CN102503310A - 一种高速铁路无砟轨道结构修补用超早强注浆材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速铁路无砟轨道结构修补用超早强注浆材料，依次加入水、聚合物乳液、减水剂、流变助剂、消泡剂；再加入掺合料、水泥、膨胀剂、促凝剂、缓凝剂经高速搅拌混合而成。组分重量份为：超细水泥：100份，掺合料：50～150份，可再分散乳胶粉25～50份，聚合物乳液3～10份，膨胀剂：5～25份，羧酸减水剂：0.1～1.0份，促凝剂：0.1～10份，缓凝剂：0.1～5份，流变助剂：0.001～0.005份，聚醚-硅氧烷共聚物消泡剂：0.001份，水：20～70份。本发明材料具有低粘度、超早强、低成本、耐疲劳、耐老化、耐水侵蚀等优点，可用于高速铁路无砟轨道混凝土裂缝、水泥沥青砂浆充填层离缝、裂缝及伤损的修补。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速铁路无砟轨道结构修补用超早强注浆材料，适用于高速铁路无砟轨道混凝土裂缝、水泥沥青砂浆充填层离缝、裂缝及伤损的修补。
背景技术
近年来，高速铁路在全世界范围内得到了突飞猛进的发展，在我国更是如此，截止至2011年9月，我国已经建成通车高速铁路1.3万km。在建成的高速铁路中，相当多的线路采用板式无砟轨道结构，在这类型的轨道结构中，混凝土开裂与水泥沥青砂浆充填层与轨道板的离缝与破坏成为主要的破坏形式，高速列车动荷载与水侵蚀耦合所导致的动水压作用成为主要的破坏源。
无砟轨道的结构特点决定了其混凝土结构裂缝具有深、长等特点，同时无砟轨道的结构特点也给混凝土结构与水泥沥青砂浆充填层的修补施工带来了相当大的困难，注浆成为较为有效的修补施工方式。
在注浆修补中，注浆材料颗粒太粗将使浆液难以进入裂缝，同时由于阻力原因将难以注满，因此采用传统无机注浆材料，如水泥浆等难以达到要求，粘结力差也是传统无机注浆材料难以满足要求的原因；而采用传统化学浆液如环氧树脂将使成本上升，此外环氧树脂耐疲劳、耐老化、耐水性等性能较差，环氧树脂的力学性能对温度较为敏感，因此也难以达到要求。
另外，在高速铁路运营中，用于维护的“天窗时间”特别短，因此在不影响交通的情况下，需注浆材料的强度2h需达到7.0MPa以上，以满足次日通车的要求，而普通材料，如普通硅酸盐水泥3d强度仅20.0MPa左右，因此需研发特殊的注浆材料。
综上所述，用于高速铁路无砟轨道结构修补的材料需具有低粘度、超早强、低成本、耐疲劳、耐老化、耐水侵蚀等特点，而现有的一些材料很难满足上述要求，急需研发新型的高速铁路无砟轨道结构修补材料。随着大量高速铁路线路的建成与通车，维护将成为高速铁路的核心问题之一，因此该材料有巨大的市场前景。
发明内容
鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是提供一种高速铁路无砟轨道结构修补用超早强注浆材料，并使之具有低粘度、超早强、低成本、耐疲劳、耐老化、耐水侵蚀等优点的优点。
本发明的目的是通过如下手段来实现的。
一种高速铁路无砟轨道结构修补用超早强注浆材料，由下列物料混合搅拌而制成，采用先液料后固料的加料顺序，即依次加入水、聚合物乳液、减水剂、流变助剂、消泡剂；再加入掺合料、水泥、膨胀剂、促凝剂、缓凝剂经高速搅拌混合而成。组分所占重量份为：超细水泥：100份，掺合料：50～150份，可再分散乳胶粉25～50份，聚合物乳液3～10份，膨胀剂：5～25份，羧酸减水剂：0.1～1.0份，促凝剂：0.1～10份，缓凝剂：0.1～5份，流变助剂：0.001～0.005份，聚醚-硅氧烷共聚物消泡剂：0.001份，水：20～70份。
本发明材料具有低粘度、超早强、低成本、耐疲劳、耐老化、耐水侵蚀等优点，可用于高速铁路无砟轨道混凝土裂缝、水泥沥青砂浆充填层离缝、裂缝及伤损的修补。
具体实施方式
本发明所有超细水泥，采用比表面积超过1000m2/kg、按1∶2重量份配制、28d强度为52.5MPa以上的硅酸盐水泥和硫酸铝盐水泥混合物。
所用掺合料为粉煤灰、硅灰、偏高岭土、石英粉等的混合物，其中硅灰比表面积≥3000m2/kg，活性指数≥1.3；偏高岭土面积≥1000m2/kg，活性指数≥1.2；石英粉直径≥0.075mm小于1％；各成分所占重量份为：硅灰：100，偏高岭土：50～150，石英粉：100～200。硅灰以及超细偏高岭土、石英粉等的掺合料技术，利用矿物掺合料的微集料效应、活性效应与形态效应，解决了新拌浆体的易离析、分层问题，并利用矿物掺合料的“火山灰效应”，将体系游离Ca(OH)2反应，降低其溶解与溶出，并对体系内部各界面进行了改善，使体系变得更加密实。
所用可再分散乳胶粉，其成分可以是醋酸乙烯酯与乙烯以及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉、丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉、醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉。
所用聚合物乳液，其成分可以是丁苯乳液、氯丁胶乳、苯丙乳液等。通过加入可再分散乳胶粉和聚合物乳液，使水泥浆体内部形成具有较高粘结力的膜，并堵塞浆体内部毛细孔隙。水泥水化与聚合物成膜同时进行，最后形成水泥水化物与聚合物相互交织互穿的网络结构，增大水化物的韧性，提高其耐久性。
所用膨胀剂，为其中掺入0.0001～0.0005重量份鳞片状铝粉的以下系列膨胀剂之一：硫铝酸钙、氧化镁、氧化钙系列；所用铝粉细度不小于250目。通过合理控制铝粉细度与含量，可实现较大的程度的膨胀，同时又不会产生裂纹，通过微膨胀，可缩短修补材料与基体的界面厚度，提高材料的粘结力，而达到无缝修复的目的。
所用减水剂，其成分为市售聚羧酸减水剂，其中减水率≥30％，固含量≥20％。有效减小浆体流动所需的拌合水量，减小浆体灌注时所受阻力，并通过掺入特殊的无机盐，影响水泥水化物的形成，以达到减少收缩、防止开裂和提高抗渗性的目的。
所用促凝剂，其主要成分为甲酸钙、氟铝酸钙、乙酸钙、亚硝酸钙等。促凝剂能调整浆体在不同温度下的可工作时间、早期强度，为修补及开放交通提供保障。
所用缓凝剂，其主要成分为葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙、柠檬酸钠、硼酸等。
所用流变助剂，其主要成分为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素醚、羧乙基纤维素、水性聚氨酯乳液等。流变助剂可对浆体的屈服剪切力、粘度、假塑时间等进行调节，进而实现了浆体在大流态下兼具有良好的抗离析性能，有效防止了修补材料的浮浆、离析、分层等问题。
本发明采用聚醚-硅氧烷类有机硅消泡剂技术，该消泡剂可在强碱性环境下仍具有较高消泡能力，可有效降低修补材料表面的浮泡，并可减少修补材料搅拌、输送过程中所引入气泡。
本发明在制备过程中，通过先液料后固料的低速、无泡拌制工艺，即依次加入水、水性环氧树脂、聚合物乳液、减水剂、流变助剂、消泡剂等，再加入掺合料、水泥、膨胀剂、促凝剂、缓凝剂，经较长时间低速慢搅混合而成，有效避免了搅拌过程中气泡的引入，尤其是大气泡的引入，同时使固料中气泡被充分释放，固料表面被液料充分润湿。
本发明超早强注浆材料现场经混合搅拌而成。以下结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容不仅仅限于以下实施例。
在实施例中使用的材料均为建材市场市售的产品，除特别标出的，所用原料试剂纯度不高于工业级。
实施例1：
在5～20℃条件下，各组分的重量份为：
超细水泥(比表面积1000m2/kg以上)100份，掺合料50份(硅灰30份，粉煤灰10份，石英粉10份)，可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚物30份，聚合物乳液为丙烯酸乳液5份，UEA膨胀剂(市售硫铝酸钙系膨胀剂)20份，聚羧酸减水剂1份，促凝剂为铝酸钠10份，流变助剂0.005份(羧甲基纤维素钠、聚氨酯乳液按1∶2比例混合)，聚醚-硅氧烷共聚物0.001份，水50份。
注浆材料达到的性能指标为：黏度2.5Pa·s，凝结时间25min，2h抗压强度12.4MPa，28d抗压强度36.6MPa，膨胀率0.5％，渗透系数4×10-2，28d粘结力(与混凝土)2.2MPa。
实施例2：
在环境温度为35℃及以上条件下，各组分的重量份为：
超细水泥(比表面积1000m2/kg以上)100份，掺合料50份(硅灰20份，粉煤灰20份，石英粉10份)，可再分散乳胶粉为醋酸乙烯酯与乙烯共聚物30份，聚合物乳液为丙烯酸乳液5份，UEA膨胀剂15份，聚羧酸减水剂1.2份，促凝剂为铝酸钠5份，缓凝剂为柠檬酸0.1份；流变助剂0.005份(羧甲基纤维素钠、聚氨酯乳液按1∶2比例混合)，聚醚-硅氧烷共聚物0.001份，水48份。
注浆材料达到的性能指标为：黏度2.0Pa·s，凝结时间35min，2h抗压强度14.8MPa，28d抗压强度32.6MPa，膨胀率0.3％，渗透系数4×10-2，28d粘结力(与混凝土)1.8MPa。
Claims (6)
1.一种高速铁路无砟轨道结构修补用超早强注浆材料，其特征在于，由下列物料混合搅拌而制成，采用先液料后固料的加料顺序，即依次加入水、聚合物乳液、减水剂、流变助剂、消泡剂；再加入掺合料、水泥、膨胀剂、促凝剂、缓凝剂经高速搅拌混合而成；组分所占重量份为：超细水泥：100份，掺合料：50～150份，可再分散乳胶粉25～50份，聚合物乳液3～10份，膨胀剂：5～25份，羧酸减水剂：0.1～1.0份，促凝剂：0.1～10份，流变助剂：0.001～0.005份，聚醚-硅氧烷共聚物消泡剂：0.001份，水：20～70份。
2.根据权利要求1所述之一种高速铁路无砟轨道结构修补用超早强注浆材料，其特征在于，所述水泥为低碱硅酸盐水泥；所述矿物掺合料主要组成为粉煤灰、磨细矿渣、硅灰、石灰石粉。
3.根据权利要求1所述的一种高速铁路无砟轨道结构修补用超早强注浆材料，其特征在于，所述膨胀剂为其中掺入0.0001～0.0005重量份鳞片状铝粉的以下系列膨胀剂之一：硫铝酸钙、氧化镁、氧化钙系列；所用铝粉细度不小于250目。
4.根据权利要求1所述的一种高速铁路无砟轨道结构修补用超早强注浆材料，其特征在于，所述缓凝剂主要成分为葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钙、木质素磺酸钙之一。
5.根据权利要求1所述的一种高速铁路无砟轨道结构修补用超早强注浆材料，其特征在于，所述流变助剂主要成分为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素醚、羧乙基纤维素、水性聚氨酯乳液之一。
6.根据权利要求1所述的一种高速铁路无砟轨道结构修补用超早强注浆材料，其特征在于，所述各组分的重量份为：
超细水泥100份、由硅灰30份，粉煤灰10份，石英粉10份混合制得的掺合料50份、醋酸乙烯酯与乙烯共聚物30份、丙烯酸乳液5份、UEA膨胀剂20份、聚羧酸减水剂1份、铝酸钠10份、由羧甲基纤维素钠和聚氨酯乳液按1∶2比例混合制得的流变助剂0.005份、聚醚-硅氧烷共聚物0.001份、水50份。
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