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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硅烷偶联剂对复合沥青混合料路用性能的影响
Effects of Silane Coupling Agent on Road Performances of Composite Asphalt Mixtures
WANG Zhen-jun , WANG Rui , XIAO Jing-jing , WANG Xiao
(School of M a te rials Science & Engineering , Chang' an Univ ersity , Xi' an 710061 , China)
表 1 乳化沥青蒸发残留物性能
针入度
延度
软化点 溶解
(25 ℃, 100 g , 5 s)/(0 .1 mm) (15 ℃)/ cm (环球法)/ ℃ 度/ %
91
55
47
99 .1
2)水泥 :42 .5R 普通硅酸盐水泥 , 密度为 3 .101 g · cm -3 , 3CaO · SiO 2 含量 49 .12 %, 2CaO · SiO 2 为 25 .41 %, 3CaO · A l2O 3 为 10 .39 %, 4CaO · A l2 O3 ·F e2 O 3 为 9 .57 %, 其它为 5 .51 %, 主要物理 及力学性能见表 2 。
42Biblioteka 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 32 卷
料组成 , 其相互作用能力即粘附性大小在很大程度 上决定了沥青混合料的路用性能[ 1-2] , 其改善程度已 成为道路工程界的研究重点[ 3] , 因为粘附性是混合 料抵抗水破坏的基础[ 4] , 而且粘附性大小直接影响 沥青混合料的强度 、稳定性 、耐久性等[ 5] ;但是由于 酸性石料的表面有较强的亲水性 , 它和油性的沥青 粘附不牢 , 故在雨水 、地下水及雪水的作用下 , 沥青 容易从石料表面剥落 , 从而导致高速公路的破坏 , 即 为水损害[ 6] 。水损害已成为高等级公路早期破坏最 主要的原因之一[ 7-8] 。 目前解决这一问题的主要办 法是在沥青中加入沥青抗剥落剂 , 市场上的沥青抗 剥落剂目前大多为碱类物质 , 如石灰和水泥等 , 以及 胺类物质 , 如季铵盐 、多乙烯多胺与甲醛 、苯酚的缩 合物 、简单胺类及其盐等 。 由于胺类物质遇热易分 解 , 而石灰等在酸性石料表面仅发生物理吸附[ 9] , 所 以长期效果较差 , 且性能和质量变化较大[ 10] 。
硅烷偶联剂改善沥青与石料及水泥砂浆界面作用研究
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-
[ 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
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 。 1.42.5 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 。
HEJuan1, 2 , SUDagen1, ZHANG Jingfeng1, ZHONG Xiaomin1 (1.KeyLabofSpeciallyFanctionalMaterialsofMinistryofEducation, SouthChinaUniversityof Technology, Guangzhou, Guangdong510640, China; 2.TheschoolofCivilEngineering, Guangzhou University, Guangzhou, Guangdong510006, China)
硅烷偶联剂对桥面防水粘结层性能改善的试验研究
硅烷偶联剂对桥面防水粘结层性能改善的试验研究摘要：为解决水泥混凝土桥面铺装层间粘结薄弱的问题，本文就硅烷偶联剂对桥面防水粘结层性能改善效果开展了试验研究，试验结果表明：采用硅烷偶联剂作为防水粘结层底涂剂能够有效地改善层间粘结性能，而且还能够很好地抵御防水粘结层的水损害。
关键词：硅烷偶联剂；底涂剂；层间粘结一、硅烷偶联剂的定义及反应机理硅烷偶联剂(简称硅烷)是由硅氯仿()和带有反应性基团的不饱和烯烃在铂氯酸催化下加成，再经过醇解而得的具有特殊结构的低分子有机化合物，其一般形式为。
式中X为可水解基团,与无机物表面有较好的反应性，典型的有氯基和烷氧基；R为非水解的有机官能团，根据高分子聚合物的不同性质，R与聚合物分子有较强的亲和力或反应能力, 如甲基、乙烯基、氨基、环氧基、巯基、甲基丙烯酰氧基等[1]。
硅烷接触空气中或无机物表面的水分后发生水解，经脱水缩合后形成低聚结构；这种低聚物再与无机材料表面的羟基形成氢键，通过加热干燥等进一步反应形成部分共价键，最终使无机材料表面被完全覆盖，整个化学反应过程,如图1所示[2]。
图1硅烷的化学反应过程图二、硅烷偶联剂的的产品介绍和使用方法2.1 试验选用的通用型硅烷偶联剂其主要性能指标，如表1所示。
表1硅烷偶联剂主要技术指标2.2使用方法[3-4]：将硅烷偶联剂用水和乙醇配成很稀的溶液(质量分数为0.5%～2%)作为底涂剂，以喷雾的方式预留在混凝土基体表面上，使之形成一个非常薄的覆盖层（最理想的膜厚一般小于25.4×10-4mm）。
待基面风干后刷涂SBS 改性沥青，然后铺装沥青混合料成型复合试件。
三、硅烷偶联剂对防水粘结层的性能改善研究3.1硅烷偶联剂最佳用量的确定界面采用原状混凝土表面，喷洒不同剂量的硅烷偶联剂做为底涂层，粘结层材料采用热喷SBS改性沥青，用量为1.8kg/m2，加铺AC-20沥青混合料成型复合试件，然后进行直剪和拉拔试验，试验温度25℃[5]，试验结果如表2所示。
硅烷偶联剂在复合水泥砂浆中的应用研究
硅烷偶联剂在复合水泥砂浆中的应用研究下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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硅烷偶联剂改善沥青与石料及水泥砂浆界面作用研究
硅烷偶联剂改善沥青与石料及水泥砂浆界面作用研究
第六图书馆
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。
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。
沥青 硅烷偶联剂 界面中南公路工程何娟
苏达根 张京锋 钟小敏 [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5100062007第六图书馆
第六图书馆
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第六图书馆。
混凝土中掺加硅烷偶联剂的效果及试验方法
混凝土中掺加硅烷偶联剂的效果及试验方法一、前言混凝土是建筑工程中不可或缺的材料之一，其质量直接关系到建筑物的安全和寿命。
然而，由于混凝土中存在着较多的孔隙和裂缝，使得其力学性能和耐久性较差，容易受到外界环境的影响。
因此，为了提高混凝土的力学性能和耐久性，掺加硅烷偶联剂成为了一种有效的途径。
二、硅烷偶联剂的作用硅烷偶联剂是一种能够与混凝土中的水泥基材料表面反应，并在表面形成一层亲水性和化学惰性的保护层的有机硅化合物。
这层保护层能够填补混凝土中的孔隙和裂缝，增加混凝土的密实度和强度，提高混凝土的抗渗性、耐久性和耐化学腐蚀性。
三、硅烷偶联剂的种类硅烷偶联剂按其化学结构可以分为有机硅偶联剂和无机硅偶联剂两类。
有机硅偶联剂是以有机基团为主要结构，例如3-甲氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷等。
无机硅偶联剂则是以无机硅氧基团为主要结构，例如甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷等。
四、试验方法1.试验材料水泥、砂、石、水、硅烷偶联剂。
2.试验步骤（1）混凝土的配制：按照常规的混凝土配合比，将水泥、砂、石和水按照一定比例混合搅拌，制成混凝土试块。
（2）硅烷偶联剂的掺加：将硅烷偶联剂按一定比例掺加到混凝土中，在混凝土中均匀分散。
（3）混凝土的养护：将混凝土试块放置在标准养护室中，进行养护，养护时间为28天。
（4）试验方法：① 强度试验：在混凝土试块的养护期结束后，进行强度试验。
按照国家标准进行混凝土抗压强度试验和抗拉强度试验。
② 耐久性试验：在混凝土试块的养护期结束后，进行耐久性试验。
按照国家标准进行混凝土的抗渗试验和耐化学腐蚀试验。
五、试验结果分析硅烷偶联剂的掺加可以提高混凝土的力学性能和耐久性。
在进行强度试验时，硅烷偶联剂掺加的混凝土试块的抗压强度和抗拉强度均明显高于未掺加硅烷偶联剂的混凝土试块。
在进行耐久性试验时，硅烷偶联剂掺加的混凝土试块的抗渗性和耐化学腐蚀性均明显优于未掺加硅烷偶联剂的混凝土试块。
有机硅在沥青混合料中的应用有哪些
有机硅在沥青混合料中的应用有哪些沥青混合料是公路施工中经常用到的一种材料，主要由沥青和矿料组成。
在矿料中添加适量的石粉、沙子等材料，可以使沥青混合料的强度和耐磨性得到显著提升。
然而，随着交通工具的逐渐增多，人们对道路的要求也越来越高。
为了满足这一需求，科学家们开始研究如何在沥青混合料中添加其他的材料来提高其性能。
有机硅因其优良的特性被广泛应用于沥青混合料中，本文将就有机硅在沥青混合料中的应用进行探讨。
一、有机硅对沥青混合料的改性作用有机硅是一种由有机基团与硅原子组成的化合物，常用于沥青混合料的改性。
添加有机硅材料后，能明显提高混合料的稳定性和抗剪切性，使其具有更好的耐久性和抗裂性能。
同时，有机硅还可以抑制混合料的老化过程，延长其使用寿命。
此外，有机硅还能提高混合料对水和空气的防护性，防止波浪等天气因素对路面的损害。
二、有机硅在混合料中的应用1.硅氧烷（SiO2）SiO2是常见的有机硅成分之一，它具有一定的储存稳定性和流动性，可以与其他体系充分融合。
将其添加到沥青混合料中可提高混合料的抗龟裂性和稳定性。
同时，硅氧烷还具有一定的填充作用，可以填充沥青与矿物料之间的小孔隙，提高混合料的密实性和耐久性。
2.硅烷偶联剂硅烷偶联剂是一种化学成分，在沥青混合料中添加后可以与矿物料化学反应，形成化学键，使混合料的强度和粘结力得到增强。
硅烷偶联剂还能提高混合料吸水性的抗性，在潮湿环境下保持混合料的稳定性。
3.聚硅氧烷（PDMS）聚硅氧烷是一种低表面张力的材料，可以在沥青混合料表面形成一层薄膜，提高混合料的防水性和防尘性。
PDMS还可以吸收太阳辐射，并通过红外线转换为微弱的能量释放出来，起到抗老化的作用。
4.聚羟甲基硅烷（PHMS）PHMS是一种可溶于水的有机硅材料，通过控制其添加量可以改善混合料的抗拉强度和渗透性。
PHMS还能提高混合料表面张力，使混合料更容易铺设和压实。
三、有机硅在沥青路面的应用展望有机硅的应用不仅可以提高沥青混合料的性能和耐久性，还可以降低其生产成本。
混凝土中添加硅烷偶联剂的效果及使用方法
混凝土中添加硅烷偶联剂的效果及使用方法一、前言混凝土是现代建筑中最基础也是最重要的材料之一，其性能直接影响到建筑的质量和使用寿命。
在混凝土的生产过程中，添加一定量的硅烷偶联剂可以显著提高混凝土的性能和耐久性，本文将详细介绍添加硅烷偶联剂的效果与使用方法。
二、硅烷偶联剂的作用硅烷偶联剂是一种有机硅化合物，它通过在混凝土中形成化学键的方式，将混凝土内部的水泥石颗粒和骨料颗粒等材料表面与混凝土中的氢氧根离子（OH-）发生反应，形成化学键，从而达到增强混凝土的目的。
硅烷偶联剂具有以下四个作用：1. 促进混凝土的致密化：硅烷偶联剂可以填充混凝土中的微孔，促进混凝土的致密化，降低混凝土的渗透性和吸水率，提高混凝土的耐久性。
2. 提高混凝土的强度和硬度：硅烷偶联剂可以与混凝土中的水泥石颗粒和骨料颗粒形成化学键，增强混凝土的内聚力和剪切强度，提高混凝土的强度和硬度。
3. 提高混凝土的耐久性：硅烷偶联剂可以填充混凝土中的微裂缝，防止水分、氧气、二氧化碳等有害物质的侵入，从而提高混凝土的抗风化和耐久性。
4. 增加混凝土的黏着力：硅烷偶联剂可以使混凝土表面形成一层亲水性的涂层，提高混凝土的黏着力，从而提高混凝土与金属、玻璃等材料的粘结强度。
三、硅烷偶联剂的使用方法硅烷偶联剂可以通过以下几个步骤进行使用：1. 确定添加量：硅烷偶联剂的添加量一般为混凝土总水泥用量的1%~3%，具体添加量可以根据混凝土的强度等级、施工条件和要求等因素进行调整。
2. 混合原材料：将硅烷偶联剂与混凝土的原材料（水泥、骨料、砂等）一起混合均匀，注意硅烷偶联剂的添加应在混合过程的后期进行，以免影响混凝土的均匀性。
3. 搅拌混合：将混合好的原材料进行搅拌混合，注意搅拌的时间和速度应适宜，以免过度搅拌导致混凝土的塑性降低。
4. 浇筑施工：将混合好的混凝土进行浇筑施工，注意在施工过程中应注意混凝土的均匀性和密实性，以免出现空鼓、裂缝等问题。
四、硅烷偶联剂的效果添加硅烷偶联剂可以显著提高混凝土的性能和耐久性，其主要效果包括以下几个方面：1. 提高混凝土的强度和硬度：硅烷偶联剂可以与混凝土中的水泥石颗粒和骨料颗粒形成化学键，增强混凝土的内聚力和剪切强度，提高混凝土的强度和硬度。
混凝土中添加硅烷偶联剂的作用与方法
混凝土中添加硅烷偶联剂的作用与方法一、引言混凝土是建筑工程中常用的一种建筑材料，其强度和耐久性直接影响着建筑物的使用寿命和安全性。
为了提高混凝土的性能，人们通过添加一些化学物质来改善其特性。
硅烷偶联剂作为一种新型的混凝土添加剂，可以显著提高混凝土的力学性能和耐久性，具有广阔的应用前景。
本文将重点介绍添加硅烷偶联剂的作用与方法。
二、硅烷偶联剂的作用1.改善混凝土的力学性能硅烷偶联剂能够与混凝土中的水泥胶体发生化学反应，形成化学键，使得水泥胶体与骨料之间的粘结力得到增强，从而提高混凝土的抗压强度、抗拉强度和抗弯强度。
2.提高混凝土的耐久性硅烷偶联剂能够与混凝土中的水泥胶体反应，生成一种致密的硅酸盐凝胶，填充混凝土中的毛细孔和裂缝，从而提高混凝土的耐久性、抗渗性和耐候性。
3.改善混凝土的加工性能硅烷偶联剂能够改善混凝土的流动性和分散性，使得混凝土的均匀性更好，从而提高混凝土的加工性能和施工效率。
三、硅烷偶联剂的添加方法1.选用适当的硅烷偶联剂硅烷偶联剂的种类较多，应根据混凝土的性质和使用要求选用适当的硅烷偶联剂。
一般来说，选择具有良好的亲水性和耐久性的硅烷偶联剂。
2.控制添加量硅烷偶联剂的添加量应根据混凝土的配合比和使用要求进行控制，一般控制在1%-5%之间。
3.与混凝土拌和硅烷偶联剂应与混凝土的水泥、骨料等原材料一起拌和，以保证其均匀分散。
4.充分混合在混凝土制备过程中，应充分混合硅烷偶联剂和混凝土原材料，以保证其充分反应和作用。
5.注意施工条件在施工过程中，应注意混凝土的浇筑方式和养护条件，以保证混凝土的性能和质量。
四、实验验证为了验证硅烷偶联剂对混凝土性能的影响，进行了一系列实验。
结果表明，添加硅烷偶联剂可以显著提高混凝土的抗压强度、抗拉强度和抗弯强度，同时也能够提高混凝土的耐久性和抗渗性。
同时，硅烷偶联剂的添加量应控制在1%-5%之间，过多添加会导致混凝土的流动性下降。
五、总结硅烷偶联剂作为一种新型的混凝土添加剂，具有显著的优点。
硅烷偶联剂的研究与应用
硅烷偶联剂的研究与应用硅烷偶联剂最早是于 20 世纪 40 年代由美国联合碳化合物公司和道康宁公司首先开发的, 最初把它作为玻璃纤维的表面处理剂而用在玻璃纤维增强塑料中。
随后, 由于硅烷偶联剂独特的性能和显著的改性效果,以及新产品的不断问世,使其应用领域日益扩大。
继而在橡胶、塑料、填充复合材料、环氧封装材料、弹性体、涂料、粘合剂和密封剂等方面获得了广泛地应用。
使用硅烷偶联剂可以极大地改进上述材料的机械性能、电气性能、耐候性、耐水性、难燃性、粘接性、分散性、成型性以及工艺操作性等等。
事实上 ,硅烷偶联剂已成为材料工业必不可少的助剂之一。
迄今为止 ,国内外文献报道的已知结构的有机硅烷偶联剂已有 100 多种, 目前常用的硅烷偶联剂品种(国外牌号)及其化学结构式列于下表。
硅烷偶联剂的结构及作用机理硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物, 其通式为RSiX3 ,式中R 代表氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基及甲基丙乙烯酰氧基等基团,这些基团和不同的基体树脂均具有较强的反应能力,X 代表能够水解的基团, 如卤素、烷氧基、酰氧基等。
因此,硅烷偶联剂既能与无机物中的羟基又能与有机聚合物中的长分子链相互作用, 使两种不同性质的材料偶联起来 ,从而改善生物材料的各种性能。
硅烷偶联剂在两种不同性质材料之间的界面作用机理已有多种解释, 如化学键理论、可逆平衡理论和物理吸附理论等。
但是,界面现象非常复杂 ,单一的理论往往难以充分说明。
通常情况下 , 化学键合理论能够较好地解释硅烷偶联剂同无机材料之间地作用。
根据这一理论, 硅烷偶联剂在不同材料界面的偶联过程是一个复杂的液固表面物理化学过程。
首先 ,硅烷偶联剂的粘度及表面张力低 , 润湿能力较高 ,对玻璃、陶瓷及金属表面的接触角小 , 可在其表面迅速铺展开 ,使无机材料表面被硅烷偶联剂润湿 ;其次 , 一旦硅烷偶联剂在其表面铺展开 , 材料表面被浸润,硅烷偶联剂分子上的两种基团便分别向极性相近的表面扩散 , 由于大气中的材料表面总吸附着薄薄的水层 , 一端的烷氧基便水解成硅羟基,取向于无机材料表面, 同时与材料表面的羟基发生水解缩聚反应 ;有机基团则取向于有机材料表面 , 在交联固化中 ,二者发生化学反应 ,从而完成了异种材料间的偶联过程。
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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
25
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 。
26
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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中南公路工程
32卷
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 。
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 。