CN101033122B - 板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆及其制造方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料领域，是一种板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆及其制造方法和应用，本发明包括水泥、混合材、乳化沥青、砂、水、聚合物乳液、消泡剂、铝粉、引气剂、调节剂，解决了现有的乳化沥青水泥砂浆存在着可工作时间短、温度适应性较差，易分层，灌注24小时后难以膨胀，填充性差等不足，国外虽有类似产品，但存在价格高，原材料来源受到限制，生产工艺复杂等问题，提供一种可工作时间长、温度适应性较好，不易分层，膨胀容易，填充性好，成本低，原材料来源不受限制，生产工艺简单的板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，是一种板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆及其制造方法和应用。
背景技术
板式无碴轨道是铁路或城市轻轨无碴轨道中重要的结构形式之一，在国际上技术最为成熟，其特点是在路基上铺设混凝土底座，在底座上放置预制的轨道板，两者之间预留3～5cm的空隙，灌注乳化沥青水泥砂浆，固化后形成均匀的兼具刚性和弹性的填充垫层。乳化沥青水泥砂浆是铁路或城市轻轨无碴轨道结构弹性调整层的关键组成部分，目前在国内还处于试验开发阶段，尚无性能优异的产品。中国专利ZL02139237.4虽然公开了一种无碴轨道乳化沥青水泥砂浆，但经在我国在秦沈客运专线狗河特大桥及双河特大桥进行了板式无碴轨道的试铺，其实际应用效果仍不理想。中国专利200410023087.0公开了一种乳化沥青水泥砂浆，但在成本、稳定性、膨胀性和温度适应性等方面还有待提高。现有的乳化沥青水泥砂浆存在着可工作时间短、温度适应性较差，易分层，灌注24小时后难以膨胀，填充性差等不足，有必要对此加以改进。国外虽有类似产品，但存在价格高，原材料来源受到限制，生产工艺复杂等不足。
发明内容
本发明的一个目的是为解决上述现有的乳化沥青水泥砂浆存在着可工作时间短、温度适应性较差，易分层，灌注24小时后难以膨胀，填充性差等不足，国外虽有类似产品，但存在价格高，原材料来源受到限制，生产工艺复杂等问题，提供一种可工作时间长、温度适应性较好，不易分层，膨胀容易，填充性好，成本低，原材料来源不受限制，生产工艺简单的板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆。
本发明的另一个目的是提供一种板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆的制备方法。
本发明的第三个目的是提供一种板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆的应用。
为实现上述目的，本发明的一个技术方案提供了一种板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆，其特征在于，组成成分及质量份配比如下：
水泥0.9-0.95份；混合材0.05-0.1份；乳化沥青1.2-1.5份；砂2.0-2.2份；水0.2-0.3份；聚合物乳液0.05-0.15份；消泡剂0.001-0.015份；铝粉0.0002-0.0003份；引气剂0.0005-0.02000份；调节剂0.005-0.020份，
其中，所述混合材为水泥膨胀混合材；
所述乳化沥青以下述原料制备：沥青，55-65份；水，35.0-45.0份；乳化剂，1.00-5.00份；稳定剂，0.20-3.00份；pH值调节剂，0.00-1.00份；增稠剂，0.10-1.50份；乳化剂是把阳离子型、阴离子型沥青乳化剂、非离子型沥青乳化剂和矿物乳化剂中的二种、三种或四种复合在一起，呈现慢裂属性的乳化剂复合物，阳离子乳化剂有烷基胺、酰胺、咪唑啉、环氧乙烷二胺、胺化木质素和季胺盐，阴离子乳化剂包括羧酸盐、磺酸盐和硫酸盐，非离子乳化剂包括聚氧乙烯型和多元醇型及聚醚型，矿物乳化剂是粘土、陶土、膨润土、石灰、石棉；
所述调节剂是非离子型化合物，为聚氧乙烯型或多元醇型非离子表面活性剂。
所述水泥为普通硅酸盐水小泥、早强硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿渣水泥等水硬化材料，可以单独或混合使用。水泥通过水化形成水泥砂浆，成为乳化沥青水泥砂浆的强度主体。
所述混合材为水泥膨胀混合材，包括硫铝酸钙熟料一石灰石类、硅铝酸盐熟料一明矾石类、硅铝酸盐熟料一氧化铝类、铝酸钙类、明矾石类和石灰一明矾石复合类，如粉煤灰混合材，硫铝酸钙熟料一石灰石水泥膨胀混合材。混合材是以硫铝酸盐系的矿物为主体，并含有微量的高分子系列分散剂与无机盐类，为市售产品通过实验检测，不同种混合材所起到的效果接近，对产品性能的影响甚微。其作用是防止砂浆离析，增加流动性，防止收缩。
所述乳化沥青以下述原料及方法制备的乳化沥青，55-65份；水，35.0-45.0份；乳化剂，1.00-5.00份；稳定剂，0.20-3.00份；pH值调节剂，0.00-1.00；增稠剂，0.10-1.50；乳化剂是把阳离子型、阴离子型沥青乳化剂、非离子型沥青乳化剂和矿物乳化剂中的一种或者二种、三种、四种复合在一起，呈现慢裂属性的乳化剂复合物。乳化剂是把沥青制备成乳化沥青并赋予乳化沥青具有特殊性能的关键组分。阳离子乳化剂有烷基胺、酰胺、咪唑啉、环氧乙烷二胺、胺化木质素和季胺盐。阴离子乳化剂包括羧酸盐、磺酸盐和硫酸盐。非离子乳化剂包括聚氧乙烯型和多元醇型及聚醚型。矿物乳化剂主要是粘土、陶土、膨润土、石灰、石绵等；稳定剂是无机盐类，如盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐、硅酸盐、碳酸盐、硫氢酸盐及其混合物，其中较好的是氯化钙、氯化铵、硫酸钠、硅酸钠、碳酸钠及其混合物。稳定剂通过调节沥青颗粒周围的双电层的离子电位差，增加相互之间的排斥力，增强乳化沥青的稳定性；pH值调节剂分成酸和碱，其中酸包括无机酸或有机酸，如盐酸、醋酸、脂肪酸、水杨酸等；其中的碱是氢氧化钠或氢氧化钾。pH值调节剂通过调节乳液的酸碱度，可以调节乳化剂溶液的离子强度和乳化效果，对于制备此专用乳化沥青具有重要作用；增稠剂是天然或合成化合物，可以是淀粉、明胶、胺类、聚乙烯醇、纤维素、聚丙烯酸盐、聚醚型和聚氨脂型增稠剂。增稠剂加入水中会形成胶体溶液，使体系的粘度上升，减缓了沥青颗粒的聚结速度；并能在沥青颗粒表面形成保护膜，由于空间位阻效应使沥青颗粒处于良好的分散状态通过如下制备工艺制得的
①将各种沥青按比例分别加热到110～150℃备用；
②将称量过的乳化剂和稳定剂加入到40～70℃的水中，根据乳化剂的性质调节溶液的pH值至规定的要求，搅拌溶解后，加入增稠剂和水，控制乳化液的温度；
③将乳化液注入清洗干净的乳化机中，开动乳化机；
④将热沥青按配比注入乳化机中，和乳化液混合，在乳化机的高速剪切和分散作用下，均匀分散在乳化液中；
⑤乳化沥青经过中间罐，进入贮存罐，冷却后即可使用。
所述砂，可以是河砂、海砂、陆砂、山砂或者机制砂，可以单独使用也可以使用二种以上的混合物，其细度模量在1.2-2.4围内，含泥量小于1％。
所述聚合物乳液，可以是合成橡胶乳液、乙烯/醋酸乙烯共聚物乳液、改性丙烯酸橡胶乳液等中的任意一种或多种的混合。其作用是提高乳化沥青水泥砂浆的耐候性、抗冻性和抗疲劳性能。
所述消泡剂为有机硅类、高级醇类、脂肪酸类、聚醚类等中的任意一种，如矿物油、萜烯油、脂肪酸低级醇酯、高级醇、高级脂肪酸、高级脂肪酸皂、高级脂肪酸甘油酯、高级脂肪酸酰胺、高级脂肪酸和多乙烯多胺的衍生物、聚乙二醇、聚丙二醇、丙二醇与环氧乙烷的加聚物、乙二醇、有机磷酸酯、有机硅树脂、改性有机硅树脂、二氧化硅与有机硅树脂配合物等中的任意一种。其作用是消除由于搅拌在体系内产生的大气泡。
所述铝粉应该选用活性物含量高的产品，细度在180-300目，优选细度在220-250目。其作用是通过发气使乳化沥青水泥砂浆具有一定的膨胀性，增加填充的密实度。
所述引气剂可以是松香及其热聚物类、烷基苯磺酸盐类如十二烷基苯磺酸盐、皂角苷类、脂肪酸及其盐类、磺化木质素盐类中的任意一种，如松香酸钠、烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钙、三萜皂甙中的任意一种，如木质素磺酸。其中较好的是松香及其热聚物类，如MPAE、AE2、BZK-8、Hercules公司的Vinsol resin等。市售皂角苷类引气剂也有较好的使用效果，如DC-TR-1、SJ-1、SJ-2、ZY-99、TS-AE等。引气剂的作用是向体系内引入均匀分布的微小气泡，提高乳化沥青水泥砂浆的抗冻融能力，提高抗渗性和水密性，改善流动性和可灌性。
所述调节剂是非离子型化合物，包括聚氧乙烯型和多元醇型非离子表面活性剂，如聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪醇醚等，如OP8、OP10、乳百灵中的任意一种；蔗糖脂肪酸酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯等。其作用是调节乳化沥青水泥砂浆在限界温度附近施工时的温度适应性和拌和性。
为实现上述目的，本发明的另一个技术方案提供了一种板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆的制备工艺。
乳化沥青水泥砂浆的制备工艺如下：
①将乳化沥青、水、聚合物乳液、消泡剂、调节剂依次加入乳化沥青水泥砂浆搅拌机内，慢速搅拌，搅拌速度为60-80rpm；
②加入砂，慢速搅拌，搅拌速度为60-80rpm；
③加入混合材，快速搅拌，搅拌速度为100-140rpm；
④依次加入水泥和引气剂，快速搅拌，搅拌速度为100-140rpm；
⑤灌注前10分钟左右加入铝粉，快速搅拌，搅拌速度为100-140rpm；
⑥快速搅拌约3-5分钟，导入空气量为8-12％时，开始慢速搅拌，搅拌速度为60-80rpm，进行性能试验。
注：水泥要通过钢筋网分散加入，铝粉可与少量砂混合后加入，以防止飞溅。投料要尽量迅速。
为实现上述目的，本发明的第三个技术方案提供了一种板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆的施工工艺。
乳化沥青水泥砂浆的施工工艺：
①检查确认轨道板安置状态，将灌注袋安装在轨道板与混凝土底座这间的空隙内，并进行粘贴定位；
②将搅拌好后性能试验合格的乳化沥青水泥砂浆从灌注口注入灌注袋中，直到灌注口处乳化沥青水泥砂浆升起约10-30cm后停止灌浆；
③将灌注袋的灌注口末端扎紧，固定在轨道板上，防止乳化沥青水泥砂浆流出；
④24小时后将灌注口部分切掉并修整。
有益效果
本发明的目的是针对现有乳化沥青水泥砂浆的缺点，提供一种新的乳化沥青水泥砂浆及其制作方法，以满足制备铁路或城市轻轨板式无碴轨道用水泥沥青砂浆填充层的要求；并根据乳化沥青水泥砂浆的特点和性能要求，选用合适的专用乳化沥青、调节剂和水泥、砂子等其他组分，通过合理的配比和工艺，增加乳化沥青体系与水泥砂浆体系的相容性，使沥青水泥砂浆复合材料具有较好的温度适应性和施工性，优良的耐久性和抗震动疲劳性能。
本发明根据乳化沥青水泥砂浆的特点和性能要求，选用合适的专用乳化沥青、调节剂和水泥、砂子等其他组分，通过合理的配比和工艺，增加乳化沥青体系与水泥砂浆体系的相容性，能充分发挥各自的作用，并产生协同效应，形成水泥水合物、细骨料、沥青、聚合物相互缠绕在一起的均匀的网状多孔结构，赋予乳化沥青水泥砂浆这种复合材料以适当的强度和弹性，优良的温度适应性和施工性，优良的耐久性和抗震动疲劳性能，完全可以满足制备铁路或城市无碴轨道用填充材料的需要。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但并不作为对本发明的限定。
乳化沥青水泥砂浆实施例标准配合比(单位kg，砂浆总体积1m3)见下表。
实施例1
| 水泥 | 混合材 | 乳化沥青 | 砂 | 水 | 聚合物乳液 | 消泡剂 | 铝粉 | 引气剂 | 调节剂 |
| 42.5R | 明矾石类 | 机制砂 | 丁苯乳液 | 055 | 250目 | MPAE | |||
| 300 | 34 | 468 | 668 | 67 | 27 | 2.3 | 0.11 | 0.052 |
实施例2
| 水泥 | 混合材 | 乳化沥青 | 砂 | 水 | 聚合物乳液 | 消泡剂 | 铝粉 | 引气剂 | 调节剂 |
| 42.5R | 硫铝酸钙熟料-石灰石类 | 机制砂 | 苯丙乳液 | 808 | 250目 | MPAE | |||
| 287 | 32 | 511 | 640 | 64 | 26 | 2.5 | 0.09 | 0.050 |
实施例3
| 水泥 | 混合材 | 乳化沥青 | 砂 | 水 | 聚合物乳液 | 消泡剂 | 铝粉 | 引气剂 | 调节剂 |
| 42.5R | 硅铝酸盐熟料-明矾石类 | 河砂 | 氯丁胶乳液 | 600 | 250目 | ZY-99 | |||
| 292 | 29 | 514 | 640 | 60 | 20 | 1.2 | 0.07 | 6.0 |
实施例4
| 水泥 | 混合材 | 乳化沥青 | 砂 | 水 | 聚合物乳液 | 消泡剂 | 铝粉 | 引气剂 | 调节剂 |
| 42.5R | 硅铝酸盐熟料-氧化铝类 | 河砂 | EVA乳液 | 202 | 250目 | AE2 | OP8 | ||
| 316 | 6 | 514 | 644 | 61 | 5 | 0.6 | 0.08 | 7.2 | 1.5 |
实施例5
| 水泥 | 混合材 | 乳化沥青 | 砂 | 水 | 聚合物乳液 | 消泡剂 | 铝粉 | 引气剂 | 调节剂 |
| 42.5R | 铝酸钙类 | 陆砂 | T35 | 250目 | BZK-8 | OP10 | |||
| 298 | 2 | 390 | 600 | 54 | 0 | 0.4 | 0.08 | 3.5 | 0.8 |
实施例6
| 水泥 | 混合材 | 乳化沥青 | 砂 | 水 | 聚合物乳液 | 消泡剂 | 铝粉 | 引气剂 | 调节剂 |
| 42.5R | 明矾石类和石灰-明矾石复合类 | 山砂 | 丙烯酸乳液 | xp90 | 250目 | MPAE | |||
| 314 | 16 | 495 | 660 | 64 | 13 | 0.8 | 0.10 | 1.4 |
实施例1-6的乳化沥青水泥砂浆的制备工艺如下：
①将乳化沥青、水、聚合物乳液、消泡剂、调节剂依次加入乳化沥青水泥砂浆搅拌机内，慢速搅拌，搅拌速度为60-80rpm；
②加入砂，慢速搅拌，搅拌速度为60-80rpm；
③加入混合材，快速搅拌，搅拌速度为100-140rpm；
④依次加入水泥和引气剂，快速搅拌，搅拌速度为100-140rpm；
⑤灌注前10分钟左右加入铝粉，快速搅拌，搅拌速度为100-140rpm；
⑥快速搅拌约3-5分钟，导入空气量为8-12％时，开始慢速搅拌，搅拌速度为60-80rpm，进行性能试验。
注：水泥要通过钢筋网分散加入，铝粉可与少量砂子混合后加入，以防止飞溅。投料要尽量迅速。
实施例1-6的乳化沥青水泥砂浆的施工工艺：
①检查确认轨道板安置状态，将灌注袋安装在轨道板与混凝土底座这间的空隙内，并进行粘贴定位；
②将搅拌好后性能试验合格的乳化沥青水泥砂浆从灌注口注入灌注袋中，直到灌注口处乳化沥青水泥砂浆升起约10-30cm后停止灌浆；
③将灌注袋的灌注口末端扎紧，固定在轨道板上，防止乳化沥青水泥砂浆流出；
④24小时后将灌注口部分切掉并修整。
实施例1-6制备的乳化沥青水泥砂浆的性能指标及测试值见表2。
表2实施例1-6乳化沥青水泥砂浆性能试验结果
Claims (10)
1.一种板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆，其特征在于，组成成分及质量份配比如下：
水泥0.9-0.95份；混合材0.05-0.1份；乳化沥青1.2-1.5份；砂2.0-2.2份；水0.2-0.3份；聚合物乳液0.05-0.15份；消泡剂0.001-0.015份；铝粉0.0002-0.0003份；引气剂0.0005-0.02000份；调节剂0.005-0.020份，
其中，所述混合材为水泥膨胀混合材；
所述乳化沥青以下述原料制备：沥青，55-65份；水，35.0-45.0份；乳化剂，1.00-5.00份；稳定剂，0.20-3.00份；pH值调节剂，0.00-1.00份；增稠剂，0.10-1.50份；乳化剂是把阳离子型、阴离子型沥青乳化剂、非离子型沥青乳化剂和矿物乳化剂中的二种、三种或四种复合在一起，呈现慢裂属性的乳化剂复合物，阳离子乳化剂有烷基胺、酰胺、咪唑啉、环氧乙烷二胺、胺化木质素和季胺盐，阴离子乳化剂包括羧酸盐、磺酸盐和硫酸盐，非离子乳化剂包括聚氧乙烯型和多元醇型及聚醚型，矿物乳化剂是粘土、陶土、膨润土、石灰、石棉；
所述调节剂是非离子型化合物，为聚氧乙烯型或多元醇型非离子表面活性剂。
2.根据权利要求1所述板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥、早强硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿渣水泥中的任意一种或多种的混合；所述混合材包括硫铝酸钙熟料-石灰石类、硅铝酸盐熟料-明矾石类、硅铝酸盐熟料-氧化铝类、铝酸钙类、明矾石类或石灰-明矾石复合类。
3.根据权利要求1所述板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆，其特征在于，所述聚合物乳液是合成橡胶乳液、乙烯/醋酸乙烯共聚物乳液、改性丙烯酸橡胶乳液中的任意一种或多种的混合。
4.根据权利要求1所述板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆，其特征在于，所述消泡剂为有机硅类、高级醇类、脂肪酸类、聚醚类中的任意一种；所述引气剂是松香及其热聚物类、烷基苯磺酸盐类、皂角苷类、脂肪酸及其盐类、磺化木质素盐类中的任意一种。
5.根据权利要求1所述板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆，其特征在于，所述消泡剂为矿物油、萜烯油、脂肪酸低级醇酯、高级醇、高级脂肪酸、高级脂肪酸皂、高级脂肪酸甘油酯、高级脂肪酸酰胺、高级脂肪酸和多乙烯多胺的衍生物、聚乙二醇、聚丙二醇、丙二醇与环氧乙烷的加聚物、乙二醇、有机磷酸酯、有机硅树脂、改性有机硅树脂、二氧化硅与有机硅树脂配合物中的任意一种。
6.根据权利要求1所述板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆，其特征在于，所述引气剂是松香酸钠、烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钙、三萜皂甙中的任意一种。
7.根据权利要求1所述板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆，其特征在于，所述调节剂是OP8、OP10、乳百灵中的任意一种。
8.根据权利要求1-7任一所述的板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆的制备工艺，其特征在于，制备工艺如下：
①将乳化沥青、水、聚合物乳液、消泡剂、调节剂依次加入乳化沥青水泥砂浆搅拌机内，慢速搅拌，搅拌速度为60-80rpm；
②加入砂，慢速搅拌，搅拌速度为60-80rpm；
③加入混合材，快速搅拌，搅拌速度为100-140rpm；
④依次加入水泥和引气剂，快速搅拌，搅拌速度为100-140rpm；
⑤灌注前10分钟左右加入铝粉，快速搅拌，搅拌速度为100-140rpm；
⑥快速搅拌3-5分钟，导入空气量为8-12％时，开始慢速搅拌，搅
拌速度为60-80rpm，进行性能试验。
9.根据权利要求1-7任一所述的板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆的施工工艺，其特征在于，工艺如下：
①检查确认轨道板安置状态，将灌注袋安装在轨道板与混凝土底座之间的空隙内，并进行粘贴定位；
②将搅拌好后性能试验合格的乳化沥青水泥砂浆从灌注口注入灌注袋中，直到灌注口处乳化沥青水泥砂浆升起10-30cm后停止灌浆；
③将灌注袋的灌注口末端扎紧，固定在轨道板上，防止乳化沥青水泥砂浆流出；
④24小时后将灌注口部分切掉并修整。
10.根据权利要求1所述板式无碴轨道用乳化沥青水泥砂浆在铁路或城市轻轨板式无碴轨道中的应用。
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