硅烷偶联剂改善沥青与石料及水泥砂浆界面作用研究

光谱图的分析知道改性后的方解石粉和花岗岩粉 ,
第 2期
何 娟 , 等 :硅烷偶联剂改善沥青与石料及水泥砂浆界面作用研究
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2.2 硅烷偶联剂对沥青与水泥砂浆界面性能的影 响 折断后的水泥胶砂试块按试验方法 2.1.4方法
1至方法 6处理后粘结 , 分别测其 4 d、 10 d和 28 d 的抗折强度 , 试验结果见表 2。
谱分析 , 分析结果见图 2 ～图 5。 从图 2、图 3可以看出花岗岩 粉处理后在波数
2 935 cm-1处有一吸收峰 , 在 2 935 cm-1波数附近主 要为 CH2 的吸收带 [ 3] , 该吸收带是由石料表面引入
偶联剂结构中的有机长链所致 。
从图 4、图 5同样可以看出 , 处理后的方解石粉 在 2 935 cm-1处存在明显的 CH2 吸收带 。从以红外
烷偶联剂 , 研究硅烷偶联剂改性乳化沥青的性能 , 以 开发硅烷偶联剂在沥青道路工程中的应用 。
1 试验方法与试验材料
1.1 试验方法 a.硅烷偶联剂改性乳化沥青的制备 。 将试验选用的普通沥青预热到 140 ℃备用 , 阳
离子乳化剂 、稳定剂配制成水溶液 400 mL加热至 60 ℃备用 。 先将预热好的乳化剂水溶液加入 JM系 胶体磨中 , 然后将预热好的沥青均匀倒入胶体磨 , 乳 化 2 min后加入硅烷偶联剂 A, 再乳化 30 s后停机 , 将乳化好的乳化沥青放于塑料桶备用 。
以硅烷偶联剂溶液 A分别处 理砂粉和水泥净 浆粉 。对处理前后砂粉和水泥净浆粉做红外光谱分 析 , 分析结果见图 6 ～图 9。
偶联剂在它们表面形成了一层偶联层 , 再裹附沥青 后 , 偶联层中的有机基团与沥青中的有机基团发生 交联 , 因此增强了沥青与石料之间的粘附性 。
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中南公路工程
32卷
图 1 试验模型 Figure1 Modeloftheexperiment
③ 沥青与水泥砂浆粘结试块养护一定的龄期
后 , 以电动抗折试验机检测其抗折强度 。 1.2 试验材料
水泥 :珠江水泥厂有限公司生产的 42.5 P· Ⅱ 型硅酸盐水泥 ;细集料 :符合 GB/T17671— 1999的 中国 ISO标准砂 ;石料 :19.0 ～ 31.5 mm花岗岩及 方解 石碎 石 ;偶联 剂 :硅烷 偶联 剂 A;普通 沥 青 : AH70 — 2重交通道路石油沥青 (一级品 );普通乳化 沥青 :PA— 3乳化沥青 ;ML— 2型阳离子乳化剂 ;CaCl2 稳定剂 。
第2 0320卷7
,第 年
2期 4月
中 南公 路 工程 CentralSouthHighwayEngineering
Vol.32, No.2 Apr., 2 0 0 7
硅烷偶联剂改善沥青与石料及水泥砂浆界面作用研究
何 娟 1, 2 , 苏达根 1 , 张京锋1 , 钟小敏 1
(1.华南理工大学 特种功能材料教育部重点实验室 , 广东 广州 510640; 2.广州大学 土木工程学院 , 广东 广州 5 100 06)
[ 摘 要 ] 研究 了硅烷偶联剂对沥青与石料及水泥砂浆界 面的作 用 。 研究结 果表明 , 以不 同浓度 的硅烷 偶联 剂水溶液涂覆到水泥砂浆界面 , 再以乳化沥青和 普通沥青连接试件 , 其抗 折强度有所 提高 , 其中涂覆浓 度为 0.6% 的硅烷偶联剂抗折强度时可提高 20%;方解石和花岗岩石料浸泡硅烷偶联剂水 溶液后与 沥青的粘附 级数提高 , 其 中花岗岩石料更为明显 ;硅烷偶联剂改 性乳化沥青与矿料的粘附性优于对比普通乳化沥青 。
10 d抗折强度
1.53 1.70 1.61 1.71 1.75 1.73
28 d抗折强度
1.65 1.83 1.85 1.98 1.85 1.88
由表 2 可以看出, 水泥胶砂试块断面喷涂 0.2 % ～ 1.0%浓度的硅烷偶联剂 A后 , 沥青与水泥 砂浆粘结试块抗折强度有不同程度的提高 。 其中涂 覆 0.6 %硅烷偶联剂 A水溶液效果最好 , 28 d抗折 强度比空白试样提高 20%。
积达到 4/5以上 , 这可以说明不管硅烷偶联剂是先 在石材表面成膜 , 还是存在硅烷偶联剂改性乳化沥
青中 , 硅烷偶联剂在沥青 与石料之间均起到了 “桥
梁 ”的作用 , 增强了沥青与石料的粘附性能 , 其中花
岗岩的改性效果优于方解石 。
以硅烷偶联剂溶液 A分别处 理花岗岩粉和方
解石粉 。 对处理前后花岗岩粉和方解石粉做红外光
HEJuan1, 2 , SUDagen1, ZHANG Jingfeng1, ZHONG Xiaomin1 (1.KeyLabofSpeciallyFanctionalMaterialsofMinistryofEducation, SouthChinaUniversityof Technology, Guangzhou, Guangdong510640, China; 2.TheschoolofCivilEngineering, Guangzhou University, Guangzhou, Guangdong510006, China)
[ 关键词 ] 沥青 ;硅烷偶联剂 ;界面 [ 中图分类号 ] U416.217 [ 文献标识码 ] A [ 文 章编号 ] 1002— 1205(2007)02— 0023— 04
StudyonInterfacialEffectsofSilaneCouplingBetween AsphaltWithGraniteandCementMortar
2 试验结果与分析
2.1 硅烷偶联剂对乳化沥青与石料粘附性的影响 按 T0654 — 1993《乳化沥 青与矿料的粘附 性试
验 》 , 对表面未经偶联剂处理及经 过不同浓度硅烷
偶联剂处理的花岗岩碎石及方解石碎石在不同乳化
沥青中进行粘附性对比试验 , 试验结果见表 1。
表 1 偶联剂对乳化沥青与 石料的粘附性的影响 Table1 Silanecoupling'scohesivenesseffectbetweenemul-
[ Abstract] Theinterfacialeffectsofsilanecouplingbetweenasphaltwithgraniteandcementmortar werestudiedinthispaper.Accordingtostudy, thecementmortarcoatedwithdifferentconcentrationof thesilanecouplingsolutions, thenconnectedbysomeemulsificatedasphaltandasphalt, itsflexural strengthincrease.Aftercoatedbysilanecouplingsolutionof0.6% concentration, theflexuralstrengthof thetestpieceincreased20%;whengraniteandlimestonesoakedbysilanecouplingsolutions, thecohesivenessbetweengraniteandasphaltimprovedmuchmorethanthecohesivenessbetweenlimestoneand asphalt.Andthecohesivenessofsilanecouplingmodifiedasphaltaresuperioroverordinaryemulsifyasphalt.
[ Keywords] asphalt;silanecoupling;interface
硅烷偶联剂在性能上有许多独特之处 , 其分子 中存在着亲有机和亲无机的 2种功能团 , 从而架起 了无机材料与有机材料之间的桥梁 , 可以把 2 种不 同化学结构类型及亲和力相差很大的材料在界面连 接起来 。硅烷偶联剂在许多方面已经得到了应用 , 如用于金属表面防腐 、热塑性增强塑料的表面处理 、 填充物的表面处理 、密封剂 、树脂 、混凝土 、水交联性 聚乙烯 、树脂封装材料 、壳型造型 、轮胎 , 涂料 、胶粘 剂 、焊泥 等[ 1] 。 还 有把 硅烷 偶联剂 直接 加入 沥青 中 , 作为油石界面改性剂 [ 2] 。本文把硅烷偶联剂水 溶液喷涂于石料及水泥胶砂表面上 , 研究其对乳化 沥青粘结的影响 ;在制备乳化沥青的过程中加入硅
表 2 沥青与水泥砂浆粘结试块抗折强度
Table2 Rupturestrengthofcementmortaradhered
byasphalt
MPa
试验方法
方法 1 方法 2 方法 3 方法 4 方法 5 方法 6
4 d抗折强度
1.43 1.63 1.60 1.58 1.63 1.63
② 硅醇间发
sionasphaltandmineral
试 验 方 法
裹覆面积
水溶液浸泡花岗岩 (普通乳化沥青 ) 0.6%及 1%A水溶液浸泡花岗岩 (普通乳化沥青 ) 水溶液浸泡方解石 (普通乳化沥青 )
0.6%及 1% A水溶液浸泡方解石 (普通乳化沥青 ) 水溶液浸泡花岗岩 (偶联剂改性乳化沥青 )
[ 收稿日期 ] 2005 — 10— 19 [ 作者简介 ] 何 娟 (1977— ), 女 , 湖南郴州人 , 博士研究生, 讲师 , 主要从事土木工程材料的教学与研究 。
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b.乳化沥青与矿料的粘附性试验 。 按 T0654 — 1993《乳化沥青与矿料 的粘附性试 验 》进行 。取若干 19.0 ～ 31.5 mm的道路工程用碎 石颗粒 , 洗净置于烘箱中烘干 , 冷却后 , 取出碎石系 上细线或者金属丝 , 将其分为四组 , 取其中两组先放 进盛水烧杯中浸泡 1 min, 取出后再分别放置硅烷偶 联剂改性乳化沥青和普通乳化沥青中浸泡 1 min;另 外两组先分别在盛 0.6%、1% A硅烷偶联剂的水溶 液烧杯中浸泡 1 min, 取出再放置普通乳化沥青中浸 泡 1 min, 待 取出 石 料颗 粒 后放 在室 温 下悬 挂 20 min。将晾干后的石料颗粒浸入盛有 1 000 mL水的 烧杯中洗涤 , 水洗 3 min后用纸片粘出浮在水面上 的沥青膜 , 将石料提出水面 , 观察在石料表面裹附沥 青膜的面积 。 c.红外光谱分析 。 试样制备 :首 先烘干 砂粉 、花岗 岩粉 、方解石 粉 、水泥净浆粉 , 然后在恒温 100 ℃条件下边滴加偶 联剂边搅拌 , 冷却后用无水酒精反复冲洗 , 最后与溴 化钾一起研磨压制成片 。 红外光谱分析仪 :BRUKERVECTOR33。 d.沥青与水泥砂浆粘结试块抗折强度试验 。 ① 按照 GB/T17671 — 1999 水泥胶砂强度检验 方法成型 40 mm×40 mm×160 mm的水泥砂浆棱柱 体 , 养护 28 d龄期后在电动抗折试验机上折断 ; ② 把折断后的水泥胶砂试块分别以下述 6种 方法处理后粘结 : 方法 1:乳化沥青涂水泥胶砂试块断口表面后 , 再用热沥青粘结成完整的试件作为空白样 ;方法 2 至方法 6则分别指以 0.2 %、 0.4%、 0.6 %、 0.8% 及 1.0%的硅烷偶联剂 A涂水泥胶砂试块断口表面 后 , 等水分蒸发完毕以后 , 再往其断 面涂覆乳化沥 青 , 经过 20 min左右 , 等乳化沥青破乳以后 , 再涂覆 熔融的普通热沥青 , 最后两试块对接 。 对同一方法成 型的试样分别 测试其 4 d、 10 d 和 28 d的强度 。试验模型如图 1所示 。