水泥沥青砂浆的组成及反应机理外文翻译资料

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文献翻译：

结构和建筑材料

水泥沥青砂浆的组成及反应机理

摘要：

在沥青砂浆中采用水泥作为增强剂与乳化沥青混合使用，是为了改善交通繁忙的沥青混凝土的性能。但水泥和乳化沥青混合效果较差。因此，在阳离子乳化沥青（CEA）中胶束外部的隔离层F型超塑化剂（FSP）用于水泥沥青砂浆（CAM）。乳化沥青和水泥可以有效地混合，而不产生任何粘度破乳过程。羧甲基纤维素钠（CMC）被添加到混合胶泥中以改善和抑制沉降和分层。本研究旨在研究与FSP和CMC-Na混合成水泥-沥青砂浆有关的影响和反应机理。

1.介绍

水泥和沥青是混凝土和热混合物沥青的粘合材料。沥青混合料在热拌沥青混凝土中混合时，水泥通常用作填料或添加剂，以提高沥青混合料的抗水性^{[ 1～3 ]}。为了提高重载交通沥青混凝土的性能，Takamura 和Heckmann^[4]在沥青中添加3%丁苯胶乳来提供优良的抗车辙性能。宋等人的研究，对沥青改性的砂浆试验研究乳化沥青与各种聚合物–水泥比例配制，并测试强度，附着力，吸水性，水的渗透、碳化和氯离子穿透。发现防水、抗碳化和氯离子渗透性–沥青改性焦油随着聚合物-水泥比的增加而显著提高，抗压强度和粘结砂浆基材随着聚合物–水泥比的增加而降低。因此，建议在实际应用中控制其聚合水泥比小于10%，建议提高其抗压强度和附着力^[5]。

水泥作为加强剂可用于混合乳化沥青作为沥青混凝土。但水泥和乳化沥青混合效果较差。水泥和乳化沥青可以结合，因为后者含有使水泥水化的水。CAM以高效减水剂为介质，沥青乳液与水泥直接混合，未发生乳化沥青破乳和还原。CAM是乳化沥青、水泥和F型高效减水剂混合物的发现。

因此，结合水泥和乳化沥青，证明沥青混凝土的强度和耐久性材料性能^[6—8]。获得了CAM改性沥青混凝土的抗压强度和马歇尔稳定值。热拌沥青混凝土的抗压强度约为3000 kPa；CAM改性沥青混凝土的1天和28天抗压强度分别约为4000 kPa和9000 kPa。热混合沥青混凝土的马歇尔稳定值约为10000 N；CAM改性沥青混凝土1天和28天的马歇尔稳定值分别为25000 N和70000 N ^{[ 9 ]}。

水泥吸收乳化沥青中的水分，乳化沥青中胶束间的空隙减少，胶束间的电吸引力和碰撞概率增大，并且使沥青胶束结合的可能性增大。乳化沥青中的水分损失伴随着乳化沥青的逐步破乳反应和乳化沥青的恢复，进一步降低了可加工性。当水泥与水混合形成水泥浆体，然后与乳化沥青混合时，由于水泥浆体呈碱性，乳化沥青中的乳化剂变得不稳定。然后这种乳化沥青进行破乳反应，破坏乳化沥青中的沥青胶束，然后聚集成沥青球并漂浮。因此，浆料密封与水泥和乳化沥青的混合需要额外的水并在乳化沥青破乳和恢复之前快速混合。所需的水泥量有一定的限制，以减少早期破乳和恢复（水泥/乳化沥青620％）^[10,11]。 日本用于板式轨道的水泥沥青砂浆也将水泥与乳化沥青混合。在混合之前，必须加水。然后加入外加剂和砂子混合，生成水泥/乳化沥青比约0.5的水泥沥青砂浆^[12,13]。与本研究中CAM（水泥/乳化沥青P1）的水泥含量相比，加入到乳化沥青中的水泥用量增加了约200％。这里的CAM不需要额外的水来混合。而且，低的水灰比将提高CAM强度。

图1. (a) CEA的破乳和恢复. (b) CAM 湿混合料的失效. (c) CAM的沉降和分层

由于过量的水泥会导致乳化沥青的破乳和回收（图1a），因此限制混合浆料密封和水泥砂浆时使用的水泥量是很重要的。当水泥，水和乳化沥青混入水泥中时，当乳化液的pH变为碱性时，乳化沥青变得不稳定，破坏了沥青胶束并导致破乳和修复^[8]。比重差异导致修复的沥青结合料浮在样品上方（图1b）。当FSP加入到水泥和乳化沥青的混合物中时，水泥和沥青比重的差异会引起分层，水泥和沥青会因沉淀而分离（图1c）。因此，为了使水泥和乳化沥青的混合更加均匀，首先将FSP与CEA混合，使得CEA中的沥青胶束外围与FSP分子相连，并且CEA防止破乳^[14-16]。

FSP可降低CAM粘度、材料界面间的表面张力和界面能，并稳定材料间的界面附着。因此，FSP可以提高乳化沥青在胶泥中的稳定性，延长乳化沥青的破乳时间。然而，使用FSP降低CAM粘度会导致胶泥的沉降和分层（图1c）。为了解决这个问题，CAM与1％CMC-Na混合以抑制胶乳分层。

为了阐明FSP对CEA的影响，对用FSP处理过的CEA进行了zeta;电位测试。处理后的CEA样品必须用去离子水稀释成低浓度溶液。然而，经处理的去离子水中的CEA中的沥青胶束由于扩散而破裂，因为稀释溶液的乳化浓度低。该研究表明，当使用1％聚乙烯醇（PVA）稀释时，溶液粘度和稀释溶液中沥青胶束的稳定性得到改善。此外，PVA是一种非离子聚合物，因此不会引起电气干扰或影响测试精度^[17]。

为了研究CMC-Na对CAM沉降和分层作用的影响，本研究使用C / A = 0.6，FSP / A = 0.05和1％CMC-Na / A = 0.1来生成圆柱形CAM样品，从而证实CMC -Na改进了新的CAM沉降和分层。 本调查还讨论了C / A比率对CAM粘度的影响，后者又决定了沉降和分层。

2.测试材料和准备

2.1测试材料

CAM包含I型波特兰水泥，速凝阳离子乳化沥青和FSP。 CMC-Na抑制CAM的沉降和分层。 表1列出了这些材料的规格。

2.2测试准备

表2列出了混合比例。 利用zeta;电位来确定可影响CEA胶束稳定性的FSP的量，以及CAM的粘度，沉降和分层。 基于zeta;电位结果，选择主动沉降和分层的混合比来阐明抑制CAM沉降和CMC-Na分层的结果。 CAM属性的测试结果描述如下。 表3给出了测试规范。

Table 1

Specifications for component of CAM.

^a Please refer to Section 3.3 for test methods and formula.

3.结果与讨论

3.1zeta;电位和破乳

CAM的混合质量由CEA破乳率确定。 如果在混合完成之前发生破乳反应，则CEA中的沥青胶束得以恢复

图2. 胶束zeta;电位的解释和定义

CAM的混合质量由CEA破乳率确定。 如果在混合完成之前发生破乳反应，则CEA中的沥青胶束会恢复并聚集成沥青砂浆，并与未完成的胶粘剂结合，急剧增加混合材料的粘度，降低可加工性（图1a）。 因此，CEA中的沥青胶束在混合过程中应保持完整，以确保良好的CAM质量和可使用性。 胶束在乳液中的稳定性与zeta;电位直接相关，这样囊泡之间的电排斥随着zeta;电位的增加而增加; 因此，胶束稳定。 图2定义了zeta;电位。

Derjaguin，Landau，Verwey和Overbeek（DLVO）使用De-bye-Huuml;ckel近似将Poisson-Boltzmann方程线性化。 当胶束粒子的直径明显大于双电层的厚度时，下列等式适用^[18-21]

ε是介质的介电常数; a是粒子的半径（nm）; w0是颗粒表面上的电势（mV）; 1 / K是双电层的厚度（nm）; H是粒子表面之间的最小距离（lm）; A是介于10^-12 –10^-13 erg的 Hamaker常数;。

上述方程表明胶束颗粒的高电位与高电排斥力有关。

zeta;是zeta;电位（mV）; delta;是双电层的厚度（nm）; sigma;是尾层的电荷（C / m）; D是溶液的介电常数^[22]。

在delta;和sigma;处zeta;的正比关系可以从方程（2）和（3）得到。 因此，随着负zeta;电位的增加，附着于乳化沥青胶束表面的FSP分子的数量增加。由于乳化沥青胶束之间的VR（电排斥力）增加，分散颗粒之间的电排斥增加; 因此，胶束稳定性也增加。

图3.zeta;电位测试的趋势

图4.将FSP加入CEA和混合后的絮凝

图3绘制了从测试中获得的zeta;电位。对于FSP /沥青乳液（FSP / A）= 1％，zeta;电势趋于零。随着FSP数量的增加，当FSP / A = 3％时，负zeta;电位增加到最大负值。附着于胶束的FSP的量随着负zeta;电位而增加。 当尾层完全附着FSP时，附着在内部双电层上的附加FSP被吸引到阳离子上。由于被吸引的阳离子位于胶束的外层，zeta;电位变正。

CEA乳化剂的亲水头在水溶液中呈正电荷; FSP也会在水中产生自由基[23,24]。在最初的混合过程中，FSP被吸引到沥青胶束的双电层的正电场。当混合尚未完成时，一些FSP分子完全附着到胶束外层，并且胶束带负电。由于FSP尚未与某些乳化沥青胶束完全结合，由于正电场和负电场之间的相互吸引，一些胶束保持正电荷并引起絮凝（图4）。絮凝后，继续混合并分解絮凝物，使FSP分子保持附着在CEA胶束的外层。当乳化沥青胶束的外部被完全吸引到FSP并且具有均匀的电荷时，乳液中的胶束均匀地散射并产生稳定的乳液（图5）。

如上所述，FSP具有与聚合物单元相同数量的; 因此，FSP的水合分子携带多价阴离子。当这些阴离子附着到胶束表面以形成双电层时，高密度离子场增加了zeta;电势。高zeta;电位扩展了双电层，在强电场中稳定。因此，由于zeta;电位高，添加的FSP不仅作为乳化稳定剂起作用，而且烷基的FSP长链在胶束表面形成空间屏障，有效地将水泥与乳化沥青胶束分离并防止由于水泥和乳化沥青胶束之间的接触所产生的破乳^[25-27]。CAM稳定性主要与高zeta;电位和胶束表面上的空间障碍的形成有关。

3.2粘性

糊粘度决定了混凝土的可加工性。当粘度太低时，骨料外面的浆体太薄，骨料粘结不好，明显降低了混凝土的强度。当粘度过高时，骨料之间的剪切力也过大;因此混合施工不能顺利进行^{[28-30] 全文共12522字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料}

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