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原文传递新拌水泥乳化沥青胶浆流变性能研究

论文题名：	新拌水泥乳化沥青胶浆流变性能研究
关键词：	水泥乳化沥青胶浆;流变性能;黏度预测;屈服应力;悬浮体
摘要：	新拌水泥乳化沥青（Cement-asphalt emulsion，简称CA）胶浆的流变性能决定了CA砂浆是否具有良好的流动性和均质性，是CA砂浆成功施工的关键。在施工过程中，CA砂浆容易出现离析、泌水、乳化沥青破乳过快等现象，进而影响其使用性能。产生这些现象的原因在于新拌 CA胶浆不具有良好的流变性能，无法稳定砂粒和保持一定的可工作时间。因此，如何控制新拌 CA胶浆的流变性能，了解新拌 CA胶浆流变性能发展及其相关机理是解决 CA砂浆施工问题的关键。鉴于此，本文开展了新拌 CA胶浆的黏度预测、屈服应力与黏度的关系、屈服应力和黏度的影响因素、触变性和胶浆黏度发展与水泥乳化沥青相互作用的关系等方面的研究。　　基于悬浮体流变学相关理论，分析了悬浮体的屈服应力和黏度的影响因素，确定了可用于研究新拌 CA胶浆黏度和屈服应力的黏度预测模型和屈服应力预测模型。分析了CA胶浆流变性能对 CA砂浆的均质性和流动性的影响，提出了基于浆体的黏度和屈服应力的灌注用CA胶浆的设计原理。分析表明：为保证CA砂浆具有良好流动性且能抵抗砂沉降，CA胶浆应具有一定的屈服应力和较低的塑性黏度。　　以悬浮体的黏度预测模型为基础，对不同乳化沥青与水泥质量比（AE/C）的CA胶浆的黏度进行试验预测研究，在此基础上，提出了任意给定 AE/C的CA胶浆的黏度预测模型及相应公式。在该模型中，CA胶浆的黏度可由CA胶浆的粒子体积分数、粒子最大填充率和调整系数b确定。CA胶浆的粒子最大填充率由沥青所占水泥—沥青体系的体积分数决定。阴离子型 CA胶浆和阳离子型CA胶浆的调整系数b取值分别为0.6和0.4。该模型能对任意给定AE/C的CA胶浆黏度进行简单且可靠的预测。　　在CA胶浆黏度和屈服应力预测的基础上，建立了不同AE/C的新拌CA胶浆黏度和屈服应力的关系，并结合灌注用CA胶浆的流变性能设计原理，分析了CA胶浆黏度和屈服应力关系的缺点。为改善 CA胶浆黏度和屈服应力的关系，研究了CA胶浆黏度和屈服应力的影响因素。结果表明：相比水泥胶浆，在相同的黏度下，CA胶浆的屈服应力很低，砂在CA胶浆中容易发生静态沉降。乳化沥青的稳定性影响 CA胶浆塑性黏度随时的增长，减水剂用量影响 CA胶浆屈服应力的增长速率，两者均影响 CA砂浆的可工作时间。而增稠剂可以大大改善CA胶浆的屈服应力，是CA砂浆均质性的关键。　　在分析滞回环法，剪切速率衰减法和结构系数法对 CA胶浆触变性评价不足的基础上，提出了以初始结构系数和结构系数增长速率评价了CA胶浆的絮凝结构形成过程，以解絮特征时间评价 CA胶浆的解絮凝速率的触变性评价方法，并采用该方法揭示了CA胶浆触变性特征。CA胶浆的触变性研究表明：CA胶浆的絮凝结构形成速率随着AE/C的增大而变慢，但CA胶浆的解絮特征时间长于水泥胶浆，且在静置5min前有明显增加。水泥胶浆的平衡剪切应力在一定的静置时间内不发生变化，但 CA胶浆的平衡剪切应力会随着静置时间的延长而改变。　　采用凝结时间、水化热和XRD分析了乳化沥青对水泥水化作用的影响，采用激光粒度仪、光学显微镜分析了CA胶浆中乳化沥青的破乳过程，结合 CA胶浆黏度的增长，阐明了CA胶浆黏度增长、水泥水化过程、乳化沥青破乳过程三者之间的关系。结果表明：乳化沥青对水泥水化产生了缓凝作用主要在于乳化剂对水泥水化具有缓凝作用；水泥水化是乳化沥青破乳的诱因，但不完全主导乳化沥青的破乳速度。乳化沥青破乳过程中沥青颗粒粒径的增大和沥青颗粒形貌的改变将导致CA胶浆黏度的增大。因此，CA胶浆的黏度可以做为评价CA胶浆中乳化沥青的破乳过程的指标。　　以上研究提出了不同AE/C的新拌CA胶浆的黏度预测模型，揭示了CA胶浆流变特性、触变性、黏度发展及其机理，为 CA砂浆及CA复合材料的设计和施工提供了理论依据和参考。
作者：	欧阳剑
专业：	道路与铁道工程
导师：	谭忆秋
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文