水泥-乳化沥青浆体微结构测试技术概述

2020-09-17胡月华朱文婷

福建质量管理 2020年17期

胡月华朱文婷

(1.苏州科技大学山东济南 215009；2.江苏地华实业集团有限公司江苏南京 210041)

水泥基材料是一种传统的土木工程材料，与水作用后硬化而产生一定强度，具有抗压强度高、耐久性较好及价格低廉等诸多优点，广泛应用于建筑、道路和桥梁等建设工程领域[1]。然而，由于水泥基材料是一种脆性材料，具有抗压不抗拉的特点，在使用的过程中容易形成较大且不易修复的裂缝，导致水泥基材料性能失效，极易对整体造的结构性造成致命破坏；沥青作为一种柔韧性较好的有机材料，具备一定的弹性变形能力，使得沥青路面具有一定的减振功能。但是由于沥青材料的抗压强度较低[2]，近年来，随着全国道路交通量日益的增加，超载的现象越来越严重，从而导致由于沥青抗压能力不足而造成的结构破坏问题更加突出。

综上所述，虽然水泥强度足够高，但是韧性很差，非常容易导致脆性破坏；沥青柔韧性较好，但抗压强度远低于水泥基材料，将两者结合起来，则可克服两种材料的缺点，制备一种“刚柔并济”的复合材料。

一、X射线衍射分析(XRD)

X射线衍射是一种晶体检测方法，当X射线打在一定规律排布的晶体上后会产生衍射图谱，衍射图谱反映了其内部原子的排列信息[3]。由于不同晶体排列方式不同，因此衍射图谱在衍射峰数目、角度位置、相对强度以及衍射峰形上会出现差异，可以通过衍射图谱大致确定晶体的种类及含量，从而定性研究出样品的物相组成部分。

图1为不同A/C(阳离子乳化沥青与水泥的质量比)CA浆体1d龄期的XRD图谱。可以看出水化产物Ca(OH)2的衍射峰的强度随着A/C的增加有明显的下降趋势，而未水化的水泥熟料C3S及C2S随着A/C的增加而增加，进一步表明乳化沥青抑制了水化产物的形成。

图1 CA浆体1d龄期下的XRD图谱

二、XPS

硅氧四面体是C-S-H凝胶的基本组成单元，随着水泥水化的不断进行，孤立的硅氧四面体通过桥氧进行聚合，从而形成长链。为了探究乳化沥青对水泥水化产物C-S-H凝胶中硅氧四面体聚合程度的影响，通过X射线光电子能谱技术检测净浆和CA浆体中O1s的结合能，从而阐明乳化沥青对C-S-H凝胶产量的影响规律。

图2显示了乳化沥青对C-S-H凝胶中硅氧四面体O1s的XPS图谱的影响，由图可知：当水泥浆体中掺入乳化沥青后，O1s的结合能峰强有减弱的趋势。由于硅氧四面体中桥氧的结合能大于非桥氧的结合能[4]，可知水泥净浆的桥氧数量明显大于CA浆体的桥氧数量。随着水化的进行，C-S-H凝胶中硅氧四面体小晶核逐渐生长成长链，对其起到连接作用的桥氧数目增多，硅氧四面体聚合度随之增大，说明乳化沥青使水泥水化得到延缓，C-S-H凝胶生成受到阻碍。

图2 乳化沥青对水化1d的水泥浆体中O1sXPS图谱的影响

三、红外

红外光谱分析是水泥基材料重要的分析方法，测试红外光谱所出现的吸收带位置、强度和形状，通过分析材料中分子的振动类型，可以确定各种振动吸收峰，最终推断物质结构[5]。

图3为不同A/C对CA浆体FTIR谱图的影响。其中960cm-1左右的峰为硅酸盐中Q2(与两个独立的硅氧四面体相连的硅氧四面体)的Si-O伸缩振动峰。可以看出：(1)在同一龄期下，随着A/C值的增大，CA浆体中Si-O键所对应的峰值向低波数发生微弱的偏移，水泥净浆的Si-O键伸缩振动峰的波数为960cm-1，而当A/C值达到0.45时，CA浆体的Si-O键伸缩振动峰的波数减少至954cm-1；(2)Si-O键的伸缩振动峰值强度及峰面积随着A/C的增加逐渐下降。已有研究表明，如果C-S-H凝胶中的Si-O键伸缩振动峰向着更高的波数移动，就表明硅酸盐更多地发生了聚合，由此推断CA浆体C-S-H凝胶中的硅氧四面体聚合度更低，说明乳化沥青阻碍了硅酸盐的聚合，硅氧四面体长链难以形成，C-S-H凝胶的生成量量随A/C的增加而降低，即乳化沥青一定程度上阻碍了水泥的水化过程。

图3 乳化沥青对水化1d的水泥浆体FTIR谱图的影响

四、压汞法(MIP)

压汞法是目前常用的表征水泥基材料孔隙的方法，由于汞为液态金属，与硬化浆体的接触角大于90°，不能润湿水泥表面，则可以通过增压将液态汞压入水泥基材料的孔隙中。汞能够通过相互连通的孔隙进入到浆体内，浆体的孔径越小，所需的压力也就越大。本节采用压汞法研究净浆和A/C=0.45的CA浆体的内部孔隙，探讨了乳化沥青的加入对水泥浆体孔径分布和累积孔体积的影响。