断聚集，相互交织，形成更加稳定均匀的网络结构，致使水泥乳化沥青胶浆粘度大幅提升。

4.结论

（1）水泥乳化沥青胶浆粘度随水泥含量的增多整体增大，其中当水泥含量为20%时，粘度突然有所减小，当水泥含量超过50%时，再增大水泥含量反而会使粘度降低。当水泥含量一定时，温度越高，水泥乳化沥青胶浆粘度越小，水化时间越长，胶浆粘度越大。

（2）从扫描电镜微观形貌图可以看出，水泥乳化沥青胶浆整个界面比较充实，水泥水化产生的C-S-H凝胶与破乳后的乳化沥青相互交织，形成稳定的三维网络结构，保证了胶浆体系的致密与稳定。且水泥含量越多，水泥水化时间越长，水泥乳化沥青胶浆体系的界面更致密，C-S-H凝胶分布更均匀。

参考文献References

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作者简介

苏连虎（1970-），男，山西石楼人，工程师，2005年毕业于北方交通大学公路工程管理专业。