水泥-乳化瀝青漿體微結構測試技術概述

胡月華 朱文婷

(1.蘇州科技大學 山東 濟南 215009；2.江蘇地華實業集團有限公司 江蘇 南京 210041)

水泥基材料是一種傳統的土木工程材料，與水作用后硬化而產生一定強度，具有抗壓強度高、耐久性較好及價格低廉等諸多優點，廣泛應用于建筑、道路和橋梁等建設工程領域[1]。然而，由于水泥基材料是一種脆性材料，具有抗壓不抗拉的特點，在使用的過程中容易形成較大且不易修復的裂縫，導致水泥基材料性能失效，極易對整體造的結構性造成致命破壞；瀝青作為一種柔韌性較好的有機材料，具備一定的彈性變形能力，使得瀝青路面具有一定的減振功能。但是由于瀝青材料的抗壓強度較低[2]，近年來，隨著全國道路交通量日益的增加，超載的現象越來越嚴重，從而導致由于瀝青抗壓能力不足而造成的結構破壞問題更加突出。

綜上所述，雖然水泥強度足夠高，但是韌性很差，非常容易導致脆性破壞；瀝青柔韌性較好，但抗壓強度遠低于水泥基材料，將兩者結合起來，則可克服兩種材料的缺點，制備一種“剛柔并濟”的復合材料。

一、X射線衍射分析(XRD)

X射線衍射是一種晶體檢測方法，當X射線打在一定規律排布的晶體上后會產生衍射圖譜，衍射圖譜反映了其內部原子的排列信息[3]。由于不同晶體排列方式不同，因此衍射圖譜在衍射峰數目、角度位置、相對強度以及衍射峰形上會出現差異，可以通過衍射圖譜大致確定晶體的種類及含量，從而定性研究出樣品的物相組成部分。

圖1為不同A/C(陽離子乳化瀝青與水泥的質量比)CA漿體1d齡期的XRD圖譜。可以看出水化產物Ca(OH)2的衍射峰的強度隨著A/C的增加有明顯的下降趨勢，而未水化的水泥熟料C3S及C2S隨著A/C的增加而增加，進一步表明乳化瀝青抑制了水化產物的形成。

圖1 CA漿體1d齡期下的XRD圖譜

二、XPS

硅氧四面體是C-S-H凝膠的基本組成單元，隨著水泥水化的不斷進行，孤立的硅氧四面體通過橋氧進行聚合，從而形成長鏈。為了探究乳化瀝青對水泥水化產物C-S-H凝膠中硅氧四面體聚合程度的影響，通過X射線光電子能譜技術檢測凈漿和CA漿體中O1s的結合能，從而闡明乳化瀝青對C-S-H凝膠產量的影響規律。

圖2顯示了乳化瀝青對C-S-H凝膠中硅氧四面體O1s的XPS圖譜的影響，由圖可知：當水泥漿體中摻入乳化瀝青后，O1s的結合能峰強有減弱的趨勢。由于硅氧四面體中橋氧的結合能大于非橋氧的結合能[4]，可知水泥凈漿的橋氧數量明顯大于CA漿體的橋氧數量。隨著水化的進行，C-S-H凝膠中硅氧四面體小晶核逐漸生長成長鏈，對其起到連接作用的橋氧數目增多，硅氧四面體聚合度隨之增大，說明乳化瀝青使水泥水化得到延緩，C-S-H凝膠生成受到阻礙。

圖2 乳化瀝青對水化1d的水泥漿體中O1sXPS圖譜的影響

三、紅外

紅外光譜分析是水泥基材料重要的分析方法，測試紅外光譜所出現的吸收帶位置、強度和形狀，通過分析材料中分子的振動類型，可以確定各種振動吸收峰，最終推斷物質結構[5]。

圖3為不同A/C對CA漿體FTIR譜圖的影響。其中960cm-1左右的峰為硅酸鹽中Q2(與兩個獨立的硅氧四面體相連的硅氧四面體)的Si-O伸縮振動峰。可以看出：(1)在同一齡期下，隨著A/C值的增大，CA漿體中Si-O鍵所對應的峰值向低波數發生微弱的偏移，水泥凈漿的Si-O鍵伸縮振動峰的波數為960cm-1，而當A/C值達到0.45時，CA漿體的Si-O鍵伸縮振動峰的波數減少至954cm-1；(2)Si-O鍵的伸縮振動峰值強度及峰面積隨著A/C的增加逐漸下降。已有研究表明，如果C-S-H凝膠中的Si-O鍵伸縮振動峰向著更高的波數移動，就表明硅酸鹽更多地發生了聚合，由此推斷CA漿體C-S-H凝膠中的硅氧四面體聚合度更低，說明乳化瀝青阻礙了硅酸鹽的聚合，硅氧四面體長鏈難以形成，C-S-H凝膠的生成量量隨A/C的增加而降低，即乳化瀝青一定程度上阻礙了水泥的水化過程。

圖3 乳化瀝青對水化1d的水泥漿體FTIR譜圖的影響

四、壓汞法(MIP)

壓汞法是目前常用的表征水泥基材料孔隙的方法，由于汞為液態金屬，與硬化漿體的接觸角大于90°，不能潤濕水泥表面，則可以通過增壓將液態汞壓入水泥基材料的孔隙中。汞能夠通過相互連通的孔隙進入到漿體內，漿體的孔徑越小，所需的壓力也就越大。本節采用壓汞法研究凈漿和A/C=0.45的CA漿體的內部孔隙，探討了乳化瀝青的加入對水泥漿體孔徑分布和累積孔體積的影響。

圖4 乳化瀝青對水化1d水泥漿體孔徑分布的影響

圖4為乳化瀝青對水化1d水泥漿體孔徑分布的影響。根據孔徑分布圖發現，兩種漿體都有一個明顯的峰，最高峰值對應的孔徑為最可幾孔徑，即出現幾率最大的孔徑，最可幾孔徑越大，平均孔徑也隨之越大。可以看出CA漿體的峰值向孔徑較大的方向偏移，即CA漿體的平均孔徑尺寸大于水泥凈漿。

五、結語

綜上，乳化瀝青的加入使水泥水化程度降低，使硅氧四面體的聚合度降低，生成受阻；乳化瀝青降低了C-S-H凝膠的生成，水化產物的生成受到抑制；乳化瀝青使水泥砂漿的最可幾孔徑增大，孔隙率和孔隙尺寸都有一定程度的增大，進一步證明了乳化瀝青阻礙了水化產物的形成，水泥漿體內的孔隙難以被填充。