CN102503296A - 一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆及其制备、施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑材料及其制备方法、施工方法。一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆，其特征在于它由包含水泥、细骨料、膨胀剂、铝粉、高水泥适应性乳化沥青、水、高效缓凝型减水剂和消泡剂原料制备而成，各原料所占重量份为：水泥100份，细骨料135～175份，膨胀剂10～15份，铝粉0.002～0.005份，乳化沥青40～50份，水20～40份，减水剂0.8～1.2份，消泡剂0.03～0.08份，并采用与高温天气配套的预湿工艺及灌注工艺。在高温(30～40℃)天气下工作性能良好，施工过程精确可控，砂浆灌注饱满，揭板后无贯穿孔、大面积气泡空腔等有质量缺陷；表面气泡面积＜1％，1～3cm气泡面积＜0.05％。本发明可解决高温下水泥沥青砂浆工作性损失过大、施工时砂浆灌注困难的问题。

Description

一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆及其制备、施工方法

技术领域

本发明涉及一种建筑材料及其制备方法、施工方法，特别是涉及一种高温下用于高速铁路板式无砟轨道充填层的水泥沥青砂浆(CA砂浆)及其制备方法，以及其施工方法。

背景技术

水泥沥青砂浆是一种应用于高速铁路板式无砟轨道充填层的关键结构材料，主要由水泥、乳化沥青、细骨料及各种外加剂组成，主要起弹性减振、调整轨道精度、支撑列车重量的作用，对保证轨道平顺性及运行舒适性、安全性起着重要的作用。

水泥沥青砂浆的可工作时间是保证砂浆施工顺利进行的关键指标，而水泥沥青砂浆的工作性能受原材料、配方及温度的影响很大，特别是在高温下砂浆可工作时间明显缩短，严重时甚至失去工作性。因此，在水泥沥青砂浆暂行技术规范中，对水泥沥青砂浆的原料温度及砂浆温度都有着严格的要求(原料储存温度及施工温度范围为5～35℃)。但实际施工中，某些炎热地区的夏季平均气温就已达到35℃，这对水泥沥青砂浆的施工性能提出了严峻的要求，水泥沥青砂浆必须在高温下仍具有良好的工作性能，以保证施工进度，节约施工成本，确保施工质量。

高温天气下水泥沥青砂浆的工作性能损失需要从材料本身及现场施工工艺两方面来解释。从材料角度来说，在新拌水泥沥青砂浆中，水泥颗粒及沥青颗粒是呈悬浮状态分布的，此时体系中同时进行着水泥水化及乳化沥青破乳两个反应：

1、水泥水化

水泥颗粒遇水后，水泥颗粒表面很快发生水化反应，Ca²⁺与OH^-进入溶液，而在水泥颗粒表面形成带负电的富硅层，Ca²⁺被吸附到水泥颗粒表面从而形成双电层结构，而双电层产生的Zeta电势使水泥颗粒在悬浮液中保持稳定，但水泥颗粒会继续与水不断反应，这样使得颗粒周围的溶液很快饱和。当达到一定的过饱和度后，Ca(OH)₂析晶，双电层效应减弱或消失，不断增多的水化产物的相互接触连结形成凝胶体。水泥浆逐渐失去塑性，出现凝结现象。

2、乳化沥青的破乳

水泥水化不可避免的对乳化沥青稳定性产生不利影响，主要包括如下几方面：首先水泥水化会消耗大量自由水，使乳化沥青固含量升高，沥青颗粒间的空间被压缩，颗粒相互聚集容易产生团聚的现象；此外，水泥水化产生的Ca²⁺、Al³⁺会对乳化沥青的双电层结构产生不利影响，使Zeta电位向等电点方向改变，沥青颗粒间的静电斥力减弱，从而使沥青颗粒相互聚并破乳。

温度升高会显著促进水泥的水化速度，促进水泥凝结及乳化沥青破乳，进而明显缩短了水泥沥青砂浆的可工作时间。

从现场施工工艺来说，水泥沥青砂浆的流动状态还与板腔的预湿状态有关。水泥沥青砂浆是种高流态的灌浆材料，特别是对II型砂浆而言，砂浆是依靠自身重力在板下6.25*2.45*0.03m³的狭长空间流动，空间上下部分均为预制混凝土，为保证灌注质量，在灌注之前需对板腔空间进行润湿，润湿的状态与效果对水泥沥青砂浆的流动有重要的影响。润湿不足，会使砂浆流动困难，且使砂浆容易与混凝土表面的气孔发生气液交换，而在砂浆内部形成贯穿气孔；润湿过度，会使板腔内砂浆的自由水增大，容易产生浮浆、砂浆分层及自由水蒸发引起的大面积气泡空腔，影响板下砂浆灌注质量。而在高温炎热天气下，轨道板及底座板的温度可达到60℃，这就使得预湿程度更加难以控制。

此外，砂浆的灌注节奏控制对砂浆的灌注效果及施工性能有重要的影响。之前的普通灌注技术其灌注节奏及灌注效果不可控，特别是在高温天气这种复杂工况下，如果灌注速度与节奏控制不好，特别容易出现浮浆、贯穿孔及气泡空腔等缺陷。

现已公开的有关水泥沥青砂浆专利中，涉及到高温下水泥沥青砂浆施制备及施工技术的专利较少。中国专利201110042766.2介绍了一种耐高温的水泥沥青砂浆。申请者认为影响水泥沥青砂浆流动性损失的关键因素是乳化沥青的稳定性，而水泥水化产生的Ca²⁺、Mg²⁺会对乳化沥青产生较大的破坏作用。因此申请者通过加入少量螯合剂与水泥水化产生的Ca²⁺、Al³⁺发生螯合反应，在较长时间内保持砂浆中离子的浓度，从而保持乳化沥青的稳定性，提高水泥沥青砂浆的耐温性能。

中国专利201110042842.X介绍了一种温度敏感性低的水泥沥青砂浆，其基本原理为通过使用缓凝组分及早强组分复合控制水泥的水化速度，实现前期水化速度慢(保证灌注速度)、中后期水化迅速(保证正常凝结)，从而降低砂浆的温度敏感性，增加砂浆的温度施工范围。申请者通过使用硼酸或硼酸盐等缓凝组分与水泥中C₃A反应生成包裹物，减慢水泥的水化速度；而缓凝组分与水泥反应结束后，通过引入早强剂加速水泥的水化，使砂浆在较短时间内失去流动性并最终凝结。

以上两专利均只涉及到耐高温砂浆的配制，即仅从材料角度延长了砂浆的可工作时间。为保证高温天气下水泥沥青砂浆施工顺利进行，还必须有精细可控的施工工艺予以配套。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆及其制备方法，以及施工方法，可解决高温下水泥沥青砂浆工作性损失过大、施工时砂浆灌注困难的问题，所述高温为30～40℃。

由之前分析可知，要解决高温下水泥沥青砂浆的施工困难问题，一方面要从材料入手，通过原材料及配合比的调整，保证砂浆的稳定性，延长砂浆的可工作时间；另一方面，要从施工技术入手，调整灌注施工工艺，通过原材料配合比及施工工艺的共同调整保证高温下水泥沥青砂浆的可工作时间。

在原材料的调整上，本发明的思路在于通过水化层胶体保护技术来提高乳化沥青的水泥适应性，保证乳化沥青与水泥拌和时的稳定性，从而改善水泥沥青砂浆的工作性能，这一思路通过引入多EO数长分子链的非离子乳化剂(即辅助乳化剂)来实现。一方面水分子由于氢键作用吸附在非离子乳化剂的聚醚基团周围，形成较厚的水化层，起到良好的屏障作用，提高沥青颗粒相互聚并时的阻力，改善乳化沥青的稳定性；另一方面多EO数乳化剂的分子链较长，在沥青颗粒相互碰撞挤压时可以起到良好的空间位阻作用；并且非离子乳化剂的基团不带有电荷，可以形同楔子一样嵌入到主乳化剂的周围，提高界面膜的致密性，降低水泥水化生成的离子对沥青颗粒界面膜结构的影响。此外，通过多EO数非离子乳化剂的引入，还可以调整复合乳化剂的HLB值，改善沥青的乳化效果。

这里需要注意的是，非离子乳化剂EO数的选择要恰当，不可过高或过低；过低，EO数过少，EO数吸附的水分子过少，不能形成足够的水化层及屏障作用；EO数过多，吸附的水分子过多，水化层过厚，沥青颗粒的稳定性过高，会影响水泥的水化及砂浆的强度。经过反复试验，确定EO数30～60为宜(即烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或两种任意配比的混合物)。

为解决高温下水泥沥青砂浆施工时预湿程度不易控制的问题，本发明提出预湿工艺精细管控方法，其主要施工要点在于采取循环多次预湿工艺，以确保板腔具有适宜湿度；并衔接好预湿与砂浆灌注的时间，确保润湿后砂浆灌注能够紧跟进行。

为实现本发明目的，本发明所采取的技术方案是：一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆，其特征在于它由包含水泥、细骨料、膨胀剂、铝粉、乳化沥青、水、减水剂和消泡剂原料制备而成，各原料所占重量份为：水泥100份，细骨料135～175份，膨胀剂10～15份，铝粉0.002～0.005份，乳化沥青40～50份，水20～40份，减水剂0.8～1.2份，消泡剂0.03～0.08份。

所述的水泥宜采用标号42.5或52.5的硅酸盐水泥。

所述的细骨料宜采用最大粒径不超过1.18mm的河砂或机制砂。

所述的膨胀剂宜采用U型膨胀剂，而其他类型膨胀剂效果较差。

所述的铝粉为200～250目鳞片状。

所述的减水剂为高效缓凝型聚羧酸类减水剂，其减水率约为30％。

所述的消泡剂宜采用有机硅类消泡剂，其他类型膨胀剂效果较差。

所述的乳化沥青为高水泥适应性乳化沥青，它由基质沥青、复合乳化剂、水和pH调节剂混合而成，各组分所占重量份为：基质沥青58～63份，复合乳化剂2～4份，pH调节剂0～2份，水32～40份；其中复合乳化剂由阴离子型乳化剂与具有水化层胶体保护能力的辅助乳化剂复配得到，复合乳化剂中阴离子型乳化剂所占的重量份为1.5～3份，复合乳化剂中辅助乳化剂所占的重量份为0.2～0.8份。

所述的基质沥青为石油沥青。为符合客运专线铁路无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件规定的石油沥青。

所述的阴离子型乳化剂可以是烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基醚硫酸盐、烷基酚醚硫酸盐中的任意一种或任意二种以上(含任意二种)任意配比的混合物(任意二种以上混合时为任意配比)；具有水化层胶体保护能力的辅助乳化剂为EO数为30-60的烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或两种任意配比的混合物。

所述的pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种。

上述一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)乳化沥青的制备：按各组分所占重量份为：基质沥青58～63份，复合乳化剂2～4份，pH调节剂0～2份，水32～40份，选取基质沥青、复合乳化剂、水和pH调节剂，备用；将复合乳化剂、pH调节剂溶于50～65℃的水中配制皂液；将基质沥青加热到120～140℃得到热基质沥青，将皂液与热基质沥青同时加入到胶体磨，经过高速剪切后得到乳化沥青；其中，复合乳化剂由阴离子型乳化剂与辅助乳化剂复配得到，复合乳化剂中阴离子型乳化剂所占的重量份为1.5～3份，复合乳化剂中辅助乳化剂所占的重量份为0.2～0.8份；

2)按各原料所占重量份为：水泥100份，细骨料135～175份，膨胀剂10～15份，铝粉0.002～0.005份，乳化沥青40～50份，水20～40份，减水剂0.8～1.2份，消泡剂0.03～0.08份，选取水泥、细骨料、膨胀剂、铝粉、乳化沥青、水、减水剂和消泡剂；将水泥、细骨料、膨胀剂及铝粉按比例配制成干混料备用；再将水、乳化沥青、减水剂、消泡剂加入到搅拌机内以50～70r/min转速搅拌均匀，然后将干混料加入到搅拌机内后再以100～140r/min搅拌3～4min以保证分散均匀，最后再慢速搅拌3～4min(50～70r/min转速)，得到用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆。

用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆在45℃下初始流动度为90～110s，初始扩展度D₅＝320～340mm，30min扩展度D₃₀＝310～330mm，可工作时间＞45min。在环境气温为30～40℃的高温天气下施工时，采用紧跟循环润湿与润湿程度控制的润湿工艺，采用水泥乳化沥青砂浆灌注节奏与灌注压头控制的施工方法。

上述用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的施工方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)预润湿：在用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆灌注前2小时使用喷头为直立式喷头的高压水枪沿轨道板的长度方向对轨道板及底座板之间的板腔注水进行首次润湿，控制板腔内相对湿度达到100％，保证润湿充分且无明水聚集(30分钟内控制板腔3内相对湿度＞90％)；

2)封边、保湿：首次润湿后立即用浸水土工布以及角钢对轨道板与底座板之间四周进行封边处理形成密闭板腔空间，并用浸水土工布封堵轨道板上的灌注口、2个观察口，以及轨道板两端排浆口(此阶段控制板腔3内相对湿度＞80％)；

3)二次润湿：水泥沥青砂浆灌注前半小时，采用旋转式喷头高压水枪依次从第一个观察口、灌注口、第二个观察口伸入到板腔中，注水旋转1～2圈，以保证润湿均匀，此时控制板腔内相对湿度＞85％(此阶段控制板腔3内相对湿度＞85％)；轨道板、底座板均采用现有标准(包括第一个观察口、灌注口、第二个观察口)；

4)灌注施工：将用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆从灌注口中灌注入板腔内，直至水泥沥青砂浆灌满；

为解决高温天气下水泥沥青砂浆灌注不可控、揭板后质量缺陷较多的情况，本发明提出配套的高温天气乳化沥青灌注工艺，这一灌注工艺主要包括灌注时间、灌注压头及灌注节奏的控制；

①灌注时间控制：

T1：灌注开始，水泥沥青砂浆断面下部前端到达观察孔内侧的时间，s；

T2：灌注开始，到从轨道板两端排浆口观察到水泥沥青砂浆到达的时间，s；

T3：灌注开始到板腔内所有空间被水泥沥青砂浆灌满的时间，s；

控制参数包括：T1，T2，T3，由于直线段与曲线段的灌注工艺的区别，灌注时间略有差异；

通过灌注阀门控制砂浆流量从而控制T1＝50～70s；T2＝100～120s，T3＝200～240s；

②压头高度控制：

灌注砂浆过程中保持水泥沥青砂浆灌注压力至关重要，灌注压头(图7中H值)过高，砂浆流速过快宜卷入空气，压头过低砂浆流动过程中不宜保持全断面推进的流动状态，为此除控制砂浆的流变参数之外，控制好灌注过程的压头大小是非常重要的工艺环节，H值根据砂浆性能调整；

从灌注开始，水泥沥青砂浆断面下部前端到达观察孔内侧时灌注孔内砂浆第一压头H1＝12～14cm；从轨道板两端排浆口观察到水泥沥青砂浆到达时灌注孔内砂浆第二压头H2＝8～10cm；板腔内所有空间被水泥沥青砂浆灌满时灌注孔内砂浆第三压头H3＝5～8cm。

灌注节奏控制：所谓灌浆节奏控制法是指在灌注各阶段中(T1，T2，T3)要适当调节砂浆灌注压头H值大小，在保持砂浆稳定推进的过程中控制砂浆的流速，逐步排除砂浆灌注过程中板腔内的空气。灌注初始，灌注速度慢，以排出灌注管道中的气体及轨道板腔内可能存在的积水，避免将气泡带入砂浆及润湿过度存在的明水在砂浆表面蒸发形成气泡空腔；当砂浆形成连续流态、灌注液面上升到与轨道板底基本平齐后采用快速灌注方法，保持砂浆压头H，稳定使砂浆以“全断面”流动状态流动(如图7所示)，以减少气体带入砂浆；当砂浆流动至观察孔时，板腔中气压较大，砂浆流动阻力较高，要通过减少H值减小灌注流速，使空腔内的气体缓缓排出。但整个灌注过程中，H值要保持稳定，各阶段灌注过程中ΔH值小于10cm。

为避免板腔润湿过度存在的水分影响砂浆灌注后的质量，还可在进行封边处理时，在板腔四角的底座板上预设长度为100～150mm、深度2～5mm、宽度为10～15mm的凹槽做为排水缝，排水缝与板腔相连通，以使水泥沥青砂浆在灌注推进过程中排除多余的水分，并要根据板腔内部水量的多少，控制水泥沥青砂浆灌注速度，以利于积水的排除，避免板腔润湿过度存在的水分影响砂浆灌注后的质量。

本发明的有益效果是：在高温(30～40℃)天气下工作性能良好，实验室45℃下可工作时间＞45min，施工过程精确可控，砂浆灌注饱满，揭板后无贯穿孔、大面积气泡空腔等有质量缺陷；表面气泡面积＜1％，1～3cm气泡面积＜0.05％。本发明可解决高温下水泥沥青砂浆工作性损失过大、施工时砂浆灌注困难的问题。

附图说明

图1是高温天气下水泥沥青砂浆施工时预湿工艺的控制图；

图2是首次润湿时所采用的直立式喷头的结构示意图；

图3是第二次润湿时所采用的旋转式喷头的结构示意图；

图4是本发明水泥沥青砂浆施工时首次预湿工艺图；

图5是本发明水泥沥青砂浆施工中排水缝的设置图；

图6是高速铁路轨道板的示意图；

图7a是本发明水泥沥青砂浆灌注进程1的控制图；

图7b是本发明水泥沥青砂浆灌注进程2的控制图；

图7c是本发明水泥沥青砂浆灌注进程3的控制图。

其中：1-轨道板，2-底座板，3-板腔，4-灌注口，5-观察口，6-水泥沥青砂浆，7-封边角钢，8-排水缝，9-直立式喷头，10-旋转式喷头，11-轨道板两端排浆口。

具体实施方式

为了更好的说明本发明，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容不局限于下面的实施例。

实施例1

一、一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的制备方法，它包括如下步骤：

1)乳化沥青的制备：各组分所占重量份见表1；将复合乳化剂、pH调节剂溶于50～65℃的水中配制皂液；将基质沥青加热到120～140℃得到热基质沥青，将皂液与热基质沥青同时加入到胶体磨，经过高速剪切后得到乳化沥青；其中，复合乳化剂由阴离子型乳化剂与辅助乳化剂复配得到(所占的重量份见表1)。

所述的基质沥青为石油沥青(韩国SK-70#石油沥青)，为符合客运专线铁路无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件规定的石油沥青。

所述的阴离子型乳化剂为十二烷基苯磺酸钠；辅助乳化剂为EO数为50的脂肪醇聚氧乙烯醚。

所述的pH值调节剂为氨水。

现有普通乳化沥青的配方如表2中对比实施例1所示。

2)按表3中各原料所占重量份，选取水泥、细骨料、膨胀剂、铝粉、乳化沥青、水、减水剂和消泡剂；将水泥、细骨料、膨胀剂及铝粉按比例配制成干混料备用；再将水、乳化沥青、减水剂、消泡剂等液体物料加入到水泥沥青砂浆搅拌机内以50～70r/min转速慢速搅拌均匀，然后将干混料缓慢加入到搅拌机内后再以100～140r/min快速搅拌3～4min以保证分散均匀，最后再慢速搅拌3～4min(50～70r/min转速)，得到用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆。

所述的水泥为华新42.5的硅酸盐水泥。

所述的细骨料采用最大粒径不超过1.18mm的河砂或机制砂。

所述的膨胀剂为武汉三源特种建材有限责任公司生产的U型膨胀剂。

所述的铝粉为200～250目鳞片状。

所述的减水剂为北京新中岩建材科技有限公司生产的高效缓凝型聚羧酸类减水剂，其减水率约为30％。

所述的消泡剂为巴斯夫生产的非离子硅氧烷类消泡剂。

为了模拟对比高温天气下采用本发明的水泥沥青砂浆与普通水泥沥青砂浆的工作性能差异，分别在45℃下恒温72h，结果如表5实施例1所示(普通乳化沥青与本发明的对比)。

为了对比不同EO数的辅助乳化剂制备的乳化沥青对水泥沥青砂浆工作性能及力学性能的影响规律，分别采用EO数为10、20、30、40、50、60、70、80的脂肪醇聚氧乙烯醚做为辅助乳化剂来制备乳化沥青，实验配合比如表1中实施例1所示，普通乳化沥青配合比如表2中对比实施例1所示，水泥沥青砂浆配合比如表3中实施例1所示。不同EO数对水泥沥青砂浆性能的影响规律如表4所示。

表1本发明乳化沥青的配合比(各组分所占重量份)

表2现有普通乳化沥青配合比(各组分所占重量份)

表3本发明用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的配合比

表4不同EO数对水泥沥青砂浆工作性能及强度的影响

注：a*即为不使用非离子乳化剂的普通乳化沥青。b*，可工作时间测试方法为，从砂浆搅拌完毕出锅开始计时，每隔10分钟取1L试样进行一次流动度试验，并绘出流动度曲线，即流动度与时间的对应关系。砂浆在规范规定的流动度范围内(80～120s)内可持续的时间，即为砂浆的可工作时间(以min计)。

由表4可知，具有多EO数的非离子乳化剂制备的乳化沥青具有较好的水泥适应性。随着EO数的增多，配制的水泥沥青砂浆在高温下的可工作时间明显延长，但同时也会降低砂浆的强度，EO数较少时其吸附的水分子较少，起到的胶体保护作用较弱，砂浆的可工作时间没有明显改善，因此综合考虑砂浆的可工作时间及力学性能，非离子乳化剂的EO数在30～60为宜。

表5高温天气下(45℃)水沥青砂浆工作性能

二、上述用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的施工方法，它包括如下步骤：

1)预润湿(如图1、2所示)：在用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆灌注前2小时使用喷头为直立式喷头9(如图2所示)的高压水枪沿轨道板1的长度方向对轨道板及底座板之间的板腔3(如图4所示)注水进行首次润湿(如图4所示，箭头表示直立式喷头运动方向)，控制板腔3内相对湿度达到100％，保证润湿充分且无明水聚集(30分钟内控制板腔3内相对湿度＞90％)；

2)封边、保湿：首次润湿后立即用浸水土工布以及角钢对轨道板与底座板之间四周进行封边处理形成密闭板腔空间，并用浸水土工布封堵轨道板1上的灌注口4(如图6、7所示，或称灌注孔)、2个观察口5(如图6、7所示，或称观察孔)，以及轨道板两端排浆口11(如图6中所示)(此阶段控制板腔3内相对湿度＞80％)；

3)二次润湿：水泥沥青砂浆灌注前半小时，采用旋转式喷头(如图3中所示)高压水枪依次从第一个观察口、灌注口、第二个观察口(图6、7中5-4-5顺序)伸入到板腔中，注水缓慢旋转1～2圈，以保证润湿均匀，此时控制板腔内相对湿度＞85％(该润湿控制过程如图1所示)(此阶段控制板腔3内相对湿度＞85％)；轨道板、底座板均采用现有标准(包括第一个观察口、灌注口、第二个观察口)；

4)灌注施工：将用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆从灌注口中灌注入板腔内，直至水泥沥青砂浆灌满；

为解决高温天气下水泥沥青砂浆灌注不可控、揭板后质量缺陷较多的情况，本发明提出配套的高温天气乳化沥青灌注工艺，这一灌注工艺主要包括灌注时间、灌注压头及灌注节奏的控制；

①灌注时间控制：

T1：灌注开始，水泥沥青砂浆断面下部前端到达观察孔内侧的时间，s；

T2：灌注开始到从轨道板两端排浆口(图6中11所示)观察到水泥沥青砂浆到达的时间，s；

T3：灌注开始到板腔内所有空间被水泥沥青砂浆6灌满的时间，s；

控制参数包括：T1，T2，T3，由于直线段与曲线段的灌注工艺的区别，灌注时间略有差异；

通过灌注阀控制砂浆流量进而控制T1＝63s；T2＝110s，T3＝225s；

②压头高度控制：

灌注砂浆过程中保持水泥沥青砂浆灌注压力至关重要，灌注压头(图7中H值)过高，砂浆流速过快宜卷入空气，压头过低砂浆流动过程中不宜保持全断面推进的流动状态，为此除控制砂浆的流变参数之外，控制好灌注过程的压头大小是非常重要的工艺环节，H值根据砂浆性能调整；

从灌注开始，水泥沥青砂浆断面下部前端到达观察孔内侧时灌注孔内砂浆第一压头H1＝13cm；从轨道板两端排浆口(图6中11所示)观察到水泥沥青砂浆到达时灌注孔内砂浆第二压头H2＝9cm；板腔内所有空间被水泥沥青砂浆灌满时灌注孔内砂浆第三压头H3＝5～8cm(图7中所示)。

预湿程度及灌注节奏的控制如表6中实施例1所示。

表6本发明的施工方法

实施例2

一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的制备方法，它包括如下步骤：

1)乳化沥青的制备(一种高水泥适应性的乳化沥青)：其配方按表1中实施例2制备，其中基质沥青为SK-70#石油沥青，阴离子型乳化剂(主乳化剂)为十二烷基苯磺酸钠，非离子乳化剂(辅助乳化剂)为EO数为30的脂肪醇聚氧乙烯醚，pH调节剂为氨水；制备方法同实施例1

现有普通乳化沥青的配方如表2中对比实施例2所示。

2)用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的制备：

除乳化沥青外，其他原材料与实施例1相同。实施配合比及实验结果分别如表3及表5中实施例2所示。

3)用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的施工：

预湿程度及灌注节奏的控制如表6中实施例2所示。

实施例3

一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的制备方法，它包括如下步骤：

1)乳化沥青的制备(一种高水泥适应性的乳化沥青)：其配方按表1中实施例3制备，其中基质沥青为SK-70#石油沥青，阴离子型乳化剂(主乳化剂)为十二烷基苯磺酸钠，非离子乳化剂(辅助乳化剂)为EO数为60的脂肪醇聚氧乙烯醚，pH调节剂为氨水；制备方法同实施例1

现有普通乳化沥青的配方如表2中对比实施例3所示。

2)用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的制备：

除乳化沥青外，其他原材料与实施例1相同。实施配合比及实验结果分别如表3及表5中实施例3所示。

本发明用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的施工：预湿程度及灌注节奏的控制如表6中实施例3所示。

由表5中的实施例结果可以看到，采用本发明制备的水泥沥青砂浆较采用普通技术制备的水泥沥青砂浆可工作时间明显延长，在高温天气下(45℃)下仍具有良好的可工作性能。

由表6中的实施例结果可以看到，普通灌注方法对板腔内的润湿程度及水泥沥青砂浆的灌注节奏均是不可控的，因此在高温天气这种复杂工况下，水泥沥青砂浆的灌注效果无法得到保证，表面直径1～3cm气泡面积所占比例0.1％～0.2％，且容易出现贯穿孔及气泡空腔等质量缺陷；

实施例1中的水泥沥青砂浆工作性能适中，因此板腔润湿程度适中，T1及H1值均控制在均值范围内；

实施例2中的水泥沥青砂浆用水量少，流动度大，说明砂浆的内聚力及粘度较大，因此控制板腔润湿程度稍重，并通过延长T1时间来排除密闭板腔内可能存在的积水；由于砂浆的粘度大，流动较为缓慢，更易形成全断面的流动状态，因此降低初始压头H1；

实施例3中的水泥沥青砂浆流动度较大，因此控制板腔润湿程度稍轻，并可缩短T1时间，通过提高压头H1增大水泥沥青砂浆的灌注压力，保证水泥沥青砂浆在板下的全断面运动状态。

由表6实施例中的结果可知，针对不同的施工温度及水泥沥青砂浆工作性能，采用本发明通过润湿程度及配套的灌注节奏控制可以有效保证板腔内砂浆的全断面运动状态，取得良好的灌注效果。

实施例4

一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的制备方法，与实施例1基本相同，不同之处在于：基质沥青58份，复合乳化剂4份，pH调节剂2份，水36份，复合乳化剂中阴离子型乳化剂所占的重量份为3份，复合乳化剂中辅助乳化剂所占的重量份为0.8份。

所述的阴离子型乳化剂可以是烷基硫酸盐；辅助乳化剂为EO数为30的烷基酚聚氧乙烯醚。

所述的pH值调节剂为氢氧化钠。

施工方法与实施例1相同。

用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆在45℃下初始流动度为90～110s，初始扩展度D₅＝320～340mm，30min扩展度D₃₀＝310～330mm，可工作时间＞45min。说明本发明解决了高温下水泥沥青砂浆工作性损失过大、施工时砂浆灌注困难的问题。

实施例5

一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的制备方法，与实施例1基本相同，不同之处在于：基质沥青60份，复合乳化剂2份，pH调节剂2份，水36份，复合乳化剂中阴离子型乳化剂所占的重量份为1.5份，复合乳化剂中辅助乳化剂所占的重量份为0.2份。

所述的阴离子型乳化剂是烷基醚硫酸盐；辅助乳化剂为EO数为60的烷基酚聚氧乙烯醚。

所述的pH值调节剂为氢氧化钾。

用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆在45℃下初始流动度为90～110s，初始扩展度D₅＝320～340mm，30min扩展度D₃₀＝310～330mm，可工作时间＞45min。说明本发明解决了高温下水泥沥青砂浆工作性损失过大、施工时砂浆灌注困难的问题。

实施例6

一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的制备方法，与实施例1基本相同，不同之处在于：所述的阴离子型乳化剂是烷基酚醚硫酸盐；辅助乳化剂为EO数为30的脂肪醇聚氧乙烯醚。

所述的pH值调节剂为氢氧化钾。

用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆在45℃下初始流动度为90～110s，初始扩展度D₅＝320～340mm，30min扩展度D₃₀＝310～330mm，可工作时间＞45min。说明本发明解决了高温下水泥沥青砂浆工作性损失过大、施工时砂浆灌注困难的问题。

实施例7

一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的制备方法，与实施例1基本相同，不同之处在于：所述的阴离子型乳化剂是烷基硫酸盐和烷基苯磺酸盐的混合物，重量份各占1/2；辅助乳化剂为EO数为50的烷基酚聚氧乙烯醚和EO数为50的脂肪醇聚氧乙烯的混合物，重量份各占1/2。

所述的pH值调节剂为氢氧化钾。

用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆在45℃下初始流动度为90～110s，初始扩展度D₅＝320～340mm，30min扩展度D₃₀＝310～330mm，可工作时间＞45min。说明本发明解决了高温下水泥沥青砂浆工作性损失过大、施工时砂浆灌注困难的问题。

本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (14)

1.一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆，其特征在于它由包含水泥、细骨料、膨胀剂、铝粉、乳化沥青、水、减水剂和消泡剂原料制备而成，各原料所占重量份为：水泥100份，细骨料135～175份，膨胀剂10～15份，铝粉0.002～0.005份，乳化沥青40～50份，水20～40份，减水剂0.8～1.2份，消泡剂0.03～0.08份。

2.根据权利要求1所述的一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆，其特征在于：所述的水泥采用标号42.5的硅酸盐水泥或52.5的硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆，其特征在于：所述的细骨料采用最大粒径不超过1.18mm的河砂或最大粒径不超过1.18mm的机制砂。

4.根据权利要求1所述的一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆，其特征在于：所述的膨胀剂宜采用U型膨胀剂。

5.根据权利要求1所述的一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆，其特征在于：所述的铝粉为200～250目鳞片状。

6.根据权利要求1所述的一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆，其特征在于：所述的减水剂为高效缓凝型聚羧酸类减水剂，其减水率为30％。

7.根据权利要求1所述的一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆，其特征在于：所述的消泡剂宜采用有机硅类消泡剂。

8.根据权利要求1所述的一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆，其特征在于：所述的乳化沥青为高水泥适应性乳化沥青，其由基质沥青、复合乳化剂、水和pH调节剂混合而成，各组分所占重量份为：基质沥青58～63份，复合乳化剂2～4份，pH调节剂0～2份，水32～40份；其中复合乳化剂由阴离子型乳化剂与辅助乳化剂复配得到，复合乳化剂中阴离子型乳化剂所占的重量份为1.5～3份，复合乳化剂中辅助乳化剂所占的重量份为0.2～0.8份。

9.根据权利要求8所述的一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆，其特征在于：所述的基质沥青为石油沥青。

10.根据权利要求8所述的一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆，其特征在于：所述的阴离子型乳化剂是烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基醚硫酸盐、烷基酚醚硫酸盐中的任意一种或任意二种以上任意配比的混合物；辅助乳化剂为EO数为30-60的烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或两种任意配比的混合物。

11.根据权利要求8所述的一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆，其特征在于：所述的pH值调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种。

12.如权利要求1所述的一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)乳化沥青的制备：按各组分所占重量份为：基质沥青58～63份，复合乳化剂2～4份，pH调节剂0～2份，水32～40份，选取基质沥青、复合乳化剂、水和pH调节剂，备用；将复合乳化剂、pH调节剂溶于50～65℃的水中配制皂液；将基质沥青加热到120～140℃得到热基质沥青，将皂液与热基质沥青同时加入到胶体磨，经过高速剪切后得到乳化沥青；其中，复合乳化剂由阴离子型乳化剂与辅助乳化剂复配得到，复合乳化剂中阴离子型乳化剂所占的重量份为1.5～3份，复合乳化剂中辅助乳化剂所占的重量份为0.2～0.8份；

2)按各原料所占重量份为：水泥100份，细骨料135～175份，膨胀剂10～15份，铝粉0.002～0.005份，乳化沥青40～50份，水20～40份，减水剂0.8～1.2份，消泡剂0.03～0.08份，选取水泥、细骨料、膨胀剂、铝粉、乳化沥青、水、减水剂和消泡剂；将水泥、细骨料、膨胀剂及铝粉按比例配制成干混料备用；再将水、乳化沥青、减水剂、消泡剂加入到搅拌机内以50～70r/min转速搅拌均匀，然后将干混料加入到搅拌机内后再以100～140r/min搅拌3～4min，最后再搅拌3～4min，得到用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆。

13.如权利要求1所述的用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的施工方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)预润湿：在用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆灌注前2小时使用喷头为直立式喷头的高压水枪沿轨道板的长度方向对轨道板及底座板之间的板腔注水进行首次润湿，控制板腔内相对湿度达到100％；

2)封边、保湿：首次润湿后立即用浸水土工布以及角钢对轨道板与底座板之间四周进行封边处理形成密闭板腔空间，并用浸水土工布封堵轨道板上的灌注口、2个观察口，以及轨道板两端排浆口；

3)二次润湿：水泥沥青砂浆灌注前半小时，采用旋转式喷头高压水枪依次从第一个观察口、灌注口、第二个观察口伸入到板腔中，注水旋转1～2圈，此时控制板腔内相对湿度＞85％；

4)灌注施工：将用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆从灌注口中灌注入板腔内，直至水泥沥青砂浆灌满；

①灌注时间控制：

T1：灌注开始，水泥沥青砂浆断面下部前端到达观察孔内侧的时间，s；

T2：灌注开始，到从轨道板两端排浆口观察到水泥沥青砂浆到达的时间，s；

T3：灌注开始到板腔内所有空间被水泥沥青砂浆灌满的时间，s；

控制参数包括：T1，T2，T3，由于直线段与曲线段的灌注工艺的区别，灌注时间略有差异；

通过灌注阀控制砂浆流量从而控制T1＝50～70s；T2＝100～120s，T3＝200～240s；

②压头高度控制：

从灌注开始，水泥沥青砂浆断面下部前端到达观察孔内侧时灌注孔内砂浆第一压头H1＝12～14cm；从轨道板两端排浆口观察到水泥沥青砂浆到达时灌注孔内砂浆第二压头H2＝8～10cm；板腔内所有空间被水泥沥青砂浆灌满时灌注孔内砂浆第三压头H3＝5～8cm。

14.如权利要求13所述的用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆的施工方法，其特征在于在进行封边处理时，在板腔四角的底座板上预设长度为100～150mm、深度2～5mm、宽度为10～15mm的凹槽做为排水缝，排水缝与板腔相连通。

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