手机版
|
水泥乳化沥青复合胶浆作为结合料在水泥乳化沥青混合料中起粘结作用，并将集料粘结成为一个整体，结合料的性能也在很大程度上决定了沥青路面的服务性能[1]。其中水泥乳化沥青复合胶浆的粘度是与水泥乳化沥青混合料力学行为联系最密切的一种性质。因此，研究水泥-乳化沥青复合胶浆的粘度对进一步研究水泥乳化沥青胶浆混合料的路用性能具有重要意义。
为了准确的分析水泥用量、拌和时间及温度对水泥乳化沥青复合胶浆粘度的影响，本文研究了在不同的水泥用量、不同的拌和时间及不同温度的条件下，水泥乳化沥青胶浆的粘度变化规律。
1原材料与试验方案
1.1原材料及配合比
本文所用乳化沥青为自制慢裂型阳离子乳化沥青，其性能指标如表1所示：
表1乳化沥青性能指标
水泥采用42.5的普通硅酸盐水泥，其性能指标如表2所示；
表2水泥性能指标
种类 比表面积／(m2/kg) 初凝时间／min 终凝时间／min 抗压强度／MPa 抗折强度／MPa
3d 28d 3d 28d
P·O42.5 3510 118 360 18.6 45.7 4.2 7.5
矿粉为石灰岩矿粉，比表面积为3300 m2/kg。胶浆采用固定粉胶比1：1，每组样品总质量为60g，即乳化沥青量为30g，水泥与矿粉质量之和为30g。试验具体配比方案如表3所示：
表3 水泥乳化沥青胶浆试样配比
1.2 试验原理
本试验采用Brookfield粘度计，属于旋转式粘度计。由电机经变速带动转子作恒速旋转。当转子在某种液体中旋转时，液体会产生作用在转子上的粘性力矩。液体的粘度越大，该粘性力矩也越大；反之，液体的粘度越小，则粘性力矩也越小。由传感器检测作用在转子上的粘性力矩，经计算机处理后可得出被测液体的粘度。
1.3 试验方法
本次试验采用SD-0625型沥青布氏旋转粘度计对水泥乳化沥青复合胶浆的粘度进行测定。本仪器属于数字式的粘度计，可以直接设定转子号及转速，并且采用微电脑技术对检测到的数据进行数字处理，观察3-digit LED的显示便可直接读出设定的转子号、转速、被测液体的粘度值及其满量程百分比值等内容。本仪器有四种转子（21、27、28、29号），和四种转速（5、10、20、50r/min），由此组成的各种组合，可以测量出测定范围内的各种液体的粘度值。粘度实验主要参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)T 0625进行。
2 粘度特征研究
粘度是指流体内部分子结构之间的引力形成内摩擦，在外部表现为抵抗流体流动的能力。 因此，它间接地反映了流体分子结构和分布状态。 沥青结合料的粘度与沥青混合料的施工温度及施工和易性能密切相关[2]。 在高于沥青软化点的温度范围内，沥青结合料主要体现了粘性流动的特性， 其中最为理想的流动形态是牛顿层流流体， 如图1所示：面积为A，相对距离为dx的两个液体平面以速度差dv相对移动时， 它们之间将产生抵抗内部流动的趋势和阻力，即剪应力。
图1牛顿流体的层流模型图
2.1 胶浆粘度随水泥含量变化趋势研究
图3为室温下水泥乳化沥青胶浆粘度随水泥用量变化的规律曲线。对比胶浆拌和1h和6h的变化曲线，可以看出随着拌和时间的延长，胶浆粘度总体呈增加趋势。且拌和6h的粘度曲线的增长不如1h时粘度曲线增长平缓。说明随着时间延长，胶凝材料粘度的增大随水泥含量增加的趋势越发明显。
同时，拌和时间1h曲线，随着水泥含量不断增加，直到水泥替代矿粉比例增加到50%前，胶浆的粘度曲线是上升的，但水泥替代矿粉比例超过50%的时候，粘度略有降低，之后粘度曲线开始继续上升。
a) 20℃时胶浆粘度随水泥含量变化曲线
b) 40℃时胶浆粘度随水泥含量变化曲线
c) 60℃时胶浆粘度随水泥含量变化曲线
图3 水泥含量对水泥乳化沥青胶浆粘度影响曲线
这是因为水泥水化消耗部分水分，分散介质体积分数减小，生成的水化产物，水泥水化产物会增加颗粒间的摩擦力，所以随着水泥含量的增加胶浆粘度曲线总体上呈上升趋势[3]。但是，部分水泥水化之后，产生水化热足够促使部分乳化沥青破乳，成为沥青薄膜，随机的粘附在未水化的水泥及水化产物上，隔断了水泥与水的“接触”，水化反应减慢，所以粘度明显降低。
2.2胶浆粘度随温度变化趋势研究
一般情况下，沥青粘度随温度变化而变化，近似的服从Arrhenius函数关系：
η=Ae-B/T（1）
式中： T——绝对温度
A、B——材料常数
由式1可知，在不参加水泥的情况下，乳化沥青的粘度是随着温度的升高而降低的。当掺加水泥之后，从图4中可以看出，温度的升高会促进水泥水化，生成水化产物，所以粘度会略有增高 [4]。图5胶浆拌和6h的粘度曲线变化比1h时更规律，特别是水泥含量为10%~40%的胶浆，说明随着时间的延缓，水泥含量小的胶浆中水泥水化已经基本完成，所以温度的升高随水泥水化的影响已经变小，变化趋于稳定。而水泥含量在50%~60%的胶浆，由于水泥含量较多，依然存在未水化的水泥，温度的升高为部分未水化的水泥提供水化条件，所以粘度仍然受温度影响。
图41h时温度对水泥乳化沥青 图56h时温度对水泥乳化沥
胶浆粘度影响曲线 青胶浆粘度影响曲线
2.3胶浆粘度随时间变化趋势研究
水泥乳化沥青胶浆分别在1h、6h、12h时的粘度测定结果见下表4。水泥乳化沥青胶浆粘度随着时间的延长而增加，且水泥含量越多胶浆粘度增长越多。因为随着时间的延长，水泥水化反应及沥青破乳的不断进行，越多的水分参与水泥水化反应，微观絮凝结构增多，胶浆粘度不断增加，同时乳化沥青破乳，恢复沥青本质，浆体逐渐丧失流动性[5]。
表4胶浆试样1h、6h、12h时的粘度（单位：pa·s）
注：**表示试样已凝固无法进行粘度测量。
3 结论
水泥替代矿粉比例增加到50%前，胶浆的粘度曲线是上升的，但水泥替代矿粉比例超过50%的时候，粘度略有降低，之后粘度曲线开始继续上升。
|
