CN104987027B - 高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复材料及其制备、用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料及其制备、用途；该修复材料包括：10～20wt％纳米二氧化硅、4～5wt％偏硅酸钠、1～2wt％氢氧化钠、1～2wt％交联剂、0.5～1.0wt％促硬剂、0.01～0.05wt％表面活性剂、0.2～0.5wt％三聚磷酸钠、0.1～0.3wt％硫酸钠，余量为去离子水。本发明的修复材料在干燥环境下，能快速凝结硬化，具有高粘结力和高渗透性的特点，施工方便，无毒无污染，可快速修复维护高铁无砟轨道混凝土道床板。

Description

高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复材料及其制备、用途

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种用于高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝快速复材料及其制备方法和用途。

背景技术

无砟轨道是我国高速铁路轨道的主要形式，其结构通常由钢筋混凝土底座板、凸形挡台、CA砂浆垫层、轨道板、扣件、钢轨等组成。在长期的运营过程中，由于荷载、自然环境等各类因素会导致作为主要承载结构的混凝土道床板出现裂缝。当混凝土道床板出现裂缝伤损以后，混凝土板中的钢筋容易发生锈蚀，产生锈蚀的钢筋又会不断挤胀混凝土，裂缝在此作用下不断产生扩张，最后导致混凝土发生破裂、掉块伤损。在长期服役的环境下，混凝土会与空气中的二氧化碳气体发生碳化反应，碳化后混凝土的脆性增大，容易导致混凝土的掉块剥离伤损。此类伤损导致的渗水会加快基础下沉的速度，使无砟轨道混凝土道床的耐久性以及承载能力大幅度降低，严重时将会威胁到行车安全。

由于影响道床板开裂的因素很多，因此即使设计和施工上采取了很多措施，仍难以彻底避免道床板的开裂，在这种情况下就有必要对道床板裂缝进行修补。目前常用的裂缝修补方法有环氧树酯灌注法、表面封闭法、开槽嵌塞法、柔性封闭法。在这些修补方法中，采用的修复材料均为有机高分子材料，其主要目的密封住缝隙，达到固封效果，而对于混凝土本身未有任何加固或者增加效果。因此，这些修补只能实现的是短期作用，未能从根本上有效解决混凝土道床板长期的耐久性问题，而且这些修补材料存在着施工方案复杂和成本昂贵等不足。通过对现有技术的文献检索，还未见有关专门针对高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复材料。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复材料及其制备方法、用途；该高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复材料可大幅度提高混凝土道床板的耐久性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明涉及一种高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料，该修复材料由以下组分及重量百分比含量组成：

优选地，所述纳米二氧化硅为粒径在20～40nm的亲水性无定型粉末。

优选地，所述偏硅酸钠为无水偏硅酸钠，其纯度在99.9％以上。

优选地，所述氢氧化钠为工业级纯度在90％以上的片状氢氧化钠。

优选地，所述表面活性剂为氟碳表面活性剂。

优选地，所述交联剂为硅酸铝粉末。

优选地，所述促硬剂为氟硅酸钠、氟硅酸钙、三氯化铁或三氯化铝。

优选地，所述磷酸盐为食品级三聚磷酸钠粉末，纯度达到99％以上。

优选地，所述硫酸盐为工业级纯度在99％以上的硫酸钠。发明人通过大量的创造性劳动发现，在本发明中，磷酸盐和硫酸盐分别采用三聚磷酸钠粉末以及硫酸钠时，二者在本发明中起到激发剂的作用，其在表面活性剂作用下，快速渗透到混凝土内部并激发混凝土内部一些未水化的水泥或者粉煤灰，参与反应形成新的结晶体密实了混凝土内部孔隙，提高了混凝土抵抗各种化学介质侵蚀能力和耐久性。

本发明还涉及一种高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

A、称取所述去离子水置于不锈钢反应釜中，搅拌，缓慢加入所述纳米二氧化硅，搅拌10～15分钟，再缓慢加入所述偏硅酸钠和氢氧化钠，此时密封反应釜并维持反应釜工作压力为21g/cm²，工作温度为100～110℃，继续搅拌10～15分钟；静置观察1～2小时，待清澈后除去压力和温度，同时不断搅拌直至冷却至室温，制得硅溶胶溶液；

B、在所述硅溶胶溶液中缓慢加入所述磷酸盐，快速搅拌10～15分钟；慢慢加入所述硫酸盐，搅拌5～10分钟；逐渐加入所述交联剂和促硬剂搅拌3～5分钟，再加入所述表面活性剂，快速搅拌3～5分钟，然后静置1～3小时，密封，即得所述用于高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝快速修复维护材料。

本发明还涉及一种高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料的用途，所述维护材料用于快速修复高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝时，包括以下步骤：

A、将出现裂缝的高铁无砟轨道混凝土道床板表面清理干净，并用水湿润；

B、至少一次涂刷或喷涂在开裂的混凝土道床板表面，并保持其表面水饱和状态半小时；

C、2个小时内，混凝土表面禁止有雨水浸泡并保持干燥即可。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明对于无砟轨道混凝土道床板裂缝具有快速修复封堵功能，施工工艺简单，快速高效且具有永久性。

2)本发明利用纳米硅溶胶在空气中，由于交联剂和促硬剂的双重作用，能快速凝结硬化产生较高的粘结力将道床板中裂缝进行封堵并形成连接；此时，修复材料中掺有的激发剂在表面活性剂作用下，快速渗透到混凝土内部并激发混凝土内部一些未水化的水泥或者粉煤灰，参与反应形成新的结晶体密实了混凝土内部孔隙，提高了混凝土抵抗各种化学介质侵蚀能力和耐久性。

3)本发明的修复材料具有快速凝结硬化形成强度，施工方便，具有超强的渗透和结晶能力，能大幅度提高混凝土耐久性和防裂能力，无毒无污染，属于环保型多功能混凝土裂缝修复材料。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例的高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料的组成和重量百分比是纳米二氧化硅：15％，偏硅酸钠：4.0％，氢氧化钠：1.0％，氟硅酸钠：0.5％，硅酸铝：2.0％，氟碳表面活性剂：0.01，三聚磷酸钠：0.5，硫酸钠：0.1，去离子水：76.89％。以配制100kg样品进行试配。

第一步、称取76.89kg的去离子水置于反应器中，搅拌，缓慢加入15kg纳米二氧化硅，搅拌15分钟，再缓慢加入4.0kg偏硅酸钠和1.0kg氢氧化钠，此时密封反应釜并维持反应釜工作压力为21g/cm²，工作温度为100℃，继续搅拌15分钟；静置观察2小时，待清澈后则除去压力和温度，同时不断搅拌直至冷却至室温，制得硅溶胶溶液；

第二步、在硅溶胶溶液中缓慢加入0.5kg三聚磷酸钠，快速搅拌10～15分钟；慢慢加入0.1kg硫酸钠，搅拌5～10分钟；逐渐加入0.5kg氟硅酸钠和2kg硅酸铝搅拌3分钟，再加入0.01kg氟碳表面活性剂，快速搅拌3～5分钟，然后静置2个小时左右，然后密封，形成修复溶液，即高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料。

选取某一高铁段无砟轨道开裂的混凝土道床板，利用毛刷将有微细裂缝的混凝土表面清扫干净并用自来水湿润。将所制备的修复材料在30分钟内多次涂刷到混凝土道床板表面，确保其表面一直处于润湿状态，然后静置确保2小时内混凝土表面处于干燥环境。2小时后观察，混凝土道床板裂缝被修复材料填充密封，2个月后观察混凝土道床板，与其它混凝土道床板相比，修复后混凝土道床板无任何裂缝。利用回弹仪对混凝土道床板进行回弹测试，测试结果显示，修复后混凝土道床板其强度达到48.0MPa，未修复的混凝土道床板强度为44.5MPa，修复后混凝土道床板强度提高了7.6％。

实施例2

本实施例的高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料的组成和重量百分比是纳米二氧化硅：20％，偏硅酸钠：6.0％，氢氧化钠：0.5％，氟硅酸钙：1.0％，硅酸铝：1.5％，氟碳表面活性剂：0.05％，三聚磷酸钠：0.2％，硫酸钠：0.3％，去离子水：70.45％。以配制100kg样品进行试配。

第一步、称取70.45kg的去离子水置于反应器中，搅拌，缓慢加入20kg纳米二氧化硅，搅拌15分钟，再缓慢加入6.0kg偏硅酸钠和0.5kg氢氧化钠，此时密封反应釜并维持反应釜工作压力为21g/cm²，工作温度为110℃，继续搅拌10分钟；静置观察2小时，待清澈后则除去压力和温度，同时不断搅拌直至冷却至室温，制得硅溶胶溶液。

第二步、在硅溶胶溶液中缓慢加入0.2kg三聚磷酸钠，快速搅拌10～15分钟；慢慢加入0.3kg硫酸钠，搅拌5～10分钟；逐渐加入1.0kg氟硅酸钙和1.5kg硅酸铝搅拌3分钟，再加入0.05kg氟碳表面活性剂，快速搅拌3～5分钟，然后静置2个小时左右，然后密封，形成修复溶液。

选取某一高铁段无砟轨道开裂的混凝土道床板，利用毛刷将有微细裂缝的混凝土表面清扫干净并用自来水湿润。将所制备的修复材料在30分钟内多次涂刷到混凝土道床板表面，确保其表面一直处于润湿状态，然后静置确保2小时内混凝土表面处于干燥环境。3小时后观察，混凝土道床板裂缝被修复材料填充密封，3个月后观察混凝土道床板，与其它混凝土道床板相比，修复后混凝土道床板无任何裂缝。利用回弹仪对混凝土道床板进行回弹测试，测试结果显示，修复后混凝土道床板其强度达到45.5MPa，未修复的混凝土道床板强度为43.5MPa，修复后混凝土道床板强度提高了4.5％。

实施例3

本实施例的高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料的组成和重量百分比是纳米二氧化硅：17.5％，偏硅酸钠：5.0％，氢氧化钠：0.8％，三氯化铁：1.0％，硅酸铝：1.5％，氟碳表面活性剂：0.03％，三聚磷酸钠：0.3％，硫酸钠：0.2％，去离子水：73.67％。以配制100kg样品进行试配。

第一步、称取73.67kg的去离子水置于反应器中，搅拌，缓慢加入17.5kg纳米二氧化硅，搅拌15分钟，再缓慢加入5.0kg偏硅酸钠和0.8kg氢氧化钠，此时密封反应釜并维持反应釜工作压力为21g/cm²，工作温度为100℃，继续搅拌10分钟；静置观察1.5小时，待清澈后则除去压力和温度，同时不断搅拌直至冷却至室温，制得硅溶胶溶液。。

第二步、在硅溶胶溶液中缓慢加入0.3kg三聚磷酸钠，快速搅拌15分钟；慢慢加入0.2kg硫酸钠，搅拌5-10分钟；逐渐加入1.0kg三氯化铁和1.5kg硅酸铝搅拌3分钟，再加入0.03kg氟碳表面活性剂，快速搅拌5分钟，然后静置2个小时左右，然后密封，形成修复溶液。

选取某一高铁段无砟轨道开裂的混凝土道床板，利用毛刷将有微细裂缝的混凝土表面清扫干净并用自来水湿润。将所制备的修复材料在30分钟内多次涂刷到混凝土道床板表面，确保其表面一直处于润湿状态，然后静置确保2小时内混凝土表面处于干燥环境。3小时后观察，混凝土道床板裂缝被修复材料填充密封，3个月后观察混凝土道床板，与其它混凝土道床板相比，修复后混凝土道床板无任何裂缝。利用回弹仪对混凝土道床板进行回弹测试，测试结果显示，修复后混凝土道床板其强度达到50.0MPa，未修复的混凝土道床板强度为49.5MPa，修复后混凝土道床板与原道床板混凝土强度基本相同。

实施例4

本实施例的高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料的组成和重量百分比是纳米二氧化硅：18.0％，偏硅酸钠：4.5％，氢氧化钠：0.8％，三氯化铝：0.8％，硅酸铝：1.2％，氟碳表面活性剂：0.03％，三聚磷酸钠：0.2％，硫酸钠：0.15％，去离子水：74.32％。以配制100kg样品进行试配。

第一步、称取74.32kg的去离子水置于反应器中，搅拌，缓慢加入18.0kg纳米二氧化硅，搅拌15分钟，再缓慢加入4.5kg偏硅酸钠和0.8kg氢氧化钠，此时密封反应釜并维持反应釜工作压力为21g/cm²，工作温度为100℃，继续搅拌10分钟；静置观察2.0小时，待清澈后则除去压力和温度，同时不断搅拌直至冷却至室温，制得硅溶胶溶液。

第二步、在硅溶胶溶液中缓慢加入0.2kg三聚磷酸钠，快速搅拌15分钟；慢慢加入0.15kg硫酸钠，搅拌10分钟；逐渐加入0.8kg三氯化铝和1.2kg硅酸铝搅拌3分钟，再加入0.03kg氟碳表面活性剂，快速搅拌5分钟，然后静置2个小时左右，然后密封，形成修复溶液。

选取某一高铁段无砟轨道开裂的混凝土道床板，该道床板有多条0.2mm左右的裂缝，利用毛刷将有微细裂缝的混凝土表面清扫干净并用自来水湿润。将所制备的修复材料在30分钟内多次喷涂到混凝土道床板表面，确保其表面一直处于润湿状态，然后静置确保2小时内混凝土表面处于干燥环境。2小时后观察，混凝土道床板裂缝被修复材料填充密封，1个月后观察混凝土道床板，与其它混凝土道床板相比，修复后混凝土道床板无任何裂缝。利用回弹仪对混凝土道床板进行回弹测试，测试结果显示，修复后混凝土道床板其强度达到47.5MPa，未修复的混凝土道床板强度为43.5MPa，修复后混凝土道床板强度提高了9.1％。

综上所述，本发明的修复材料涂刷到混凝土道床板表面，在干燥环境下，能快速凝结硬化，具有高粘结力和高渗透性的特点，可以高效地渗透到混凝土道床板内部的微细裂缝中，不仅粘结混凝土的微细裂缝，而且其中的三聚磷酸钠和硫酸钠还起到激发剂的作用，能促使混凝土内未水化的水泥或者粉煤灰参与反应形成新的结晶体，密实混凝土结构，使破损的混凝土道床板恢复强度。该修复材料具有无毒无污染施工方便，性能优异。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料，其特征在于，该修复材料由以下重量百分比含量的各组分组成：

余量为去离子水；

所述交联剂为硅酸铝粉末；所述促硬剂为氟硅酸钠、氟硅酸钙、三氯化铁或三氯化铝；

所述高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料是通过包括以下步骤的方法制备而得：

A、称取所述去离子水置于不锈钢反应釜中，搅拌，缓慢加入所述纳米二氧化硅，搅拌10～15分钟，再缓慢加入所述偏硅酸钠和氢氧化钠，此时密封反应釜并维持反应釜工作压力为21g/cm²，工作温度为100～110℃，继续搅拌10～15分钟；静置观察1～2小时，待清澈后除去压力和温度，同时不断搅拌直至冷却至室温，制得硅溶胶溶液；

B、在所述硅溶胶溶液中缓慢加入所述磷酸盐，快速搅拌10～15分钟；慢慢加入所述硫酸盐，搅拌5～10分钟；逐渐加入所述交联剂和促硬剂搅拌3～5分钟，再加入所述表面活性剂，快速搅拌3～5分钟，然后静置1～3小时，密封，即得所述用于高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝快速修复维护材料。

2.根据权利要求1所述的高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅为粒径在20～40nm的亲水性无定型粉末。

3.根据权利要求1所述的高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料，其特征在于，所述偏硅酸钠为无水偏硅酸钠，其纯度在99.9％以上；所述氢氧化钠为工业级纯度在90％以上的片状氢氧化钠。

4.根据权利要求1所述的高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料，其特征在于，所述表面活性剂为氟碳表面活性剂。

5.根据权利要求1所述的高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料，其特征在于，所述磷酸盐为食品级三聚磷酸钠粉末， 纯度达到99％以上。

6.根据权利要求1所述的高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料，其特征在于，所述硫酸盐为工业级纯度在99％以上的硫酸钠。

7.一种如权利要求1所述的高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料的用途，其特征在于，所述维护材料用于快速修复高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝时，包括以下步骤：

A、将出现裂缝的高铁无砟轨道混凝土道床板表面清理干净，并用水湿润；

B、至少一次涂刷或喷涂在开裂的混凝土道床板表面，并保持其表面水饱和状态30分钟；

C、2个小时内，混凝土表面禁止有雨水浸泡并保持干燥即可。