CN111333389A - 一种高阻尼的改性水泥砂浆及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高阻尼的改性水泥砂浆及其制备方法和应用，属于土木工程材料领域。该高阻尼的改性水泥砂浆包括水泥、砂、水、水性聚氨酯乳液、减水剂和消泡剂；所述水泥、砂、水、水性聚氨酯乳液、减水剂和消泡剂的质量比为(1000~1200):(2000~2400):(500~600):(80~120):(4~7):(0.2~0.5)。另外，所述改性水泥砂浆还可包括无机填料；所述无机填料为云母和/或晶须。本发明提供的改性水泥砂浆可以用作为轨道的减振材料，其能有效解决无砟轨道在列车高速运行条件下轨道结构振动和噪声问题，改善车辆运行时的轮轨关系以及延长轨道的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程材料领域，具体是一种高阻尼的改性水泥砂浆及其制备方法和应用。
背景技术
随着城市的不断发展，城市面积的不断增大，城市人口的不断增多，越来越多的城市面临着基础设施发展的瓶颈与城市居民出行需求的矛盾。为了解决这一矛盾，越来越多的城市选择发展轨道交通。
然而，在城市轨道交通缓解交通堵塞的同时，其引发的振动与噪声问题也影响着城市居民的生活质量。城市轨道交通建设中普遍使用无砟轨道。无砟轨道可承受更大的轮轨作用力，延长路基使用寿命，可大幅降低轨道结构的养护和维修工作量，其日常维修工作量仅为有砟轨道结构的十分之一左右。但无砟轨道结构的轨道弹性仅仅靠钢轨扣件提供，在列车运行条件下，其轨道结构的振动和噪声问题日益严重。车辆运行引起的轨道振动不仅会恶化轮轨关系，缩短轨道结构使用寿命，还为城市轨道的安全运行埋下隐患。
然而，目前轨道所采用的的水泥砂浆等材料存在阻尼效果较差等问题，其存在减振效果较差等问题，因此，亟待对现有的水泥砂浆材料进行改进。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种高阻尼的改性水泥砂浆，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种高阻尼的改性水泥砂浆，包括水泥、砂、水、水性聚氨酯乳液、减水剂和消泡剂；所述水泥、砂、水、水性聚氨酯乳液、减水剂和消泡剂的质量比为(1000～1200):(2000～2400):(500～600):(80～120):(4～7):(0.2～0.5)。
作为本发明实施例的一个优选方案，所述水泥、砂、水、水性聚氨酯乳液、减水剂和消泡剂的质量比为1100:2200:550:(88～110):5.5:(0.352～0.44)。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述水性聚氨酯乳液为脂肪族聚氨酯的水性分散液；所述减水剂为聚羧酸型减水剂；所述消泡剂为有机聚醚酯化物、矿物油和醇复合型消泡剂中的一种。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述水泥为硅酸盐水泥；所述砂为天然河砂；所述砂的最大粒径小于2.5mm。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述改性水泥砂浆还包括无机填料；所述无机填料和水泥的质量比为(44～88):1100；所述无机填料为云母和/或晶须。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述云母为绢云母；所述晶须为硫酸钙晶须。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述高阻尼的改性水泥砂浆的制备方法，其包括以下步骤：
按照所述水泥、砂、水、水性聚氨酯乳液、减水剂和消泡剂的质量比，称取水泥、砂、水、水性聚氨酯乳液、减水剂和消泡剂，备用；
将减水剂和水进行混合后，再与水性聚氨酯乳液进行混合，并添加消泡剂进行搅拌，得到混合液；
将水泥和砂进行混合，得到混合干料；或者将水泥、砂和无机填料进行混合，得到混合干料；
将混合液与混合干料进行混合，得到所述改性水泥砂浆。
本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述制备方法制得的高阻尼的改性水泥砂浆。
作为本发明实施例的另一个优选方案，所述改性水泥砂浆的弹性模量为14.87～20.14GPa；所述改性水泥砂浆的损耗因子为0.078～0.112。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述改性水泥砂浆在作为轨道减振材料中的应用。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供的一种高阻尼的改性水泥砂浆，通过添加环保型的水性聚氨酯乳液对水泥砂浆进行改性，可在满足《客运专线无砟轨道铁路设计指南》中对无砟轨道结构支撑层的强度要求下，降低水泥砂浆的弹性模量以及提高水泥砂浆的阻尼性能，从而可以用作为轨道的减振材料，以有效解决无砟轨道在列车高速运行条件下轨道结构振动和噪声问题，改善车辆运行时的轮轨关系以及延长轨道的使用寿命。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
该实施例提供了一种高阻尼的改性水泥砂浆，其制备方法包括以下步骤：
(1)称取水泥1100g、砂2200g、水550g、水性聚氨酯乳液88g、减水剂5.5g、消泡剂0.352g，备用；其中，水性聚氨酯乳液为脂肪族聚氨酯的水性分散液，具体可采用东莞市黄江盛邦塑胶原材料经营部提供的GMP-835型号产品；减水剂为聚羧酸型减水剂，具体可采用深圳市安托山混凝土有限公司提供的聚羧酸型高性能减水剂；消泡剂为有机聚醚酯化物，具体可采用东莞德丰消泡剂厂家提供的水性聚氨酯溶液专用消泡剂；水泥为海螺牌硅酸盐水泥，其强度等级为42.5；砂为天然河砂，其最大粒径小于2.5mm。
(2)将上述减水剂和水进行混合后，再与水性聚氨酯乳液进行混合，并添加消泡剂进行搅拌，直至气泡消失，得到混合液。
(3)将上述水泥、砂进行搅拌混合2min，得到混合干料。
(4)将上述混合液与混合干料进行搅拌混合3min，即可得到改性水泥砂浆。
实施例2
该实施例提供了一种高阻尼的改性水泥砂浆，其制备方法包括以下步骤：
(1)称取水泥1100g、砂2200g、水550g、水性聚氨酯乳液110g、减水剂5.5g、消泡剂0.44g，备用；其中，水性聚氨酯乳液为脂肪族聚氨酯的水性分散液，具体可采用东莞市黄江盛邦塑胶原材料经营部提供的GMP-835型号产品；减水剂为聚羧酸型减水剂，具体可采用深圳市安托山混凝土有限公司提供的聚羧酸型高性能减水剂；消泡剂为有机聚醚酯化物，具体可采用东莞德丰消泡剂厂家提供的水性聚氨酯溶液专用消泡剂；水泥为海螺牌硅酸盐水泥，其强度等级为42.5；砂为天然河砂，其最大粒径小于2.5mm。
(2)将上述减水剂和水进行混合后，再与水性聚氨酯乳液进行混合，并添加消泡剂进行搅拌，直至气泡消失，得到混合液。
(3)将上述水泥、砂进行搅拌混合2min，得到混合干料。
(4)将上述混合液与混合干料进行搅拌混合3min，即可得到改性水泥砂浆。
实施例3
该实施例提供了一种高阻尼的改性水泥砂浆，其制备方法包括以下步骤：
(1)称取水泥1100g、砂2200g、水550g、水性聚氨酯乳液110g、减水剂5.5g、消泡剂0.44g、无机填料66g，备用；其中，水性聚氨酯乳液为脂肪族聚氨酯的水性分散液，具体可采用东莞市黄江盛邦塑胶原材料经营部提供的GMP-835型号产品；减水剂为聚羧酸型减水剂，具体可采用深圳市安托山混凝土有限公司提供的聚羧酸型高性能减水剂；消泡剂为有机聚醚酯化物，具体可采用东莞德丰消泡剂厂家提供的水性聚氨酯溶液专用消泡剂；水泥为海螺牌硅酸盐水泥，其强度等级为42.5；砂为天然河砂，其最大粒径小于2.5mm；无机填料为800目的绢云母。
(2)将上述减水剂和水进行混合后，再与水性聚氨酯乳液进行混合，并添加消泡剂进行搅拌，直至气泡消失，得到混合液。
(3)将上述水泥、砂、无机填料进行搅拌混合2min，得到混合干料。
(4)将上述混合液与混合干料进行搅拌混合3min，即可得到改性水泥砂浆。
实施例4
该实施例提供了一种高阻尼的改性水泥砂浆，其制备方法包括以下步骤：
(1)称取水泥1100g、砂2200g、水550g、水性聚氨酯乳液110g、减水剂5.5g、消泡剂0.44g、无机填料66g，备用；其中，水性聚氨酯乳液为脂肪族聚氨酯的水性分散液，具体可采用东莞市黄江盛邦塑胶原材料经营部提供的GMP-835型号产品；减水剂为聚羧酸型减水剂，具体可采用深圳市安托山混凝土有限公司提供的聚羧酸型高性能减水剂；消泡剂为有机聚醚酯化物，具体可采用东莞德丰消泡剂厂家提供的水性聚氨酯溶液专用消泡剂；水泥为海螺牌硅酸盐水泥，其强度等级为42.5；砂为天然河砂，其最大粒径小于2.5mm；无机填料为硫酸钙晶须。
(2)将上述减水剂和水进行混合后，再与水性聚氨酯乳液进行混合，并添加消泡剂进行搅拌，直至气泡消失，得到混合液。
(3)将上述水泥、砂、无机填料进行搅拌混合2min，得到混合干料。
(4)将上述混合液与混合干料进行搅拌混合3min，即可得到改性水泥砂浆。
实施例5
该实施例提供了一种高阻尼的改性水泥砂浆，其制备方法包括以下步骤：
(1)称取水泥1100g、砂2200g、水550g、水性聚氨酯乳液110g、减水剂5.5g、消泡剂0.44g、无机填料66g，备用；其中，水性聚氨酯乳液为脂肪族聚氨酯的水性分散液，具体可采用东莞市黄江盛邦塑胶原材料经营部提供的GMP-835型号产品；减水剂为聚羧酸型减水剂，具体可采用深圳市安托山混凝土有限公司提供的聚羧酸型高性能减水剂；消泡剂为有机聚醚酯化物，具体可采用东莞德丰消泡剂厂家提供的水性聚氨酯溶液专用消泡剂；水泥为海螺牌硅酸盐水泥，其强度等级为42.5；砂为天然河砂，其最大粒径小于2.5mm；无机填料为800目的绢云母和硫酸钙晶须按照等质量比进行混合的共混物。
(2)将上述减水剂和水进行混合后，再与水性聚氨酯乳液进行混合，并添加消泡剂进行搅拌，直至气泡消失，得到混合液。
(3)将上述水泥、砂、无机填料进行搅拌混合2min，得到混合干料。
(4)将上述混合液与混合干料进行搅拌混合3min，即可得到改性水泥砂浆。
实施例6
该实施例提供了一种高阻尼的改性水泥砂浆，其制备方法包括以下步骤：
(1)称取水泥1100g、砂2200g、水550g、水性聚氨酯乳液110g、减水剂5.5g、消泡剂0.44g、无机填料44g，备用；其中，水性聚氨酯乳液为脂肪族聚氨酯的水性分散液，具体可采用东莞市黄江盛邦塑胶原材料经营部提供的GMP-835型号产品；减水剂为聚羧酸型减水剂，具体可采用深圳市安托山混凝土有限公司提供的聚羧酸型高性能减水剂；消泡剂为矿物油；水泥为海螺牌硅酸盐水泥，其强度等级为42.5；砂为天然河砂，其最大粒径小于2.5mm；无机填料为800目的绢云母。
(2)将上述减水剂和水进行混合后，再与水性聚氨酯乳液进行混合，并添加消泡剂进行搅拌，直至气泡消失，得到混合液。
(3)将上述水泥、砂、无机填料进行搅拌混合2min，得到混合干料。
(4)将上述混合液与混合干料进行搅拌混合3min，即可得到改性水泥砂浆。
实施例7
该实施例提供了一种高阻尼的改性水泥砂浆，其制备方法包括以下步骤：
(1)称取水泥1100g、砂2200g、水550g、水性聚氨酯乳液110g、减水剂5.5g、消泡剂0.44g、无机填料88g，备用；其中，水性聚氨酯乳液为脂肪族聚氨酯的水性分散液，具体可采用东莞市黄江盛邦塑胶原材料经营部提供的GMP-835型号产品；减水剂为聚羧酸型减水剂，具体可采用深圳市安托山混凝土有限公司提供的聚羧酸型高性能减水剂；消泡剂为醇复合型消泡剂；水泥为海螺牌硅酸盐水泥，其强度等级为42.5；砂为天然河砂，其最大粒径小于2.5mm；无机填料为800目的绢云母。
(2)将上述减水剂和水进行混合后，再与水性聚氨酯乳液进行混合，并添加消泡剂进行搅拌，直至气泡消失，得到混合液。
(3)将上述水泥、砂、无机填料进行搅拌混合2min，得到混合干料。
(4)将上述混合液与混合干料进行搅拌混合3min，即可得到改性水泥砂浆。
实施例8
该实施例提供了一种高阻尼的改性水泥砂浆，其制备方法包括以下步骤：
(1)称取水泥1000g、砂2400g、水500g、水性聚氨酯乳液80g、减水剂4g、消泡剂0.2g，备用；其中，水性聚氨酯乳液为脂肪族聚氨酯的水性分散液，具体可采用东莞市黄江盛邦塑胶原材料经营部提供的GMP-835型号产品；减水剂为聚羧酸型减水剂，具体可采用深圳市安托山混凝土有限公司提供的聚羧酸型高性能减水剂；消泡剂为有机聚醚酯化物，具体可采用东莞德丰消泡剂厂家提供的水性聚氨酯溶液专用消泡剂；水泥为海螺牌硅酸盐水泥，其强度等级为42.5；砂为天然河砂，其最大粒径小于2.5mm。
(2)将上述减水剂和水进行混合后，再与水性聚氨酯乳液进行混合，并添加消泡剂进行搅拌，直至气泡消失，得到混合液。
(3)将上述水泥、砂进行搅拌混合2min，得到混合干料。
(4)将上述混合液与混合干料进行搅拌混合3min，即可得到改性水泥砂浆。
实施例9
该实施例提供了一种高阻尼的改性水泥砂浆，其制备方法包括以下步骤：
(1)称取水泥1200g、砂2000g、水600g、水性聚氨酯乳液120g、减水剂7g、消泡剂0.5g，备用；其中，水性聚氨酯乳液为脂肪族聚氨酯的水性分散液，具体可采用东莞市黄江盛邦塑胶原材料经营部提供的GMP-835型号产品；减水剂为聚羧酸型减水剂，具体可采用深圳市安托山混凝土有限公司提供的聚羧酸型高性能减水剂；消泡剂为有机聚醚酯化物，具体可采用东莞德丰消泡剂厂家提供的水性聚氨酯溶液专用消泡剂；水泥为海螺牌硅酸盐水泥，其强度等级为42.5；砂为天然河砂，其最大粒径小于2.5mm。
(2)将上述减水剂和水进行混合后，再与水性聚氨酯乳液进行混合，并添加消泡剂进行搅拌，直至气泡消失，得到混合液。
(3)将上述水泥、砂进行搅拌混合2min，得到混合干料。
(4)将上述混合液与混合干料进行搅拌混合3min，即可得到改性水泥砂浆。
对比例1
该对比例提供了一种现有的水泥砂浆，其制备方法包括以下步骤：
该实施例提供了一种高阻尼的改性水泥砂浆，其制备方法包括以下步骤：
(1)称取水泥1100g、砂2200g、水550g，备用；其中，水泥为海螺牌硅酸盐水泥，其强度等级为42.5；砂为天然河砂，其最大粒径小于2.5mm。
(2)将上述水泥、砂进行搅拌混合2min，得到混合干料。
(4)将上述混合干料与上述水进行搅拌混合3min，得到水泥砂浆。
其中，上述实施例涉及的水泥的性能指标如下表1。
表1
| 主要成分 | 烧失量 | 初凝时间 | 终凝时间 | 标准稠度用水量 |
| 普通硅酸盐 | ≤5.0％ | 45min | 600min | 1.0％ |
上述实施例涉及的硫酸钙晶须，具体可采用东莞市宝芊塑胶化工提供的硫酸钙晶，其性能指标如下表2。
表2
| 外观 | 平均直径(μm) | 平均长度(μm) | 平均长径比 | 密度(g/cm<sup>3</sup>) |
| 白色粉末 | 1～8 | 30～200 | 10～200 | 2.69 |
上述实施例涉及的绢云母，具体可采用上海逸轩商贸有限公司提供的800目绢云母，其弹性模量为1502～2134MPa，耐热度为500～600℃，具有良好的化学稳定性。
另外，在相同的实验条件下，将上述实施例1～5得到的改性水泥砂浆以及对比例得到的水泥砂浆分别进行28d抗折强度、28d抗压强度、弹性模量以及损耗因子等性能的测试，其测试结果如下表3。其中，28d抗折强度、28d抗压强度、弹性模量以及损耗因子等性能的测试是按照《客运专线无砟轨道铁路设计指南》、《GBT 17671-1999水泥胶砂强度检验方法》、《GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》、《ASTM D5023-2015》等标准中的试验方法进行测试的。
表3
从上表1可以看出，相比于现有的水泥砂浆，本发明实施例通过添加水性聚氨酯乳液等组分得到的改性水泥砂浆的弹性模量较低，阻尼性能较强，且能满足《客运专线无砟轨道铁路设计指南》中对无砟轨道结构支撑层的强度要求。此外，本发明实施例通过添加绢云母和硫酸钙晶须，可以降低水泥砂浆的弹性模量以及提高水泥砂浆的阻尼性能。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种高阻尼的改性水泥砂浆，其特征在于，包括水泥、砂、水、水性聚氨酯乳液、减水剂和消泡剂；所述水泥、砂、水、水性聚氨酯乳液、减水剂和消泡剂的质量比为(1000~1200):(2000~2400):(500~600):(80~120):(4~7):(0.2~0.5)。
2.根据权利要求1所述的一种高阻尼的改性水泥砂浆，其特征在于，所述水泥、砂、水、水性聚氨酯乳液、减水剂和消泡剂的质量比为1100:2200:550:(88~110):5.5:(0.352~0.44)。
3.根据权利要求1所述的一种高阻尼的改性水泥砂浆，其特征在于，所述水性聚氨酯乳液为脂肪族聚氨酯的水性分散液；所述减水剂为聚羧酸型减水剂；所述消泡剂为有机聚醚酯化物、矿物油和醇复合型消泡剂中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高阻尼的改性水泥砂浆，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥；所述砂为天然河砂；所述砂的最大粒径小于2.5mm。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的一种高阻尼的改性水泥砂浆，其特征在于，所述改性水泥砂浆还包括无机填料；所述无机填料和水泥的质量比为(44~88):1100；所述无机填料为云母和/或晶须。
6.根据权利要求5所述的一种高阻尼的改性水泥砂浆，其特征在于，所述云母为绢云母；所述晶须为硫酸钙晶须。
7.一种如权利要求1~6中任一项所述高阻尼的改性水泥砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照所述水泥、砂、水、水性聚氨酯乳液、减水剂和消泡剂的质量比，称取水泥、砂、水、水性聚氨酯乳液、减水剂和消泡剂，备用；
将减水剂和水进行混合后，再与水性聚氨酯乳液进行混合，并添加消泡剂进行搅拌，得到混合液；
将水泥和砂进行混合，得到混合干料；或者将水泥、砂和无机填料进行混合，得到混合干料；
将混合液与混合干料进行混合，得到所述改性水泥砂浆。
8.一种如权利要求7所述制备方法制得的高阻尼的改性水泥砂浆。
9.根据权利要求8所述的一种高阻尼的改性水泥砂浆，其特征在于，所述改性水泥砂浆的弹性模量为14.87~20.14GPa；所述改性水泥砂浆的损耗因子为0.078~0.112。
10.一种如权利要求1~6和权利要求8~9中任一项所述改性水泥砂浆在作为轨道减振材料中的应用。
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