CN103508695B - 高速铁路建造专用的ca砂浆改性剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂及其制备方法。属于使用高分子化合物作为砂浆的有效成分。其特征在于由如下按照质量百份数计的原料组成：丁苯胶乳10～50，高分子聚合物乳液10～50，非离子乳化剂0.1～5，阳离子乳化剂0.1～10，水余量。提供了一种既与沥青相容性好，改善沥青低温性能又与CA砂浆配伍性好，提高砂浆的早期强度、可工作时间和抗冻性等综合性能；既可以用外掺法制备改性乳化沥青，也可以在砂浆拌合过程中直接加入使用的较为理想的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂及其制备方法。适用于外掺法制备改性乳化沥青，其加入量为改性乳化沥青总质量8％～15％；直接用于CA砂浆改性，其加入量为改性CA砂浆总质量的2％～5％。

Description

高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂及其制备方法

技术领域

本发明是一种高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂及其制备方法。属于使用高分子化合物作为砂浆的有效成分。

背景技术

高速铁路CRTS型板式无砟轨道由长钢轨、扣件系统、轨道板、CA砂浆层、混凝土底座及凸形挡台组成。为了使板式轨道具有一定的弹性，支承轨道板、缓冲高速列车荷载，在混凝土底座和轨道板之间，以及凸形挡台周围填充CA砂浆。

水泥沥青砂浆（cement asphalt mortar，简称CA砂浆），在高速铁路CRTS型板式无碴轨道结构中起到重要作用，由水泥、乳化沥青、细骨料、水和多种外加剂等原材料组成。

寒冷地区的高速铁路建造需要使用改性CA砂浆，现有技术中的CA砂浆的改性方法主要有以下两种：一种是首先制备改性乳化沥青，然后将其用于CA砂浆改性；另一种是聚合物乳液直接用于CA砂浆改性两种方法。

改性乳化沥青的制备方法有聚合物、沥青直接乳化法和聚合物乳液改性乳化沥青法。因为直接乳化聚合物沥青法对乳化剂、乳化工艺和乳化设备有较高要求，所以最经济方便的制备改性乳化沥青的方法是聚合物乳液改性乳化沥青法。

聚合物乳液改性乳化沥青方法有外掺法和内掺法。外掺法是聚合物乳液直接加入成品乳化沥青中经搅拌均匀成为改性乳化沥青。内掺法是聚合物乳液和沥青一起乳化制备成为改性乳化沥青。

中国专利CN1439693A中改性乳化沥青的制备方法为内掺法，适用于公路路面稀浆封层微表处理等方面的应用，可以延长道路使用寿命。

中国专利CN101492571A的制备方法为先将沥青改性再进行乳化。

中国专利CN101643340中的聚合物胶乳含量为8-10%，达不到《单元板式无砟轨道乳化沥青水泥砂浆技术条件》中聚合物乳液性能指标要求。

用作道路和砂浆改性常见的聚合物乳液有丁苯胶乳、氯丁胶乳、丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、EVA乳液等，这些乳液有的与乳化沥青配伍性好，有的与砂浆配伍性好，二者不能兼顾。现在高铁施工中应用的改性剂基本上都是单一聚合物乳液，未见两种聚合物乳液复合。单一的聚合物乳液作改性剂只注重改善砂浆的性能，忽略了改性剂与沥青的相容性，导致沥青的性能得不到改善。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而提供一种既与沥青相容性好，改善沥青低温性能又与CA砂浆配伍性好，提高砂浆的早期强度；既可以用外掺法制备改性乳化沥青，也可以在砂浆拌合过程中直接加入使用的较为理想的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂及其制备方法。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：

本发明的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂，其特征在于由如下按照质量百份数计的原料组成：

配方中的丁苯胶乳与沥青相容性好，有更好的耐低温性能，丙烯酸酯共聚乳液与砂浆相容性好，可以提高砂浆的可工作时间、早期强度、弹性模量和抗冻性。两种乳液所带的电荷性质不同，一种是阳离子电荷，一种是阴离子电荷，加入非离子乳化剂可以防止阴阳离子电荷中和引起破乳，再加入阳离子乳化剂，可以使复合乳液带阳离子电荷，与高铁乳化沥青所带电荷匹配。加入乳化剂，可以使整个高分子聚合物乳液体系性质更加稳定。乳化剂加入量的原则是两种乳液混合不破乳即可。加入量多成本较高，虽然能提高砂浆的流动性和可工作时间，但同时能降低砂浆的早期强度。

本发明的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂，由如下按照质量百份数计的原料组成：

是优选的技术方案。

本发明的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂，所述丁苯胶乳为阴离子乳聚型，固含量为40～60%，其中苯乙烯单体含量为丁苯橡胶的20-50%。

本发明的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂，所述高分子聚合物乳液为聚醋酸乙烯乳液、乙烯-醋酸乙烯乳液、丙烯酸乳液、丙烯酸酯共聚乳液、苯丙乳液中的一种，

本发明的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂，所述高分子聚合物乳液是固含量为40%～60%的丙烯酸酯共聚乳液。

本发明的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂，所述非离子乳化剂为聚氧乙烯醚类如辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、十六烷聚氧乙烯醚、羟基化烷基聚氧乙烯醚、松香酸聚氧乙烯醚、月桂酸聚氧乙烯醚，失水山梨醇脂肪酸酯中的一种或一种以上的混合物。

本发明的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂，所述非离子乳化剂是辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种，其中聚氧乙烯醚的乙氧基数为8～30。

本发明的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂，所述阳离子乳化剂为季胺盐类如十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基吡啶阳离子氯化铵、十四烷基酰胺丙基二甲基苄基氯化铵中的一种或一种以上的混合物。

本发明的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂，其特征在于所述阳离子乳化剂是十八烷基三甲基氯化铵。

本发明的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂的制备方法，其特征在于按照如下步骤制备：

将非离子乳化剂和阳离子乳化剂加入到60～80℃的水中，溶解后冷却至室温，加入丁苯胶乳中搅拌均匀后，再加入丙烯酸酯共聚乳液搅拌均匀，即得高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂产品。

本发明的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂的用途及使用方法，其特征在于适用于外掺法制备改性乳化沥青，其加入量为改性乳化沥青总质量的8％～15％；直接用于CA砂浆改性，其加入量为改性CA砂浆总质量的2％～5％。

本发明的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂的制备方法，公开的技术方案相比现有技术有如下积极效果：

1.提供了一种既与沥青相容性好，改善沥青低温性能又与CA砂浆配伍性好，提高砂浆的早期强度、可工作时间和抗冻性等综合性能；既可以用外掺法制备改性乳化沥青，也可以在砂浆拌合过程中直接加入使用的较为理想的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂及其制备方法。

2.与沥青相容性好，能改善沥青的低温性，提高低温延伸度和抗冻性。

3.与砂浆拌合性好，能显著提高CA砂浆的可工作时间和早期强度，一天强度大于0.1MPa。

4.制备方法简便，设备简单，原料便宜易得.

5.加入高铁乳化沥青中不破乳，增加了体系的稳定性，尤其是对沥青的低温性能改性效果更佳。

具体实施方式

本发明下面将结合实施例作进一步详述：

实施例1

本发明的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂的质量百分比组成为：丁苯胶乳10%，丙烯酸酯共聚乳液50%，壬基酚聚氧乙烯醚（OP）1.5%，十八烷基三甲基氯化铵（1831）0.5%，其余为水。

本发明的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂的制备方法为：

取OP和1831混合后，加入80℃的水中搅拌溶解后，冷却至室温，再加入丁苯胶乳搅拌均匀后，与丙烯酸酯共聚乳液混合均匀即可制得CRTSI型高铁专用复合改性剂。

将按照本发明的配比与制备方法制备的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂加入市售高铁乳化沥青中制备成高铁改性乳化沥青，市售高铁乳化沥青和本发明的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂的比例为改性乳化沥青总质量的8％；直接用于CA砂浆改性，其加入量为改性CA砂浆总质量的2.5％。

按高铁乳化沥青水泥砂浆制备工艺制备乳化沥青水泥砂浆。CRTS I型高铁乳化沥青水泥砂浆所用的原料包括：粉体（水泥、细骨料、铝粉、混合料）、乳化沥青、改性剂、消泡剂、引气剂、水，各原料配比见表1。

表1高铁乳化沥青水泥砂浆原料配比（重量份）

实施例2-9的制备方法与实施例1相同，实施例2-9组成见表2。其中实施例1-3丁苯胶乳的固含量为40%，苯乙烯单体含量为30%；实施例4-6丁苯胶乳的固含量为45%，苯乙烯单体含量为40%；实施例7-9丁苯胶乳的固含量为50%，苯乙烯单体含量为50%。实施例1-3中的丙烯酸酯共聚乳液的固含量为55%，实施例4-6中的丙烯酸酯共聚乳液的固含量为50%，实施例7-9中的丙烯酸酯共聚乳液的固含量为45%。通过9个实施例，将制备的高铁改性乳化沥青及CRTSI型高铁乳化沥青水泥砂浆进行分析，检测主要性能指标，用以说明本发明改性剂的良好性能。主要性能指标见表2和表3。表3实施例中的复合改性剂组成与表2相同。

表2高铁改性乳化沥青主要性能

备注:表2中1831为十八烷基三甲基氯化铵的牌号。

表3高铁乳化沥青水泥砂浆主要性能指标

表3中的指标为《单元板式无砟轨道乳化沥青水泥技术条件》中的技术指标。

从表2和表3可以看出，本发明制备的改性剂可以改善沥青的低温性能，与空白相比，可以较大幅度提高沥青的低温延伸度，并能满足砂浆的性能要求。不加改性剂（空白）的乳化沥青水泥砂浆虽能满足技术指标，但在早期强度、可工作时间和抗冻性方面，远低于加入改性剂后的水泥乳化沥青砂浆的性能。

Claims (5)

1.一种高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂，其特征在于由如下按照质量百分数计的原料组成：

丁苯胶乳                     10～50

高分子聚合物乳液             10～50

非离子乳化剂                 0.1～5

阳离子乳化剂                 0.1～10

水                           余量

其中：

①. 所述丁苯胶乳为阴离子乳聚型，固含量为40～60%，其中苯乙烯单体含量为丁苯橡胶的20-50%；

②. 所述高分子聚合物乳液为聚醋酸乙烯乳液、乙烯-醋酸乙烯乳液、丙烯酸乳液、丙烯酸酯共聚乳液、苯丙乳液中的一种；

③. 所述非离子乳化剂为聚氧乙烯醚类，所述聚氧乙烯醚类为辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、十六烷聚氧乙烯醚、羟基化烷基聚氧乙烯醚、松香酸聚氧乙烯醚、月桂酸聚氧乙烯醚中的一种或一种以上的混合物；

④. 所述阳离子乳化剂为季胺盐类，所述季铵盐类为十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基吡啶阳离子氯化铵、十四烷基酰胺丙基二甲基苄基氯化铵中的一种或一种以上的混合物。

2.按照权利要求1的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂，其特征在于由如下按照质量百分数计的原料组成：

丁苯胶乳                     10～30

高分子聚合物乳液             10～50

非离子乳化剂                 1.0～2.0

阳离子乳化剂                 0.5～2.0

水                           余量。

3.按照权利要求1的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂，其特征在于所述高分子聚合物乳液是固含量为40%～60%的丙烯酸酯共聚乳液。

4.按照权利要求1的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂，其特征在于所述非离子乳化剂是辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种，其中聚氧乙烯醚的乙氧基数为8～30。

5.权利要求1的高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂的制备方法，其特征在于按照如下步骤制备：

将非离子乳化剂和阳离子乳化剂加入到60～80℃的水中，溶解后冷却至室温，加入丁苯胶乳中搅拌均匀后，再加入丙烯酸酯共聚乳液搅拌均匀，即得高速铁路建造专用的CA砂浆改性剂产品。