CN100386284C - 一种具有高抗冻、吸振功能的ca砂浆材料 - Google Patents
一种具有高抗冻、吸振功能的ca砂浆材料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种CA砂浆材料。一种具有高抗冻、吸振功能的CA砂浆材料，其特征在于它包括水泥、乳化沥青、多孔细骨料、膨胀剂和引气减水剂原料混合搅拌而成，各原料所占重量份为：水泥：100份，乳化沥青：50-250份，多孔细骨料和砂：1-350份，膨胀剂：1-30份，引气减水剂：0.1-10份，有机纤维：0-5份，水0-80份，消泡剂：0-1份；其中，多孔细骨料和砂各原料所占重量百分比为：多孔细骨料10-100，砂0-90；所述的多孔细骨料为页岩陶砂、粉煤灰陶砂、粘土陶砂中的任一种或二种或二种以上混合，二种或二种以上混合时，为任意配比，粒径为0.10-2.6mm。本发明提供的CA砂浆材料与目前工程应用的CA砂浆相比具有抗冻抗裂性能好，吸振性能优良，耐久性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种CA砂浆材料，适于城际高速铁路、城市高速轻轨和城市地铁用。
技术背景
随着综合国力的增强，我国高速铁路网建设规划将逐步付诸实施，预计在2020年前我国将初步建成时速达到200km/h以上的高速铁路网。CA砂浆(水泥沥青砂浆)是板式无碴轨道的关键组成部分，一方面可使轨道具有合理的弹性，另一方面便于调整轨道施工误差，因此CA砂浆弹性减振材料的使用对于提高列车高速行驶的安全性与乘坐的舒适性均具有非常重要的作用。此外，与高弹性橡胶材料相比，它还具有与轨道板底面接触好、方便施工、性价比高等优点，因此CA砂浆自一出现就引起本领域有关人员的热切关注，并在实际应用中具有广阔的应用前景。
目前采用乳化沥青、水泥、砂、引气剂等基本原材料制备CA砂浆也可以基本满足工程应用，但高速铁路设计寿命使用期长，要求在使用期内基本不维修或少维修，因此提高CA砂浆的耐久性至关重要。然而沥青本身是一种温度敏感性材料，具有低温易开裂、高温易变形的特点。而且在CA砂浆中，水泥和沥青形成的空隙中具有水份，在有冻融的地区极易产生冻融破坏。但是现有的CA砂浆产品并没有很好的解决这些问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高抗冻、吸振功能的CA砂浆材料。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种具有高抗冻、吸振功能的CA砂浆材料，其特征在于它包括水泥、乳化沥青、多孔细骨料、膨胀剂和引气减水剂原料混合搅拌而成，各原料所占重量份为：水泥：100份，乳化沥青：50-250份，多孔细骨料和砂：1-350份，膨胀剂：1-30份，引气减水剂：0.1-10份，有机纤维：0-5份，水0-80份，消泡剂：0-1份；其中，多孔细骨料和砂各原料所占重量百分比为：多孔细骨料10-100，砂0-90；
所述的多孔细骨料为页岩陶砂、粉煤灰陶砂、粘土陶砂中的任一种或二种或二种以上混合，二种或二种以上混合时，为任意配比，粒径为0.10-2.6mm。
所述的多孔细骨料和砂各原料所占重量百分比最佳为：多孔细骨料50-70，砂30-50。
所述的有机纤维所占重量份最佳为0.5-5份。
所述的砂为普通细河砂，细度模数为1.9-2.2。
所述的有机纤维为聚丙烯杜拉纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维中的任一种或二种或二种以上混合，二种或二种以上混合，为任意配比，长度≤18mm。
水泥可以是早强32.5、42.5、52.5、62.5硅酸盐水泥，也可以是普通32.5、42.5、52.5、62.5硅酸盐水泥；32.5、42.5、52.5矿渣水泥；32.5、42.5、52.5粉煤灰水泥。
乳化沥青为中裂或慢裂型乳化沥青，质量固含量55-72％，可以是非离子型、阳离子型、阴离子型或者两性离子型。
所述的膨胀剂为UEA普通型膨胀剂；所述的引气减水剂为松香类复合FDN引气减水剂；所述的消泡剂为磷酸二丁脂或磷酸三丁脂。
上述一种具有高抗冻、吸振功能的CA砂浆材料的制备方法之一，是所有原材料按照比例称量好后，一起加入搅拌机同时搅拌30-300秒。
上述一种具有高抗冻、吸振功能的CA砂浆材料的制备方法之二，是先将固体原材料按比例称量好后，一起加入搅拌机先干拌15-50秒，然后加入乳化沥青和水再搅拌30-120秒。
本发明采用多孔细骨料部分或全部取代CA砂浆中的河砂，多孔细骨料中封闭空洞有效地提高了CA砂浆的抗冻和减振性能，多孔细骨料密度的减小降低了砂浆分层离析的风险，提高了匀质性；同时掺入有机纤维，不仅提高了砂浆的均匀性，也提高了砂浆的抗裂性能和体积稳定性。在城际高速铁路、城市高速轻轨和城市地铁等领域具有广阔的应用前景。
特别是在多孔细骨料和砂各原料所占重量百分比为：多孔细骨料为50-70，河砂为30-50时，CA砂浆具有较好的抗冻、减振性能和体积稳定性能(如实施例17)。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本发明包括二个方面的内容：
1、采用多孔细骨料提高CA砂浆抗冻与减振性能，通过多孔细骨料引入有益的微小孔，该孔能够吸收轨道的振动能量，并为CA砂浆中的自由水结晶膨胀提供应力释放空间，达到提高CA砂浆抗冻与吸振目的。采用多孔细骨料的CA砂浆的主要技术性能列于表1中。
表1采用多孔细骨料的CA砂性能
表1中测试方法按照日本土木学会预填骨料灌浆混凝土试验方法进行。水泥是早强42.5硅酸盐水泥，沥青为慢裂快凝型阳离子乳化沥青，多孔细骨料为页岩陶砂。所述的膨胀剂为UEA普通型膨胀剂；所述的引气减水剂为松香类复合FDN引气减水剂；所述的消泡剂为磷酸二丁脂。
实施例1、实施例2、实施例3、实施例4采用第一种制备方法：所有的原材料一起投入，同时搅拌。
实施例5、实施例6采用第二种制备方法，先干拌后加入其余液体原材料进行湿拌。
从表中可以看出：多孔细骨料能够提高CA砂浆的匀质性、提高CA砂浆的弹性(弹性模量的降低、弹性增大，即吸振功能增强；500次冻融后，掺多孔细骨料试件的相对动弹模较没掺多孔细骨料的相对动弹模高出很多，最高高出将近一倍，大大提高了CA砂浆的抗冻性能。本发明提供的CA砂浆材料(实施例2-6)与目前工程应用的CA砂浆(即实施例1)相比具有抗冻性能好，吸振性能优良的特点。
两种制备方法所得的CA砂浆性能相差不大，但采用第二种方法先干拌后湿拌的效果要略好于采用第一种方法制备的CA砂浆的性能。
2、同时采用多孔细骨料和有机纤维提高CA砂浆抗裂与减振性能，通过多孔细骨料引入有益的微小孔，该孔能够吸收轨道的振动能量，并为CA砂浆中的自由水结晶膨胀提供应力释放空间，达到提高CA砂浆抗冻与减振性能目的。通过引入大量的细小纤维，乱相分布的纤维能够提高CA砂浆自身的强度，能够阻止微小裂缝的产生，提高CA砂浆的抗裂性能，同时也能减缓或阻止裂缝的扩展，提高其抗冻性能。使得CA砂浆各组分之间联系得更加牢固。达到提高CA砂浆抗裂与减振性能目的。采用有机纤维的CA砂浆的主要技术性能列于表2中。
表2采用多孔细骨料和有机纤维的CA砂性能
表2中测试方法按照日本土木学会预填骨料灌浆混凝土试验方法进行。水泥是早强42.5硅酸盐水泥，沥青为慢裂快凝型阳离子乳化沥青，多孔细骨料为页岩陶砂，有机纤维为聚丙烯腈纤维。所述的膨胀剂为UEA普通型膨胀剂；所述的引气减水剂为松香类复合FDN引气减水剂；所述的消泡剂为磷酸二丁脂。
实施例7、实施例8、实施例9采用第一种制备方法：所有的原材料一起投入，同时搅拌。
实施例10、实施例11采用第二种制备方法，先干拌后加入其余液体原材料进行湿拌。
从表中我们可以看出：多孔细骨料和有机纤维能够提高CA砂浆的匀质性、提高CA砂浆的弹性(弹性模量的降低、弹性增大，即具有吸振功能)；500次冻融后，掺多孔细骨料和有机纤维试件的相对动弹模较没掺多孔细骨料和有机纤维的相对动弹模高出很多，最高高出将近一倍，大大提高了CA砂浆的抗冻性能。且相比分别单掺多孔细骨料和有机纤维的CA砂浆的匀质性和抗冻性均有提高，吸取另外两种材料的各自优点。本发明提供的CA砂浆材料(实施例7-11)与目前工程应用的CA砂浆(即实施例1)相比具有抗冻抗裂性能好，吸振性能优良。
两种制备方法所得的CA砂浆性能相差不大，但采用第二种方法先干拌后湿拌的效果要略好于采用第一种方法制备的CA砂浆的性能。
实施例12：
300kg水泥+580kg乳化沥青+550kg多孔细骨料+0.6kg引气减水剂+40kg膨胀剂+80kg外加水+0.20kg消泡剂，所有原材料按照比例称量好后，一起加入搅拌机同时搅拌100秒。制成的CA砂浆的主要技术指标为：可工作时间91分钟、膨胀率1.7％、28d抗压强度2.2MP、材料分离度1.8％、静态弹性模量188MP、500次冻融循环后相对动弹模量118％。所述的为早强42.5硅酸盐水泥；所述的乳化沥青为中裂型乳化沥青；所述的多孔细骨料为页岩陶砂，粒径为0.10-2.6mm；所述的膨胀剂为UEA普通型膨胀剂；所述的引气剂为FDN引气减水剂；所述的消泡剂为磷酸二丁脂。
实施例13：
300kg水泥+580kg乳化沥青+280kg砂+300kg多孔细骨料(180kg页岩陶粒+120kg粘土陶粒)+0.6kg引气减水剂+40kgUEA膨胀剂+80kg外加水+0.20kg消泡剂(磷酸二丁脂)，所有原材料按照比例称量好后，一起加入搅拌机同时搅拌100秒。制成的CA砂浆的主要技术指标为：可工作时间93分钟、24h膨胀率1.8％，60d膨胀率1.3％、28d抗压强度2.3MP、材料分离度1.8％、静态弹性模量215MP、500次冻融循环后相对动弹模105％。所述的水泥为普通硅酸盐52.5水泥；所述的乳化沥青为慢裂型乳化沥青；所述的多孔细骨料为(180kg页岩陶砂+120kg粘土陶砂)，粒径为0.10-2.6mm；所述的膨胀剂为UEA普通型膨胀剂；所述的引气减水剂为FDN引气减水剂；所述的消泡剂为磷酸二丁脂。
实施例14：
300kg水泥+580kg乳化沥青+550kg多孔细骨料+2.4kg聚丙烯腈纤维+0.6kg引气减水剂+40kg膨胀剂+75kg外加水+0.20kg消泡剂，所有原材料按照比例称量好后，一起加入搅拌机同时搅拌100秒。制成的CA砂浆的主要技术指标为：可工作时间90分钟、膨胀率1.8％、28d抗压强度2.3MP、材料分离度1.8％、静态弹性模量195MP、500次冻融循环后相对动弹模122％。所述的水泥为42.5粉煤灰水泥；所述的乳化沥青为慢裂型乳化沥青；所述的多孔细骨料为粘土陶砂，粒径为0.10-2.6mm；所述的膨胀剂为UEA普通型膨胀剂；所述的引气减水剂为FDN引气减水剂；所述的消泡剂为磷酸二丁脂。
实施例15：
300kg水泥+580kg乳化沥青+550kg多孔细骨料+2.4kg有机纤维(1.2kg聚丙烯腈纤维+1.2kg聚酯纤维)+0.6kg引气减水剂+40kg膨胀剂+80kg外加水+0.20kg消泡剂，所有原材料按照比例称量好后，一起加入搅拌机同时搅拌100秒。制成的CA砂浆的主要技术指标为：可工作时间90分钟、膨胀率1.8％、28d抗压强度2.3MP、材料分离度1.7％、静态弹性模量192MP、500次冻融循环后相对动弹模120％。所述的为32.5粉煤灰水泥；所述的乳化沥青为慢裂型乳化沥青；所述的多孔细骨料为粘土陶砂，粒径为0.10-2.6mm；所述的膨胀剂为UEA普通型膨胀剂；所述的引气减水剂为FDN引气减水剂；所述的消泡剂为磷酸三丁脂。。
实施例16：
300kg水泥+550kg多孔细骨料+2.4kg聚丙烯腈纤维+0.6kg引气减水剂+40kg膨胀剂，按照比例称量好后，一起加入搅拌机先干拌30秒种，后加580kg乳化沥青+80kg外加水+0.20kg消泡剂液体，再接着一起搅拌60秒种。制成的CA砂浆的主要技术指标为：可工作时间90分钟、24h膨胀率1.8％，60d膨胀率1.2％、28d抗压强度2.3MP、28d材料分离度1.7％、静态弹性模量198MP、500次冻融循环后相对动弹模128％。所述的水泥为早强42.5硅酸盐水泥；所述的乳化沥青为慢裂型乳化沥青；所述的多孔细骨料为粘土陶砂，粒径为0.10-2.6mm；所述的膨胀剂为UEA普通型膨胀剂；所述的引气减水剂为FDN引气减水剂；所述的消泡剂为磷酸三丁脂。
实施例17：
300kg水泥+580kg乳化沥青+240kg砂+340kg多孔细骨料(200kg页岩陶粒+140kg粘土陶粒)+0.6kg引气减水剂+40kgUEA膨胀剂+80kg外加水+0.20kg消泡剂(磷酸二丁脂)，所有原材料按照比例称量好后，一起加入搅拌机同时搅拌100秒。制成的CA砂浆的主要技术指标为：可工作时间93分钟、24h膨胀率1.8％，60d膨胀率1.8％、28d抗压强度2.3MP、28d材料分离度1.8％、静态弹性模量210MP、500次冻融循环后相对动弹模115％。所述的水泥为普通硅酸盐52.5水泥；所述的乳化沥青为慢裂型乳化沥青；所述的多孔细骨料粒径为0.10-2.6mm；所述的膨胀剂为UEA普通型膨胀剂；所述的引气减水剂为FDN引气减水剂；所述的消泡剂为磷酸二丁脂。
本发明的水泥、乳化沥青、多孔细骨料、膨胀剂、引气减水剂、有机纤维、消泡剂和水原料的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此就不一一列举实施例。
Claims (4)
1.一种具有高抗冻、吸振功能的CA砂浆材料，其特征在于它包括水泥、乳化沥青、多孔细骨料、膨胀剂和引气减水剂原料混合搅拌而成，各原料所占重量份为：水泥：100份，乳化沥青：50-250份，多孔细骨料和砂：1-350份，膨胀剂：1-30份，引气减水剂：0.1-10份，有机纤维：0-5份，水0-80份，消泡剂：0-1份；其中，多孔细骨料和砂各原料所占重量百分比为：多孔细骨料10-100，砂0-90；
所述的多孔细骨料为页岩陶砂、粉煤灰陶砂、粘土陶砂中的任一种或二种或二种以上混合，二种或二种以上混合时，为任意配比，粒径为0.10-2.6mm。
2.根据权利要求1所述的一种具有高抗冻、吸振功能的CA砂浆材料，其特征在于：所述的多孔细骨料和砂各原料所占重量百分比为：多孔细骨料50-70，砂30-50。
3.根据权利要求1所述的一种具有高抗冻、吸振功能的CA砂浆材料，其特征在于：所述的有机纤维所占重量份为0.5-5份。
4.根据权利要求1或3所述的一种具有高抗冻、吸振功能的CA砂浆材料，其特征在于：所述的有机纤维为聚丙烯杜拉纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维中的任一种或二种或二种以上混合，二种或二种以上混合时，为任意配比，长度≤18mm。
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