水泥基材料是一种脆性材料,在使用中容易开裂。阳离子乳化沥青是一种有机材料,具有一定的柔性。采用阳离子乳化沥青对水泥砂浆进行改性形成的水泥-乳化沥青砂浆(简称CA砂浆)将兼具水泥基材料力学性能高和沥青柔韧性好的优点。近年来,CA砂浆被广泛用于高速铁路和道路交通领域。力学性能是CA砂浆的主要性能之一,然而,在其长期服役过程中,CA砂浆会受到空气中的水、盐溶液的侵蚀,这些是造成CA砂浆劣化和失效的主要原因。因此,研究CA砂浆中水和盐溶液的传输行为对制备耐久性能良好的CA砂浆具有重要意义。CA砂浆是由水泥、乳化沥青、砂、水和外加剂组成的复合材料。CA砂浆的力学性能和耐久性能与其微结构密切相关。本文主要研究了阳离子乳化沥青对水泥浆体力学性能、耐久性能和微结构的影响,探明了微结构与其力学性能和耐久性能的内在关系。本文的主要研究成果如下:(1)探究了阳离子乳化沥青对水泥砂浆抗折、抗压强度和破坏特征的影响规律。胶砂强度试验结果表明:CA砂浆3d、7d、28d、90d、180d的抗折、抗压强度均随着A/C(A/C为阳离子乳化沥青与水泥的质量比)的增加而逐渐减小;不同龄期CA砂浆的折压比均随着A/C的增加而提高,表明阳离子乳化沥青的掺入提高了水泥砂浆的柔性;CA砂浆的超声波测试结果表明:CA砂浆的超声波波速随着A/C的增大而不断减小,说明CA砂浆的密实性逐渐降低。(2)探究了阳离子乳化沥青对水泥砂浆中水分传输行为、抗硫酸盐侵蚀性能、抗冻性能的影响规律。CA砂浆的吸水试验、抗渗试验得到:CA砂浆的吸水度、吸水系数、水的渗透高度随着A/C的增大逐渐减小,阳离子乳化沥青的掺入阻碍水分在水泥砂浆中的传输;CA砂浆的抗硫酸盐测试表明:在5%硫酸钠溶液中浸泡90d,随着A/C的增大,硫酸盐溶液对CA砂浆相对动弹性模量和抗压强度的影响逐渐减小,说明阳离子乳化沥青的掺入提高了水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀的性能;CA砂浆的抗冻融循环测试表明:随着A/C的增大,在150次冻融循环下,其质量损失率、抗压强度损失率、相对动弹性模量损失率逐渐增大,说明阳离子乳化沥青的掺入降低了水泥砂浆的抗冻能力。(3)探究了阳离子乳化沥青对水泥浆体微结构的影响规律。通过TG、化学结合水、红外试验研究得到:随着A/C的增大,Ca(OH)2的生成逐渐被抑制,H2SiO42-的聚合度逐渐减小,水泥的水化程度逐渐降低;通过SEM试验研究得到:阳离子乳化沥青吸附在钙矾石、C-S-H等水化产物表面,与之形成了一个有机-无机的整体。阳离子乳化沥青吸附在孔壁上堵塞了 CA浆体内部的连通孔;通过低场核磁试验得到:随着A/C的增大,CA浆体的孔隙率增大,孔径变大。结果表明:阳离子乳化沥青的掺入延缓了水泥浆体微结构的形成。(4)探明了 CA浆体微结构与力学性能、耐久性能之间的内在关系。研究得到:阳离子乳化沥青抑制了水泥水化产物的生成,增大了 CA砂浆的孔隙率与孔径使水泥砂浆的抗压、抗折强度和密实性逐渐降低。阳离子乳化沥青吸附在水泥、水化产物表面,在其表面形成一层有机防水膜,并且吸附在孔壁上,阻断了连通孔使得水和盐溶液难以进入砂浆的内部。阳离子乳化沥青的憎水性大于其对砂浆孔结构的改变,从而阻碍了水分在水泥砂浆中的传输,提高了水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性能。但在冻融循环过程中,由于阳离子乳化沥青与水化产物之间的结合力较小,CA砂浆的孔径随A/C的增大而逐渐增大。在较大的膨胀压力、渗透压力、温差应力共同作用下更容易破坏,从而降低了水泥砂浆的抗冻性能。