CN104004492A - 一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料及其制备方法，该嵌缝材料由下列质量份数的原料组成：α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷100份，增塑剂10～35份，填料70～120份，触变剂0.5～10份，交联剂6～12份，扩链剂1～8份，附着力促进剂0.3～3份，催化剂0.1～2份，颜料0.005～0.5份，储存稳定剂0.5～5份，深层固化剂1～3份。该硅酮嵌缝材料经本发明提出的制备方法制备而成。该硅酮嵌缝材料具有施工性能好、位移能力高、界面粘结性好、耐老化性优越、储存期长、深层固化性能好等特点，适用于高速铁路无砟轨道混凝土伸缩缝以及机场跑道、水泥混凝土路面伸缩缝等，也可用于既有伸缩缝嵌缝材料的失效修复。

Description

一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料及其制备方法。

背景技术

随着高速铁路网建设的快速发展，无砟轨道结构已成为我国高速铁路建设所采用的主要轨道结构型式。发展无砟轨道技术是我国铁路快速提升技术装备水平，实现铁路跨越式发展的重要举措之一。在无砟轨道结构中，为适应不同温度下混凝土结构的变形，往往需要隔一段距离设置一条伸缩缝。同时，在轨道结构与线下基础、线间防水层的接口处也预留伸缩缝，在协调混凝土伸缩变形的同时起到防水密封的作用。

我国目前高速铁路无砟轨道伸缩缝所用的嵌缝材料以沥青类嵌缝材料为主，也有部分线路采用聚氨酯类嵌缝材料。沥青类嵌缝材料具有原料易得、成本低廉等优点，但是存在较多的缺点：如施工工艺较复杂，需要加热后才能使用；温度适应性较差，低温易发脆，高温易流淌挤出；耐老化性较差，使用寿命较短等。聚氨酯类嵌缝材料多数为双组份包装，需现场计量混合，容易因计量差错或混合不均匀造成材料不固化或固化后性能无法满足要求；温度敏感性较高，低温(≤5℃)条件下，固化速度慢，对嵌缝效果影响大。嵌缝材料的失效会导致无砟轨道结构接缝处防水功能丧失，水从接缝处进入无砟轨道结构内部，会影响无砟轨道混凝土结构耐久性以及无砟轨道的绝缘性能。硅酮嵌缝材料具有施工性好、耐久性优异等优点，但硅酮嵌缝材料对界面为多孔性的混凝土材料粘结性不好，储存周期短；无砟轨道混凝土接缝一般较深，接缝内部嵌缝材料深层固化性能较差，表面易“褶皱”。现有硅酮嵌缝材料技术中可实现深层固化的材料储存周期较短，一般为现配现用，储存周期长的材料不具备深层固化性能，无法实现硅酮嵌缝材料深层固化和长储存周期的双重需要，并且目前尚无专门针对高速铁路无砟轨道混凝土结构的高性能硅酮嵌缝材料。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供了一种施工性能好、位移能力高、储存期长、界面粘结性好及耐老化性优越的硅酮嵌缝材料，本发明的另一个目的是对已失效的沥青类和聚氨酯类嵌缝材料提供一种高性能修复更换嵌缝材料。

技术方案：为了实现以上目的，本发明提供了一种无砟轨道混凝土伸缩缝硅酮嵌缝材料及其制备方法，该材料由下列重量份数的原料组成：α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷100份，增塑剂10～35份，填料70～120份，触变剂0.5～10份，交联剂6～12份，扩链剂1～8份，附着力促进剂0.3～3份，催化剂0.1～2份，颜料0.005～0.5份，储存稳定剂0.5～5份，深层固化剂1～3份。

所述储存稳定剂为具有吸附或清除游离水分和羟基功能的无机物或有机物，具体可为5A分子筛、沸石、氯化钙、氯化镁、六甲基二硅氮烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

所述深层固化剂为聚乙烯醇类吸水树脂、聚丙烯酸类吸水树脂、甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或几种。

所述α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷是由25℃下粘度为5～20Pa·s或50～100Pa·s的107胶中的一种或两种组合物。

所述增塑剂为25℃下粘度为0.5～2Pa·s的甲基硅油或MDT硅油中的一种或两种。

所述填料为表面处理过的纳米碳酸钙，具体可为硬脂酸表面处理的活性纳米碳酸钙或六甲基二硅氮烷处理的纳米碳酸钙，比表面积为20～28m²/g。

所述触变剂为气相二氧化硅、超细矿粉、有机膨润土中的一种或几种。

所述交联剂为酮肟基硅烷，具体可为甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷中的一种或几种。

所述扩链剂为含有二官能基硅烷，具体可为二甲基二丁酮肟基硅烷、二乙烯基二丁酮肟基硅烷、甲基乙烯基二丁酮肟基硅烷、甲基乙烯基二(ε-己内酰氨基)硅烷、甲基乙烯基二(N-甲基乙酰氨基)硅烷中的的一种或几种。

所述附着力促进剂为γ-(2，3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯中的一种或几种。

所述催化剂为有机锡类催化剂，具体可为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二马来酸二丁基锡、二辛酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、二甲氧基二丁基锡中的一种或几种。

所述颜料为无机颜料，具体可为比表面积150～280m²/g的炉法色素炭黑、氧化铁黑、氧化铁红、钛黄中的一种或几种。

所述的一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料制备方法，包括以下步骤：

(1)将储存稳定剂与增塑剂按质量份1∶1混合搅匀，在110～140℃下搅拌3h，冷却，密封保存备用，得到自制储存稳定剂；

(2)将α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、增塑剂、填料、触变剂和颜料依次加入真空捏合机，以30rpm的转速于110～140℃下真空脱水3h后得到基础胶料；

(3)将基础胶料投入三辊研磨机上研磨至细度为30～50μm，冷却至室温；

(4)将研磨过的基胶投入动力混合机中，以行星桨40～100rpm，分散桨100～500rpm的转速下，常温下抽真空搅拌8～12min，根据需要通冷凝水冷却，确保基胶温度在50℃以下；

(5)依次加入交联剂、扩链剂和深层固化剂，抽真空搅拌10～30min；

(6)加入附着力促进剂和催化剂，抽真空搅拌10～30min；

(7)加入自制储存稳定剂，抽真空搅拌8～10min出料，密封包装得成品。

工作机理：

本发明是由基础原料捏合后通过三辊研磨机研磨得到基胶，并向组分中添加储存稳定剂，吸附或清除游离水分和羟基以提高储存稳定性；添加了深层固化剂，保证了材料在混凝土结构伸缩缝中的深层固化特性。单独添加储存稳定剂，虽然有效的提高了硅酮嵌缝材料的储存期，但储存稳定剂抑制交联反应的进行，不利于材料的深度交联。单独添加深层固化剂，虽然可以促进交联反应的快速进行，改善深层固化性能，但材料储存周期短。本发明通过将储存稳定剂和深层固化剂合理有效的复配，优选加料时间和加料方式上，有效地解决了二者在硅酮嵌缝材料互相矛盾，无法共存于同一体系的问题，实现了硅酮嵌缝材料既满足无砟轨道混凝土伸缩缝深层固化的特性，又可长时间储存的双重需求。

有益效果：本发明提供的一种无砟轨道混凝土伸缩缝硅酮嵌缝材料及其制备方法，经过大量试验对比研究发现，相对现有技术具有以下优异的性能：

(1)施工性能好，不拉丝不流挂，可实现深层固化，提高施工效率，并有效地减少因内部固化慢而产生的表面“褶皱”现象；

(2)位移能力好，位移能力达到50LM级，具备剪切、扭转和横向位移能力，断裂伸长率达到800％以上；

(3)与基体混凝土粘结强度高，拉伸一压缩循环周期疲劳性好，嵌缝材料与混凝土粘结面能满足温度变化和列车荷载作用下对无砟轨道结构不同方向的位移变化；

(4)储存稳定性好，室温下储存期可达1年。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详述。这些实施实例仅限用于解释说明本发明，而不限制本发明的范围。

实施例1

材料组成：

制备方法：

上表为实施例1的原料组成，将六甲基二硅氮烷与增塑剂按质量份1∶1混合搅匀，在110℃下搅拌3h，冷却密封备用；将α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、增塑剂、填料、触变剂和颜料依次加入真空捏合机，以30rpm的转速于130℃下真空脱水3h后得到基础胶料；将基础胶料投入三辊研磨机上研磨至细度为45μm，冷却至室温；将研磨过的基胶投入动力混合机中，以行星桨60rpm，分散桨500rpm的转速下，常温下抽真空搅拌12min，根据需要通冷凝水冷却，确保基胶温度在50℃以下；依次加入交联剂、扩链剂和深层固化剂，抽真空搅拌20min；然后加入附着力促进剂和催化剂，抽真空搅拌15min；最后加入自制储存稳定剂，抽真空搅拌10min出料，密封包装得成品。

主要性能见下表1。

实施例2

材料组成：

制备方法：

上表为实施例2的原料组成，将乙烯基三甲氧基硅烷与增塑剂按质量份1∶1混合搅匀，在110℃下搅拌3h，冷却密封备用；将α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、增塑剂、填料、触变剂和颜料依次加入真空捏合机，以30rpm的转速于140℃下真空脱水3h后得到基础胶料；将基础胶料投入三辊研磨机上研磨至细度为30μm，冷却至室温；将研磨过的基胶投入动力混合机中，以行星桨40rpm，分散桨350rpm的转速下，常温下抽真空搅拌10min，根据需要通冷凝水冷却，确保基胶温度在50℃以下；依次加入交联剂、扩链剂和深层固化剂，抽真空搅拌20min；然后加入附着力促进剂和催化剂，抽真空搅拌15min；最后加入自制储存稳定剂，抽真空搅拌8min出料，密封包装得成品。

主要性能见下表1。

实施例3

材料组成：

制备方法：

上表为实施例3的原料组成，将氯化镁与增塑剂按质量份1∶1混合搅匀，在140℃下搅拌3h，冷却密封备用；将α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、增塑剂、填料、触变剂和颜料依次加入真空捏合机，以30rpm的转速于130℃下真空脱水3h后得到基础胶料；将基础胶料投入三辊研磨机上研磨至细度为30μm，冷却至室温；将研磨过的基胶投入动力混合机中，以行星桨80rpm，分散桨100rpm的转速下，常温下抽真空搅拌8min，根据需要通冷凝水冷却，确保基胶温度在50℃以下；依次加入交联剂、扩链剂和深层固化剂，抽真空搅拌10min；然后加入附着力促进剂和催化剂，抽真空搅拌30min；最后加入自制储存稳定剂，抽真空搅拌10min出料，密封包装得成品。

主要性能见下表1。

实施例4

材料组成：

制备方法：

上表为实施例4的原料组成，将氯化钙与增塑剂按质量份1∶1混合搅匀，在130℃下搅拌3h，冷却密封备用；将α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、增塑剂、填料、触变剂和颜料依次加入真空捏合机，以30rpm的转速于110℃下真空脱水3h后得到基础胶料；将基础胶料投入三辊研磨机上研磨至细度为50μm，冷却至室温；将研磨过的基胶投入动力混合机中，以行星桨100rpm，分散桨500rpm的转速下，常温下抽真空搅拌12min，根据需要通冷凝水冷却，确保基胶温度在50℃以下；依次加入交联剂、扩链剂和深层固化剂，抽真空搅拌30min；然后加入附着力促进剂和催化剂，抽真空搅拌30min；最后加入自制储存稳定剂，抽真空搅拌10min出料，密封包装得成品。

主要性能见下表1。

实施例5

材料组成：

制备方法：

上表为实施例5的原料组成，将5A分子筛与增塑剂按质量份1∶1混合搅匀，在130℃下搅拌3h，冷却密封备用；将α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、增塑剂、填料、触变剂和颜料依次加入真空捏合机，以30rpm的转速于130℃下真空脱水3h后得到基础胶料；将基础胶料投入三辊研磨机上研磨至细度为45μm，冷却至室温；将研磨过的基胶投入动力混合机中，以行星桨40rpm，分散桨350rpm的转速下，常温下抽真空搅拌8min，根据需要通冷凝水冷却，确保基胶温度在50℃以下；依次加入交联剂、扩链剂和深层固化剂，抽真空搅拌10min；然后加入附着力促进剂和催化剂，抽真空搅拌30min；最后加入自制储存稳定剂，抽真空搅拌10min出料，密封包装得成品。

主要性能见下表1。

实施例6

材料组成：

制备方法：

上表为实施例6的原料组成，将氯化钙与增塑剂按质量份1∶1混合搅匀，在130℃下搅拌3h，冷却密封备用；将α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、增塑剂、填料、触变剂和颜料依次加入真空捏合机，以30rpm的转速于130℃下真空脱水3h后得到基础胶料；将基础胶料投入三辊研磨机上研磨至细度为50μm，冷却至室温；将研磨过的基胶投入动力混合机中，以行星桨40rpm，分散桨350rpm的转速下，常温下抽真空搅拌8min，根据需要通冷凝水冷却，确保基胶温度在50℃以下；依次加入交联剂、扩链剂和深层固化剂，抽真空搅拌15min；然后加入附着力促进剂和催化剂，抽真空搅拌15min；最后加入自制储存稳定剂，抽真空搅拌10min出料，密封包装得成品。

主要性能见下表1。

实施例7

材料组成：

制备方法：

上表为实施例7的原料组成，将沸石与增塑剂按质量份1∶1混合搅匀，在130℃下搅拌3h，冷却密封备用；将α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、增塑剂、填料、触变剂和颜料依次加入真空捏合机，以30rpm的转速于130℃下真空脱水3h后得到基础胶料；将基础胶料投入三辊研磨机上研磨至细度为45μm，冷却至室温；将研磨过的基胶投入动力混合机中，以行星桨60rpm，分散桨500rpm的转速下，常温下抽真空搅拌10min，根据需要通冷凝水冷却，确保基胶温度在50℃以下；依次加入交联剂、扩链剂和深层固化剂，抽真空搅拌30min；然后加入附着力促进剂和催化剂，抽真空搅拌30min；最后加入自制储存稳定剂，抽真空搅拌8min出料，密封包装得成品。

主要性能见下表1。

实施例8

材料组成：

制备方法：

上表为实施例8的原料组成，将沸石与增塑剂按质量份1∶1混合搅匀，在130℃下搅拌3h，冷却密封备用；将α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、增塑剂、填料、触变剂和颜料依次加入真空捏合机，以30rpm的转速于130℃下真空脱水3h后得到基础胶料；将基础胶料投入三辊研磨机上研磨至细度为45μm，冷却至室温；将研磨过的基胶投入动力混合机中，以行星桨40rpm，分散桨350rpm的转速下，常温下抽真空搅拌10min，根据需要通冷凝水冷却，确保基胶温度在50℃以下；依次加入交联剂、扩链剂和深层固化剂，抽真空搅拌30min；然后加入附着力促进剂和催化剂，抽真空搅拌10min；最后加入自制储存稳定剂，抽真空搅拌8min出料，密封包装得成品。

主要性能见下表1。

对比例1

材料组成：

制备方法：

上表为对比例1的原料组成，将α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、二甲基硅油、纳米碳酸钙、气相二氧化硅和槽法炭黑依次加入真空捏合机，以30rpm的转速于130℃下真空脱水3h后得到基础胶料；将基胶投入动力混合机中，以行星桨40rpm，分散桨350rpm的转速下，常温下抽真空搅拌10min；加入甲基三丁酮肟基硅烷，抽真空搅拌30min；然后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷和二月桂酸二丁基锡，抽真空搅拌10min，密封包装得成品。

主要性能见下表1。

对比例2

材料组成：

制备方法：

上表为对比例2的原料组成，将α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、二甲基硅油、纳米碳酸钙、气相二氧化硅和乙炔炭黑依次加入真空捏合机，以30rpm的转速于130℃下真空脱水3h后得到基础胶料；将基胶投入动力混合机中，以行星桨40rpm，分散桨350rpm的转速下，常温下抽真空搅拌10min；加入四丁酮肟基硅烷、甲基乙烯基二丁酮肟基硅烷，抽真空搅拌30min；然后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷和二月桂酸二丁基锡，抽真空搅拌10min；最后加入自制储存稳定剂，抽真空搅拌8min出料，密封包装得成品。

主要性能见下表1。

Claims (11)

1.一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料，其特征在于：该材料组成按质量份计为：

其中，所述储存稳定剂为具有吸附或清除游离水分和羟基功能的无机物或有机物，具体可为5A分子筛、沸石、氯化钙、氯化镁、六甲基二硅氮烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或几种；所述深层固化剂为聚乙烯醇类吸水树脂、聚丙烯酸类吸水树脂、甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料，其特征在于：所述α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷是由25℃下粘度为5～20Pa·s或50～100Pa·s的107胶中的一种或两种组合物。

3.根据权利要求1所述的一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料，其特征在于：所述增塑剂为25℃下粘度为0.5～2Pa·s的甲基硅油或MDT硅油中的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料，其特征在于：所述填料为经表面处理过的纳米碳酸钙，具体可为经硬脂酸表面处理的活性纳米碳酸钙或经六甲基二硅氮烷处理的活性纳米碳酸钙，比表面积为20～28m²/g。

5.根据权利要求1所述的一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料，其特征在于：所述触变剂为气相二氧化硅、超细矿粉、有机膨润土中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料，其特征在于：所述交联剂为酮肟基硅烷，具体可为甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、四丁酮肟基硅烷中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料，其特征在于：所述扩链剂为含有二官能基硅烷，具体可为二甲基二丁酮肟基硅烷、二乙烯基二丁酮肟基硅烷、甲基乙烯基二丁酮肟基硅烷、甲基乙烯基二(ε-己内酰氨基)硅烷、甲基乙烯基二(N-甲基乙酰氨基)硅烷中的的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料，其特征在于：所述附着力促进剂为γ-(2，3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料，其特征在于：所述催化剂为有机锡类催化剂，具体可为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二马来酸二丁基锡、二辛酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、二甲氧基二丁基锡中的一种或几种。

10.根据权利要求1所述的一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料，其特征在于：所述颜料为无机颜料，具体可为比表面积150～280m²/g的炉法色素炭黑、氧化铁黑、氧化铁红、钛黄中的一种或几种。

11.根据权利要求1所述的一种用于无砟轨道混凝土伸缩缝的硅酮嵌缝材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将储存稳定剂与增塑剂按质量份1∶1混合搅匀，在110～140℃下搅拌3h，冷却，密封保存备用得到自制储存稳定剂；

(2)将α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、增塑剂、填料、触变剂和颜料依次加入真空捏合机，以30rpm的转速于110～140℃下真空脱水3h后得到基础胶料；

(3)将基础胶料投入三辊研磨机上研磨至细度为30～50μm，冷却至室温；

(4)将研磨过的基胶投入动力混合机中，以行星桨40～100rpm，分散桨100～500rpm的转速下，常温下抽真空搅拌8～12min，根据需要通冷凝水冷却，确保基胶温度在50℃以下；

(5)依次加入交联剂、扩链剂和深层固化剂，抽真空搅拌10～30min；

(6)加入附着力促进剂和催化剂，抽真空搅拌10～30min；

(7)加入自制储存稳定剂，抽真空搅拌8～10min出料，密封包装得成品。