CN102358690B - 环氧沥青水泥砂浆及其制备方法及其在无砟轨道上的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环氧沥青水泥砂浆及其制备方法及其在无砟轨道上的应用，环氧沥青水泥砂浆是由水泥、砂、环氧沥青A、B组分乳液、水、减水剂、消泡剂、铝粉、膨胀剂等拌合而成。水泥、砂、膨胀剂及铝粉等先期混合均匀，制成干料。环氧沥青水泥砂浆各原料组成为：干料：1350-1560重量份；环氧沥青乳液A：0-50重量份；环氧沥青乳液B：230-280重量份；水：135-180重量份；减水剂：0.5-10重量份；消泡剂：0-5重量份。本发明的环氧沥青水泥砂浆服役温度域宽，耐候性优异，耐化学腐蚀性强，使用寿命长，特别适用于客运专线CRTSⅡ型板式无砟轨道中。本发明还包括上述砂浆的制备方法和在无砟轨道中的应用。

Description

环氧沥青水泥砂浆及其制备方法及其在无砟轨道上的应用

技术领域：

本发明属于建筑材料领域，具体地说是一种环氧沥青水泥砂浆及其制备方法及其在无砟轨道上的应用。

背景技术：

板式轨道是一种适用高速铁路或客运专线发展的无砟轨道结构，它比有碴轨道具有更加良好、稳定的轨道结构，且运营的维护工作量和维护费用远远低于有碴轨道。为了适应高速铁路的高平稳性，高耐久性、舒适性的要求，需要采用和发展少维修的无砟轨道。

板式无砟轨道结构主要由轨道板、水泥乳化沥青砂浆弹性垫层、混凝土底座、凸形挡台及钢轨扣件等构成。水泥乳化沥青砂浆主要用作轨道板和混凝土底座之间的弹性垫层。

在板式无砟轨道结构中，水泥乳化沥青砂浆垫层的主要作用是支撑、调节、缓冲、吸振等，并提供足够的刚度和弹韧性，其性能与施工质量对于高速列车运行过程中的平顺性、舒适性和安全性起到至关重要的作用。

水泥乳化沥青砂浆一般由水泥、乳化沥青、掺合料、细骨料、水、表面活性剂、减水剂、聚合物胶乳和砂在常温下拌合而成，利用水泥水化吸收乳化沥青破乳产生的水分，水泥水化加速了乳化沥青的破乳过程，从而由水泥水化形成的水化产物与沥青形成立体网络结构，具有混凝土的刚性和沥青的弹性，能够对列车行驶起到稳定和缓冲作用。

目前普通的CA砂浆存在温度适应性差、填充性能不足，易分层、耐疲劳性能较差、CA砂浆固化后表面开裂、可工作时间短等问题，尤其是在动载荷交互作用和低温服役存在开裂破碎、低温环境下弹性不足等问题。所以有必要提供一种稳定性好的改性乳化沥青来提高CA砂浆的耐久性等综合性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环氧沥青水泥砂浆及其制备方法及其在无砟轨道上的应用，本发明利用环氧沥青A组分乳液、环氧沥青B组分乳液与干料、水、减水剂制备环氧沥青水泥砂浆，得到的水泥沥青砂浆抗冻性能好、耐久性能优异，综合性能强。得到的水泥沥青砂浆可以用在板式无砟轨道中，特别是用在客运专线CRTS Ⅱ型板式无砟轨道中效果显著。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种环氧沥青水泥砂浆，其特征在于：该环氧沥青水泥砂浆包括干料、环氧沥青A组分乳液、环氧沥青B组分乳液、水、减水剂、消泡剂；按重量份计，各组分配比为：干料：1350-1560重量份；环氧沥青A组分乳液为：230-280重量份；环氧沥青B组分乳液为10-60重量份；水：135-180重量份；减水剂：0.5-10重量份；消泡剂：0-5重量份；所述干料成分包括：水泥25-35%、膨胀剂0.1-3%、铝粉0.001-0.3%，其余为砂；；所述环氧沥青A组分乳液为双酚A型的环氧树脂乳液，固含量为55%-65%；环氧沥青B组分乳液为乳化沥青，包括以下成分，以质量百分比计，改性沥青：55%-65%；离子乳化剂：1%-5%；非离子乳化剂：0-1%；稳定剂：0.02%-2.0%，余量水。

本发明所述减水剂为聚羧酸系系列产品。所述消泡剂为水性有机硅类产品。所述膨胀剂中含有重量比为水泥和铝粉的1%-2.5%，细度为200-250目的铝粉。

所述环氧沥青B组分乳液中的改性沥青由石油沥青改性而成，所使用的改性剂是顺丁烯二酸酐、乙烯—醋酸乙烯共聚物、低密度聚乙烯、SBS、SBR中的一种；然后加入反应的环氧树脂的固化剂包括二乙烯三胺，三乙烯四胺，乙二胺，二乙胺，三乙胺，三乙醇胺中的一种或几种制备而得。非离子乳化剂包括：辛基酚聚环氧乙烷8醚或辛基酚聚环氧乙烷10醚或辛基酚聚环氧乙烷12醚中任意一种或二种以上混合物。稳定剂包括纤维素、聚乙烯醇、明胶、聚醚、氯化铵、氯化钠、氯化钙中的一种或几种的混合物。这种稳定剂，能够增加乳化沥青体系的稳定性，同时也能够改善水泥乳化沥青砂浆的施工性能，一定程度防止砂浆产生分层和离析。

一种环氧沥青水泥砂浆的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1）制备环氧沥青A组分乳液，将环氧树脂经过乳化形成固含量为55%-65%的双酚A型的环氧树脂乳液；

2）制备环氧沥青B组分乳液，将石油沥青改性得到改性沥青，将已经预热的改性沥青升温至120-150℃，以质量百分比计，把改性沥青：55%-65%；离子乳化剂：1%-5%；非离子乳化剂：0-1%；稳定剂：0.02%-2.0%，在30-50℃的水中溶解完全配制成乳化液，用碱调整pH=9-12,通过胶体磨，制得改性乳化沥青；

3）按照下述配比准备各种原料，干料：1350-1560重量份；环氧沥青A组分乳液为：230-280重量份；环氧沥青B组分乳液为10-60重量份；水：135-180重量份；减水剂：0.5-10重量份；消泡剂：0-5重量份；干料成分包括：水泥25-35%、膨胀剂0.1-3%、铝粉0.001-0.3%，其余为砂；

4）加入环氧沥青A组分乳液和环氧沥青B组分乳液，同时加入水、减水剂，并搅拌；此处可采用30r/min低速搅拌1分钟。

5）加入消泡剂，搅拌，使液态原料混合均匀；此处可采用低速搅拌。

6）搅拌加干料，此处可采用100r/min中速搅拌。

7）干料加完后，立即用100-150r/min高速搅拌80-120s,然后用小于30r/min低速搅拌50-70s；

8）卸料，灌浆，得到环氧沥青水泥砂浆。

所述搅拌时间为参考时间，以砂浆拌合均匀为准。水泥乳化沥青砂浆拌合采用移动式砂浆搅拌车进行。成品仓中有水泥乳化沥青砂浆时应保持成品仓低速搅拌（约25r/min）。

本发明制备过程中无有害气体产生，对环境无污染。

一种环氧沥青水泥砂浆在无砟轨道上的应用，特别是用在客运专线CRTS Ⅱ型板式无砟轨道中效果显著。具有良好的环境适应性能和服役性能，具有优异的抗冻性能和耐疲劳性能。满足了高速铁路和客运专线技术要求。

本发明中所采用的干料满足表1指标要求，其中，（1）D5表示出机扩展度；D30表示30min扩展度。（2）当干料膨胀率不满足要求而水泥沥青砂浆膨胀率满足要求时，可对此值不作要求。（3） 附录是指《客运专线铁路铁路CRTSII型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》的附录。

表1  干料的性能指标要求

本发明的乳化沥青满足表2的指标要求，其中，（1） 当乳化沥青实际使用中经过低温贮存和运输时，进行此项检测。（2） 当采用改性沥青制备乳化沥青时，按此项进行蒸发残留物延度检测。（3） 附录是指《客运专线铁路铁路CRTSII型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》的附录A。

表2 乳化沥青的性能指标要求

本发明所采用乳化沥青的平均粒径性能参数满足《客运专线铁路铁路CRTSII型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》，优选地，本发明的砂浆所采用的乳化沥青的平均粒径可以为小于等于5um，模数粒径可以为小于等于3um。

本发明所采用的沥青是满足GN/T15180-2000要求的重交通道路石油沥青改性而成。

本发明首先将沥青功能化改性，见图1和图2，使其本身具有优异性能的同时也作为环氧树脂的固化剂，然后通过胶体磨等高速分散机械把化学改性的沥青进行乳化。

本发明通过化学改性普通基质沥青制得改性沥青，利用该改性沥青制备改性乳化沥青，在体系中掺环氧树脂乳液，一方面环氧树脂具有对乳化沥青改性的作用，降低温度敏感性，提高其性能。另外一方面环氧树脂能够和乳化沥青发生固化反应，形成立体互穿网络结构的、环氧沥青与水泥基材料存在化学键结合的有机-无机复合材料，具有服役温度域宽，耐候性优异，耐化学腐蚀性强，使用寿命长。

附图说明

图1  顺酐化改性沥青的机理示意图。

图2 羧酸化改性沥青的机理示意图。

图3 酰胺化改性的沥青的机理示意图。

具体实施方式

实施例1

按照配比准备各原料，称取干粉料1460千克，环氧沥青乳液A、B组分分别为231.6千克和38.6千克（其中A:B=1:6，A和B组分的固含量都是60%。），水170千克，减水剂5.5千克，消泡剂0.5千克。干粉料中的水泥为铜陵产海螺牌P.II.525硅酸盐水泥。干粉料中砂的细度模式1.4-1.7.消泡剂为河南道纯有限公司的水性有机硅消泡剂。减水剂为福州创先新材料有限公司的聚羧酸系减水剂。

按照以下的工艺制备：

a、按照配比准备各种原料。

b、加入环氧沥青乳液A、B组分，同时加入水、减水剂，并低速搅拌（30r/min)1分钟。

c、加入消泡剂，低速搅拌（30r/min)15s，待液态原料混合均匀。

d、中速搅拌（100r/min）加干料。 

e、干粉加完后，立即高速搅拌（120r/min）100s,然后低速搅拌60s。

f、卸料，卸料时间30s。

g、出料成型进行型式检测、灌浆，得到环氧沥青水泥砂浆。

成品仓中有水泥乳化沥青砂浆时应保持成品仓低速搅拌（约25r/min）。

所述搅拌时间为参考时间，以砂浆拌合均匀为准。

环氧沥青水泥砂浆拌合可以采用移动式砂浆搅拌车进行。本发明制备过程中无有害气体产生，对环境无污染。

实施例2

按照配比准备各原料，称取干粉料1455千克，环氧沥青乳液A、B组分分别为214.2千克和35.7千克（其中A:B=1:6，A和B组分的固含量都是60%。），水175千克，减水剂6.0千克，消泡剂0.6千克。干粉料中的水泥为铜陵产海螺牌P.II.525硅酸盐水泥。干粉料中砂的细度模式1.4-1.7.消泡剂为河南道纯有限公司的水性有机硅消泡剂。减水剂为天津雍阳有限公司的聚羧酸系减水剂。

按照以下的工艺制备：

a、按照配比准备各种原料。

b、加入环氧沥青乳液A、B组分，同时加入水、减水剂，并低速搅拌（30r/min)1分钟。

c、加入消泡剂，低速搅拌（30r/min)15s，待液态原料混合均匀。

d、中速搅拌（100r/min）加干料。 

e、干粉加完后，立即高速搅拌（120r/min）100s,然后低速搅拌60s。

f、卸料，卸料时间30s。

g、出料成型进行型式检测、灌浆，得到环氧沥青水泥砂浆。

成品仓中有水泥乳化沥青砂浆时应保持成品仓低速搅拌（约25r/min）。

所述搅拌时间为参考时间，以砂浆拌合均匀为准。

环氧沥青水泥砂浆拌合可以采用移动式砂浆搅拌车进行。

实施例3

按照配比准备各原料，称取干粉料1460千克，环氧沥青乳液A、B组分分别为227.5千克和32.5千克（其中A:B=1:7，A和B组分的固含量都是60%。），水168千克，减水剂5.0千克，消泡剂0.5千克。干粉料中的水泥为铜陵产海螺牌P.II.525硅酸盐水泥。干粉料中砂的细度模式1.4-1.7.消泡剂为河南道纯有限公司的水性有机硅消泡剂。减水剂为福州创先新材料有限公司的聚羧酸系减水剂。

按照以下的工艺制备：

a、按照配比准备各种原料。

b、加入环氧沥青乳液A、B组分，同时加入水、减水剂，并低速搅拌（30r/min)1分钟。

c、加入消泡剂，低速搅拌（30r/min)15s，待液态原料混合均匀。

d、中速搅拌（100r/min）加干料。 

e、干粉加完后，立即高速搅拌（120r/min）100s,然后低速搅拌60s。

f、卸料，卸料时间30s。

g、出料成型进行型式检测、灌浆，得到环氧沥青水泥砂浆。

成品仓中有水泥乳化沥青砂浆时应保持成品仓低速搅拌（约25r/min）。

所述搅拌时间为参考时间，以砂浆拌合均匀为准。

环氧沥青水泥砂浆拌合可以采用移动式砂浆搅拌车进行。

参比实例4

按照配比准备各原料，称取干粉料1460千克，环氧沥青乳液B组分为250千克（B组分的固含量是60%，本实例中不加环氧树脂乳液。），水165千克，减水剂5.5千克，消泡剂0.5千克。干粉料中的水泥为铜陵产海螺牌P.II.525硅酸盐水泥。干粉料中砂的细度模式1.4-1.7.消泡剂为河南道纯有限公司的水性有机硅消泡剂。减水剂为福州创先新材料有限公司的聚羧酸系减水剂。

按照以下的工艺制备：

a、按照配比准备各种原料。

b、加入环氧沥青乳液B组分，同时加入水、减水剂，并低速搅拌（30r/min)1分钟。

c、加入消泡剂，低速搅拌（30r/min)15s，待液态原料混合均匀。

d、中速搅拌（100r/min）加干料。 

e、干粉加完后，立即高速搅拌（120r/min）100s,然后低速搅拌60s。

f、卸料，卸料时间30s。

g、出料成型进行型式检测、灌浆，得到水泥砂浆。

成品仓中有水泥乳化沥青砂浆时应保持成品仓低速搅拌（约25r/min）。

所述搅拌时间为参考时间，以砂浆拌合均匀为准。

水泥砂浆拌合可以采用移动式砂浆搅拌车进行。

水泥乳化沥青砂浆性能测试结果见表3，其中： （1） D₅表示砂浆出机扩展度；D₃₀表示砂浆出机30min时的扩展度；t₂₈₀表示砂浆扩展度达280mm时所需的时间。表明本发明所述的环氧沥青水泥砂浆服役温度域宽，耐候性优异，耐化学腐蚀性强，使用寿命长。

本发明用在客运专线CRTS Ⅱ型板式无砟轨道中，效果显著。具有良好的环境适应性能和服役性能，具有优异的抗冻性能和耐疲劳性能。满足了高速铁路和客运专线技术要求。

表3   水泥乳化沥青砂浆性能测试结果

Claims (7)

1.一种环氧沥青水泥砂浆，其特征在于：该环氧沥青水泥砂浆包括干料、环氧沥青A组分乳液、环氧沥青B组分乳液、水、减水剂、消泡剂；按重量份计，各组分配比为：干料：1350-1560重量份；环氧沥青A组分乳液为：230-280重量份；环氧沥青B组分乳液为10-60重量份；水：135-180重量份；减水剂：0.5-10重量份；消泡剂：0-5重量份；所述干料成分包括：水泥25-35%、膨胀剂0.1-3%、铝粉0.001-0.3%，其余为砂；所述环氧沥青A组分乳液为双酚A型的环氧树脂乳液，固含量为55%-65%；环氧沥青B组分乳液为乳化改性沥青，包括以下成分，以质量百分比计，改性沥青：55%-65%；离子乳化剂：1%-5%；非离子乳化剂：0-1%；稳定剂：0.02%-2.0%，余量水；所述改性沥青由石油沥青改性而成，所使用的改性剂是顺丁烯二酸酐、乙烯—醋酸乙烯共聚物、低密度聚乙烯、SBS、SBR中的一种或几种；然后加入二乙烯三胺，三乙烯四胺，乙二胺，二乙胺，三乙胺，三乙醇胺中的一种或几种制备而得。

2.根据权利要求1所述的环氧沥青水泥砂浆，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸系系列产品。

3.根据权利要求1所述的环氧沥青水泥砂浆，其特征在于：所述消泡剂为水性有机硅类产品。

4.根据权利要求1所述的环氧沥青水泥砂浆，其特征在于：所述环氧沥青B组分乳液中非离子乳化剂包括：辛基酚聚氧乙烯醚。

5.根据权利要求1所述的环氧沥青水泥砂浆，其特征在于：所述环氧沥青B组分乳液中稳定剂包括纤维素、聚乙烯醇、明胶、聚醚、氯化铵、氯化钠、氯化钙中的一种或几种的混合物。

6.一种权利要求1所述环氧沥青水泥砂浆的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1）制备环氧沥青A组分乳液，将环氧树脂经过乳化形成固含量为55%-65%的双酚A型的环氧树脂乳液；

2）制备环氧沥青B组分乳液，将石油沥青改性得到改性沥青，将已经预热的改性沥青升温至120-150℃，以质量百分比计，把改性沥青：55%-65%；离子乳化剂：1%-5%；非离子乳化剂：0-1%；稳定剂：0.02%-2.0%，在30-50℃的水中溶解完全配制成乳化液，用碱调整pH=9-12,通过胶体磨，制得改性乳化沥青；

3）按照下述配比准备原料，干料：1350-1560重量份；环氧沥青A组分乳液为：230-280重量份；环氧沥青B组分乳液为10-60重量份；水：135-180重量份；减水剂：0.5-10重量份；消泡剂：0-5重量份；干料成分包括：水泥25-35%、膨胀剂0.1-3%、铝粉0.001-0.3%，其余为砂；

4）加入环氧沥青A组分乳液和环氧沥青B组分乳液，同时加入水、减水剂，并搅拌；

5）加入消泡剂，搅拌，使液态原料混合均匀；

6）搅拌加干料；

7）干料加完后，立即用100-150r/min高速搅拌80-120s,然后用小于30r/min低速搅拌50-70s；

8）卸料，灌浆，得到环氧沥青水泥砂浆。

7.一种权利要求1所述环氧沥青水泥砂浆在无砟轨道上的应用。

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