发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题,本发明提供一种无砟轨道充填层快速抢修砂浆,该砂浆可以满足不同温度,尤其是在低温条件下的施工要求,小时强度高——2小时内即具备一定的抗压强度,流动性好,充填饱满,砂浆均质不分层、不离析泌水,力学性能和耐久性能与原充填层砂浆相匹配;而且施工工艺简单,成本低,原材料来源不受限制。
本发明还提供一种上述无砟轨道充填层快速抢修砂浆的制备方法。
本发明的第三个目的是提供上述无砟轨道充填层快速抢修砂浆的应用。
为了实现上述发明目的,本发明采用了如下的技术方案:
一种无砟轨道充填层快速抢修砂浆,按质量份数计,包括:
水泥0.95~0.99份;水泥膨胀混合材0.01~0.05份;纤维0.001~0.0025份;高分子乳液0.35~1.4份;砂1.5~2份;调凝剂0.001~0.005份;消泡剂0.0004~0.01份;发气剂0.0001~0.003份;引气剂0~0.01份;减水剂0~0.02份;流变改性剂0~0.001份;水0~0.3份;其中,水泥和水泥膨胀混合材的总质量数为1份。
优选地,按质量份数计,所述无砟轨道充填层快速抢修砂浆包括:
水泥0.97~0.99份;水泥膨胀混合材0.01~0.03份;纤维0.001~0.0025份;高分子乳液0.40~1.4份;砂1.5~2份;调凝剂0.001~0.003份;消泡剂0.0004~0.005份;发气剂0.0001~0.001份;引气剂0~0.01份;减水剂0~0.01份;流变改性剂0~0.0008份;水0~0.25份;其中,水泥和水泥膨胀混合材的总质量份数为1份。
本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆,所述纤维选自聚丙稀纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维中的一种或多种;优选的,所述纤维选自聚丙稀纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维中的一种或多种。
本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆,所述调凝剂由促凝剂和缓凝剂组成;促凝剂保证砂浆早凝早强,缓凝剂调节可工作时间,满足不同温度施工要求;施工温度在5℃、20℃、35℃时,促凝剂与缓凝剂的质量比分别为2~3:0、1~2:0、1:2~3;
优选的,所述促凝剂选自亚硝酸钠、硫酸铝、硫酸钠和碳酸锂中的一种或多种;
优选的,所述缓凝剂选自酒石酸、硼酸、硼砂、柠檬酸和葡萄糖酸钠中的一种或多种。
本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆,所述水泥选自早强硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥和双快水泥中的一种或多种;优选为快硬硫铝酸盐水泥。
本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆,所述高分子乳液选自乳化沥青、丁苯乳液、羧基丁苯乳液、苯丙乳液、改性丙烯酸树脂乳液、乙烯/醋酸乙烯共聚物乳液和氯丁乳液中一种或多种。
所述乳化沥青包含:沥青58~63份;水37~42份;呈现慢裂属性的乳化剂复合物1.00~3.00份;稳定剂0.20~3.00份;pH值调节剂0.00~1.00份;增稠剂0.10~1.0份。所述呈现慢裂属性的乳化剂复合物是指包括所述乳化剂复合物的乳化沥青,其破乳速度属于慢裂,乳化沥青与其他拌和料裹覆均匀,拌和效果好。
优选的,25℃时100g所述沥青5s针入度为6~10mm,15℃时5cm/min的延度>100cm,环球法测定软化点为42~54℃,闪点≥230℃;蒸馏法测定蜡含量≤2.2%,密度≥1.0g/cm3,三氯乙烯中溶解度≥99.0%,163℃薄膜加热试验5h后的质量损失≤0.6%、25℃针入度比≥50%且15℃时延度≥50cm。
所述乳化剂复合物由一种以上阳离子型乳化剂、阴离子型乳化剂和/或非离子型乳化剂组成。
优选的,所述阳离子型乳化剂选自烷基胺、酰胺、咪唑啉、环氧乙烷二胺、胺化木质素和季铵盐中的一种或多种;
所述阴离子乳化剂选自硬脂酰酸盐类、烷基硫酸盐类、烷基醚羧酸盐类、烷基磷酸盐类、烷基苯磺酸盐类和烷基磺酸盐类中的一种或多种;
所述非离子乳化剂选自聚氧乙烯型、多元醇型和聚醚型中的一种或多种。
所述稳定剂为无机盐类,选自盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐、硅酸盐、碳酸盐和硫氰酸盐中的一种或多种;优选为氯化钙、氯化铵、氯化钠和硫酸钠中的一种或多种。
所述pH值调节剂为酸和/或碱;所述酸为无机酸和/或有机酸,选自盐酸、醋酸、脂肪酸和水杨酸中的一种或多种;所述碱为氢氧化钾和/或氢氧化钠。
所述增稠剂选自淀粉、明胶、胺类、聚乙烯醇、纤维素、聚丙烯酸盐、聚醚型增稠剂和聚氨酯型增稠剂中的一种或多种。
本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆,所述砂选自河砂、海砂、山砂和机制硅砂中的一种或多种;所述砂的细度模数为1.4~1.8,含泥量或石粉含量小于1%重量。
本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆,所述发气剂为铝含量在90%重量以上的铝粉,细度为180~300目,优选细度为220~250目。
本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆,所述减水剂选自萘系和聚羧酸类中的一种或多种;优选为聚羧酸类。
本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆,所述流变改性剂选自纤维素、丙烯酸类、聚醚类和聚氨酯增稠剂中的一种或多种;优选为纤维素、聚氨酯增稠剂。
本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆,所述水泥膨胀混合材选自硫铝酸钙熟料-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、石灰-明矾石复合类,粉煤灰混合材中的一种或多种。
本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆,所述消泡剂选自有机硅类、高级醇类、脂肪酸类和聚醚类中一种或多种;优选自有机磷酸酯、有机硅树脂、改性有机硅树脂和二氧化硅与有机硅树脂配合物中的一种或多种。
本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆,所述引气剂选自松香及其热聚物类、烷基苯磺酸盐类、皂角苷类、脂肪酸及其盐类和磺化木质素盐类中的一种或多种;优选自松香酸钠、烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸和三萜皂甙中的一种或多种;最优选为松香及热聚物类。
本发明还提供所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆的制备方法,包括以下步骤:
A.向搅拌机内依次加入高分子乳液、水、消泡剂、减水剂并搅拌混匀,搅拌速度为20~40rpm;
B.加入砂并搅拌混匀,搅拌速度为60~80rpm;
C.再依次加入水泥、水泥膨胀混合材、纤维、调凝剂、流变改性剂和引气剂并搅拌混匀,搅拌速度为100~140rpm;
D.灌注前10分钟加入发气剂并搅拌混匀,搅拌速度为100~140rpm;
E.再以100~140rpm的搅拌速度搅拌3~5分钟,然后将搅拌速度调整为20~40rpm继续搅拌1分钟;或
F.将水泥、水泥膨胀混合材、砂、发气剂、纤维、流变改性剂、调凝剂混合均匀,得到干粉;
G.将高分子乳液、水、减水剂、消泡剂依次加入砂浆搅拌机内,慢速搅拌,搅拌速度为20~40rpm;
H.先加入步骤F得到的干料,最后加入引气剂,中速搅拌,搅拌速度为60~80rpm;
I.加料结束后,快速搅拌3~5分钟,搅拌速度为100~140rpm,然后将搅拌速度调整为20~40rpm继续搅拌1分钟,即得。
本发明的第三个目的在于提供所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆在快速抢修无砟轨道充填层中的应用,尤其是在快速抢修严寒地区板式无砟轨道充填层中的应用;包括以下步骤:
I.将轨道板抬高并固定;
II.留出注浆口和排气口;
III.将所述无砟轨道充填层快速抢修砂浆,从注浆口注入直至灌满;
IV.待所述无砟轨道充填层快速抢修砂浆固化后,将轨道板复位。
本发明的目的是针对目前没有无砟轨道充填层快速抢修砂浆,尤其是适应严寒地区的无砟轨道充填层快速抢修砂浆的现状,提供了一种新的砂浆材料及其制备方法和应用。该无砟轨道充填层快速抢修砂浆是根据充填层的性能特点和快速抢修、满足运营的要求,优选了水泥、调凝剂和高分子乳液等组分及其质量配比,通过合理的工艺,使砂浆具有较好的温度适应性和施工性,优良的耐久性和抗震动性能,成功达到4小时天窗期内维修、恢复通车的效果。
在本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆中,所述纤维有助于提高砂浆的韧性,并相应提高其抗冲击性、抗疲劳性、抗紫外线能力以及耐高温耐严寒能力,进而提高工程的质量和耐久性。
无砟轨道充填层快速抢修砂浆必须具备适合的凝固时间,即2h左右。因此,本发明以所述调凝剂来调节所述快速抢修砂浆的凝固时间。其中,促凝剂优选亚硝酸钠、硫酸铝、硫酸钠和碳酸锂中的一种或多种,其可以促进砂浆早凝早强;缓凝剂优选为酒石酸、硼酸、硼砂、柠檬酸和葡萄糖酸钠中的一种或多种,调节砂浆的可工作时间,满足不同温度施工要求。本发明提供了三种施工温度下所述促凝剂和缓凝剂的质量比,分别是:5℃时,促凝剂:缓凝剂=2~3:0;20℃时,促凝剂:缓凝剂=1~2:0;35℃时,促凝剂:缓凝剂=1:2~3。
在本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆中,为了使所述砂浆快凝快强,所述水泥优选为快硬硫铝酸盐水泥。
所述高分子乳液可以减少拌和用水量,从而提高砂浆的耐水性、抗冻性、耐候性和抗疲劳性能。其可以是乳化沥青,也可以是丁苯乳液、羧基丁苯乳液、苯丙乳液、改性丙烯酸树脂乳液、乙烯/醋酸乙烯共聚物乳液和氯丁乳液中一种或多种,还可以是两者的复配。
本发明所述乳化沥青包括:沥青58~63份;水37~42份;呈现慢裂属性的乳化剂复合物1.00~3.00份;稳定剂0.20~3.00份;pH值调节剂0.00~1.00份;增稠剂0.10~1.0份。
其中所述乳化剂复合物是把沥青制备成乳化沥青并赋予乳化沥青颗粒极性、恩氏粘度、筛上剩余量、贮存稳定性、水泥混合性、蒸发残留物与沥青性能相一致等性能的关键组分。由于所述乳化沥青的加入,使乳化沥青的破乳速度属于慢裂,乳化沥青与其他拌和料裹覆均匀,拌和效果好。
所述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。
所述pH值调节剂通过调节乳液的酸碱度,来调节乳化剂溶液的离子性、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。
所述增稠剂加入乳液中会形成胶体溶液,使体系的粘度上升,减缓了沥青颗粒的聚集速度,并能在沥青颗粒周围形成保护膜,由于空间位阻效应使沥青颗粒处于良好的分散状态。
本发明所述乳化沥青的制备,可以包括以下步骤:
(1)将沥青加热到110~150℃;
(2)将乳化剂和稳定剂加入到40~70℃的水中,加入pH调节剂调节溶液的pH值至pH2.5~3.0或pH11.0~12.0,搅拌溶解后,加入增稠剂,得到乳化液;
(3)将乳化液与沥青在乳化机中混合,使沥青均匀分散在乳化液中,冷却后即可。
在本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆中,水泥膨胀混合材是以硫铝酸盐系矿物为主体,并含有微量的高分子系列分散剂与无机盐类,其作用是缓解砂浆的干燥收缩。通过试验检测市售产品发现,本发明所述不同水泥膨胀混合材都可以起到接近的效果。
在本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆中,所述消泡剂的作用是消除由于搅拌在体系内产生的大气泡。
所述引气剂的作用是向所述砂浆内引入均匀分布的微小气泡,提高砂浆的抗冻融能力,提高抗渗性和水密性,改善流动性和可灌性。
所述发气剂的作用是通过发气使砂浆具有一定的膨胀性,增加填充的密实度。
所述减水剂可减少拌合用水量,改善砂浆的流动性和匀质性。
所述流变改性剂不仅可以提高砂浆的拌和稳定性,同时赋予砂浆以触变性;在剪切作用下使砂浆具有良好的流动性以灌注饱满;而且砂浆静置后,增加砂浆粘度,提高砂浆的匀质性,防止泌水沉砂。
综上所述,本发明根据砂浆的特点和性能,以及对抢修用砂浆,尤其是严寒地区抢修用砂浆的要求,选用高分子乳液、减水剂、流变改性剂等组分,增加了砂浆中各组分的相容性,并产生协同效应,形成水泥水化产物、砂、沥青、高分子聚合物相互作用的均匀网络结构。通过组分及其配比的优选,赋予本发明所述抢修砂浆优异的快凝早强性、优良的温度适应性和施工性:本发明所述抢修砂浆2小时抗折强度和抗压强度分别可达到3.8MPa和8.3MPa。与之形成明显对比的,现有技术中板式无砟轨道充填层用砂浆,经过一天(24小时)才能达到要求的强度。另外,本发明所述抢修砂浆,固化后具有合适的强度和弹韧性、优良的耐久性和抗震动疲劳性能。因此,本发明所述抢修砂浆完全满足板式无砟轨道充填层快速抢修,尤其是严寒地区的抢修工作需要,保证在4小时天窗期内恢复铁路运行。