CN103449784B

CN103449784B - 适用于膨胀土地区铁路路堑基床的水泥基防水抗裂材料

Info

Publication number: CN103449784B
Application number: CN201310389885.4A
Authority: CN
Inventors: 冯俊德; 龙广成; 马昆林; 封志军; 薛元
Original assignee: China Railway Eryuan Engineering Group Co Ltd CREEC
Current assignee: China Railway Eryuan Engineering Group Co Ltd CREEC
Priority date: 2013-08-31
Filing date: 2013-08-31
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2033-08-31
Also published as: CN103449784A

Abstract

适用于膨胀土地区铁路路堑基床的水泥基防水抗裂材料，能有效地防止地表水下渗，且能经受列车动荷载疲劳作用。该材料由胶凝材料组份、改性组份和砂土体系组成，其质量比为1:(0.38～0.42)：(5.0～5.3)；所述的改性组份由弹性颗粒、聚丙烯纤维、乳化沥青、乳胶粉和轻质碳酸钙粉组成，其质量比为1∶(0.02～0.03)∶(0.6～1)∶(0.06～0.08)∶(0.3～0.5)，其中弹性颗粒粒径为4～8目之间，聚丙烯纤维的长度为10～20mm。

Description

适用于膨胀土地区铁路路堑基床的水泥基防水抗裂材料

技术领域

本发明涉及铁路路堑基床，特别涉及一种应用于膨胀土(包括膨胀岩)地区铁路路堑基床防水结构层的水泥基防水抗裂材料。

背景技术

膨胀土(岩)具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形等特性，性质极不稳定。建设在上面的工程项目常会由于膨胀土(岩)出现的不均匀竖向或水平胀缩变形，造成建筑物出现位移、开裂、倾斜甚至破坏，危害性大，一般于工程完工后半年到五年出现。

膨胀土(岩)广泛分布于我国广大地区，目前，在我国已经完成的建设项目中，已有部分工程受到膨胀土(岩)的影响。例如，由于南昆铁路广西段路基大部分位于膨胀土(岩)地段，在通车使用了一段时间后，发现由于基床下部的膨胀土(岩)在地下水和地表水的反复作用下发生的胀缩变形，加之铁路路基上部直接承受列车动力荷载作用，造成了南昆铁路路基基床的严重病害。基床病害主要有路基下沉翻浆、冒泥、基床鼓起、侧向挤压破坏等。路基基床一旦出现病害将直接威胁列车的安全平稳运行，造成列车慢行，停开，严重者会造成列车脱轨、翻车，给国家造成重大损失。因此研究线膨胀土(岩)基床病害的整治方法有着重大的现实意义。

通过现场调查，发现以下2个因素共同作用导致了膨胀土(岩)基床病害的发生。第一，地下水和地表水在路基基床中渗透，导致了膨胀土(岩)的膨胀和收缩变形；第二，列车行驶过程中动力荷载的反复作用，造成已有防水结构失效。

目前，关于路基基床防水的技术措施主要是在基床下部铺设复合防水板或复合土工模、热拌沥青、混凝土或者增大换填深度等措施。这些方法往往达不到长期的防水作用。调查研究发现复合防水板或复合土工模接缝往往是渗水的通道，而且下渗的地表水容易在防水板或复合土工模表面形成水袋，在列车动荷载作用下，形成泵击效应，造成防水失效。热拌沥青的质量控制要求非常高，而且价格不菲。混凝土是脆性材料，膨胀土(岩)稍有胀缩，就容易开裂，失去防水作用。增大基床换填深度，建设成本将大幅增加，且严重影响工期。

铁路建设中有关路基基床防排水的研究已经开展了多年，但是关于膨胀土(岩)地区路基基床防水的有效方法还鲜见报道。因此，研发一种能够有效隔断地表水向膨胀土(岩)渗透，而且本身能够随膨胀土(岩)的变形而发生一定的变形，具有较强抗裂性能，适合于膨胀土(岩)地区路基基床防水结构层的水泥基防水抗裂材料，对于我国膨胀土(岩)地区铁道工程的建设具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于膨胀土地区铁路路堑基床的水泥基防水抗裂材料，能有效地防止地表水下渗，且能经受列车动荷载疲劳作用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明适用于膨胀土地区铁路路堑基床的水泥基防水抗裂材料，其特征是：由胶凝材料组份、改性组份和砂土体系组成，其质量比为1:(0.38～0.42)：(5.0～5.3)；所述的改性组份由弹性颗粒、聚丙烯纤维、乳化沥青、乳胶粉和轻质碳酸钙粉组成，其质量比为1:(0.02～0.03)：(0.6～1)：(0.06～0.08)：(0.3～0.5)，其中弹性颗粒粒径为4～8目之间，聚丙烯纤维的长度为10～20mm；所述的胶凝材料组份由普通硅酸盐水泥和粉煤灰组成，其质量比为1:(0.5～1.0)，所述的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥以上等级，所述的粉煤灰为I级或II级；所述的砂土体系由河砂和低膨胀性土颗粒组成，其质量比为1:(0.7～1)，所述河砂为中粗河砂，低膨胀性土颗粒土为红粘土中弱膨胀土，颗粒粒径小于20mm。

本发明的有益效果是，充分考虑了膨胀土(膨胀岩)的工程特性和路堑基床防水的特点和要求，突破了传统的路基基床防水方法，采用由胶凝材料、改性组份、砂土体系构成的混合体系，改性组份具有是使该材料弹性变形能力增强的作用，具有良好的防水性能和抗裂性能；铺设在膨胀土和路基基床之间，可以显著提高膨胀土地区路堑基床防水效果。与传统的路基基床防水方法相比，防水效果更好，变形性能更强，工程造价还略有降低；可以减少膨胀土(膨胀岩)地区进行铁路建设时的路基基床填挖量，减少了工程量，缩短了施工工期，具有较好的经济性；现场施工操作简单，可就地取材，价格合理，适用性强。

附图说明

本说明书包括如下四幅附图：

图1本发明适用于膨胀土地区铁路路堑基床防水结构层的水泥基防水抗裂材料在膨胀土路基基床中使用位置示意图；

图2本发明适用于膨胀土地区铁路路堑基床的水泥基防水抗裂材料的典型应力应变曲线(采用实施例1配合比)。

图3是本发明适用于膨胀土地区铁路路堑基床的水泥基防水抗裂材料对比例与实施例的应力应变线(标准养护至28d，试件尺寸(100*100*300)mm3)。

图4是本明适用于膨胀土地区铁路路堑基床的水泥基防水抗裂材料对比例与实施例的电通量测试值(标准养护至28d，采用ASTMC1202方法测试)。

图中示出构件、部位名称及所对应的标记：膨胀土地基10、减胀层11、防水层12、排水层13、基床表层14、道砟层15、侧沟20、防水侧壁21、盲沟22。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明适用于膨胀土地区铁路路堑基床的水泥基防水抗裂材料，由胶凝材料组份、改性组份和砂土体系组成，其质量比为1:(0.38～0.42)：(5.0～5.5)。所述的改性组份由弹性颗粒、聚丙烯纤维、乳化沥青、乳胶粉和轻质碳酸钙粉组成，其质量比为1:(0.02～0.03)：(0.6～1)：(0.06～0.08)：(0.3～0.5)，其中弹性颗粒粒径为4～8目之间，聚丙烯纤维的长度为10～20mm。

图1示出的是一种新型的铁路膨胀土路堑全封闭防排水基床结构，包括在膨胀土地基10上由下上依次设置的减胀层11、防水层12、排水层13、基床表层14，以及设置在减胀层横向两侧外的侧沟20和盲沟22。所述防水层12为半刚性防水结构层，其弹性模量为0.75GPa～1.5GPa，动弹模E_vd不小于65MPa，抗渗系数<10^-10m/s。防水层沿减胀层表面横向全断面铺筑，与侧沟、盲沟和设置于盲沟两侧的防水侧壁形成全封闭防排水体系。防水层12采用本发明适用于膨胀土地区铁路路堑基床的水泥基防水抗裂材料铺筑，具有较好防水性能和良好弹性变形性能，能有效隔断地表水和地下水在基床中的渗透，并能承受膨胀土(岩)在地下水作用下的变形以及列车动力荷载的反复疲劳作用，为我国铁路建设时在膨胀土(岩)地区路基基床病害提供切实可行的解决方法，从而确保铁路安全行车的要求。

本发明充分考虑了膨胀土(膨胀岩)的工程特性和路堑基床防水的特点和要求，突破了传统的路基基床防水方法，采用由胶凝材料、改性组份、砂土体系构成的混合体系，改性组份具有是使该材料弹性变形能力增强的作用，具有良好的防水性能和抗裂性能；铺设在膨胀土和路基基床之间，可以显著提高膨胀土地区路堑基床防水效果。与传统的路基基床防水方法相比，防水效果更好，变形性能更强，工程造价还略有降低；可以减少膨胀土(膨胀岩)地区进行铁路建设时的路基基床填挖量，减少了工程量，缩短了施工工期，具有较好的经济性；现场施工操作简单，可就地取材，价格合理，适用性强。

所述的胶凝材料组份由普通硅酸盐水泥和粉煤灰组成，其质量比为1:(0.5～1.0)。通常，水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥以上等级，粉煤灰采用I级或II级。水掺量与胶凝材料组份掺量的质量比为(0.7～1.0)：1，通过减水剂调节工作性。

所述的砂土体系由河砂和低膨胀性土颗粒组成，其质量比为1:(0.7～1)。通常，河砂采用中粗河砂，低膨胀性土颗粒土为红粘土中弱膨胀土，颗粒粒径小于20mm。

实施例：

其中发明例改性组份中弹性颗粒、聚丙烯纤维、乳化沥青、乳胶粉和轻质碳酸钙粉的质量比为1：0.024：0.8：0.06：0.34。

以实施3为例，其每立方米材料配合比如下：(单位：kg/m³)

本发明的水泥基防水抗裂材料经过标准养护28d，其主要性能为：抗压强度(1.5～3.5)MPa、弹性模量≤1.5GPa、56d电通量≤6000C、抗渗系数≥P4级，典型应力应变曲线图2所示。

图2是本发明典型应力应变曲线(采用实施例1配合比)。

图3对比例与实施例的应力应变线(标养至28d，试件尺寸(100*100*300)mm3)，由图3可知，采用本发明的材料变形性能改善、弹性模量减小、韧性提高。

图4对比例与实施例的电通量测试值(标养至28d，采用ASTMC1202方法测试)。

本发明提供的适用于膨胀土(岩)地区铁路路堑基床的水泥基防水抗裂材料在现场施工时，应按照如下步骤进行：

(1)施工前要对基床底层的表面进行处理，清除基面上的浮土与杂物。

(2)按照要求准备好原材料，为便于现场施工，可以将改性组分中的乳胶粉、轻质碳酸钙粉、聚丙烯纤维按比例配置好后，拌制均匀，单独装袋。

(3)现场可采用体积为(500～1000)L的搅拌机械进行搅拌，搅拌时首先投入砂土组份，然后投入胶凝材料组份，再投入改性组份，分别搅拌均匀，搅拌时间3分钟左右。

(4)材料搅拌好后，立刻用运输车运至处理过的基床底层表面，采用人工夯实或者机械碾压的方法，摊铺在表层，摊铺厚度(20±1)cm，摊铺完毕采用混凝土的养护方式进行养护，养护48小时后，在其表面铺设厚度为5cm的砂垫层，随后可以继续进行下一步的路基工程施工。

图1示出的是一种新型的铁路膨胀土路堑全封闭防排水基床结构，包括在膨胀土地基10上由下上依次设置的减胀层11、防水层12、排水层13、基床表层14，以及设置在减胀层横向两侧外的侧沟20和盲沟21。所述防水层12为半刚性防水结构层，其弹性模量为0.75GPa～1.5GPa，动弹模Evd不小于65MPa，抗渗系数<10-10m/s。防水层沿减胀层表面横向全断面铺筑，与侧沟、盲沟和设置于盲沟两侧的防水侧壁形成全封闭防排水体系。防水层12采用本发明适用于膨胀土地区铁路路堑基床的水泥基防水抗裂材料铺筑，具有较好防水性能和良好弹性变形性能，能有效隔断地表水和地下水在基床中的渗透，并能承受膨胀土(岩)在地下水作用下的变形以及列车动力荷载的反复疲劳作用，为我国铁路建设时在膨胀土(岩)地区路基基床病害提供切实可行的解决方法，从而确保铁路安全行车的要求。

Claims

1.适用于膨胀土地区铁路路堑基床的水泥基防水抗裂材料，其特征是：由胶凝材料组份、改性组份和砂土体系组成，其质量比为1:(0.38～0.42)：(5.0～5.3)；所述的改性组份由弹性颗粒、聚丙烯纤维、乳化沥青、乳胶粉和轻质碳酸钙粉组成，其质量比为1:(0.02～0.03)：(0.6～1)：(0.06～0.08)：(0.3～0.5)，其中弹性颗粒粒径为4～8目之间，聚丙烯纤维的长度为10～20mm；所述的胶凝材料组份由普通硅酸盐水泥和粉煤灰组成，其质量比为1:(0.5～1.0)，所述的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥以上等级，所述的粉煤灰为I级或II级；所述的砂土体系由河砂和低膨胀性土颗粒组成，其质量比为1:(0.7～1)，所述河砂为中粗河砂，低膨胀性土颗粒土为红粘土中弱膨胀土，颗粒粒径小于20mm。