CN113105185A - 一种铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆及其制备方法和应用，原料：普通硅酸盐水泥40‑50份、细骨料30‑40份、矿物掺合料1‑5份、橡胶微粉1‑3份、改性增强纤维1‑1.5份、功能助剂3‑8份、水11‑15份。与现有技术相比，本发明提供的封锚砂浆制备工艺简单，早期强度高，后期强度不倒缩，抗渗性、耐久性优良，与锚孔粘结性好；施工效率高，干混料只需加水搅拌后即可施工，挤出性好，易于收面。

Description

一种铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，具体铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆及其制备方法和应用，应用于铁路预应力混凝土构件的制造中。

背景技术

近年来，随着高速铁路建设的大力建设，无砟轨道因其具有整体性强、稳定性好、使用寿命长、噪音低、粉尘小、美化环境、好维护等优点慢慢取代了有砟轨道床，在高速铁路上得到了广泛的应用。

预应力轨道和预应力轨枕是无砟轨道的主要结构形式，而预应力筋锚穴处的封锚砂浆质量影响轨道板和轨枕的耐久性，如果封锚砂浆开裂或因与锚穴周围的混凝土结合不牢而脱落、破碎，会使轨道板预应力筋锈蚀，严重影响其耐久性。

目前采用的封锚砂浆主要为双组份封锚砂浆，即干混料、聚合物乳液和水，施工工艺复杂；乳液用量严重影响封锚砂浆性能，对施工准确度要求高，而且聚合物乳液气味刺鼻，具有挥发性，危害施工人员身体健康；而且双组份封锚砂浆中为了提高封锚砂浆的早期强度，多采用硫铝酸盐水泥，与轨道板中采用的普通硅酸盐水泥粘结性差，易脱落。

同时，铁路建设越来越多的应用预应力混凝土构件，使铁路建设更加快捷，而预应力混凝土构件封锚砂浆同样存在与预应力轨道和预应力轨枕同样的问题，因此开发出性能更加优异、更加环保、价格更加低廉的封锚砂浆迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆，性能优异，耐久性好，施工工艺简单，是一种与锚穴周围混凝土粘结性好的单组份封锚砂浆，且不易脱落，防水性好，早期强度高，不流挂保证预应力混凝土构件的封锚质量。

本发明另一目的在于提供一种铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆的制备方法，制备工艺简单。

本发明最后一个目的在于提供一种铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆的应用，用于铁路预应力混凝土构件的制造，早期强度高，后期强度不倒缩，抗渗性、耐久性优良，与锚孔粘结性好。具体应用方法为，到施工现场只需加将各原料混合搅拌后即可施工，施工效率高，挤出性好，易于收面。

本发明具体技术方案如下：

一种铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆，包括以下重量份原料：

所述普通硅酸盐水泥为P.O 42.5、P.O 42.5R、P.O 52.5或P.O 52.5R中的任意一种。

所述细骨料为河砂、机制砂或石英砂中的任意一种或多种。优选为50-100目河砂；

所述矿物掺合料为硅灰、粉煤灰、矿粉或火山灰中的任意一种或多种。

所述橡胶微粉为硅橡胶微粉、氟橡胶微粉、天然橡胶微粉、三元乙丙橡胶微粉或丁腈橡胶微粉中的任意一种或多种。

优选的，所述橡胶微粉采用硅烷偶联剂处理，得硅烷偶联剂改性橡胶微粉。

具体改性方法为：橡胶微粉在0.5-1.0％的硅烷偶联剂稀溶液中50-60℃搅拌1-2h，经离心分离烘干即可，因有机材料本身与无机材料亲和性不好，改性后为了使其与水泥亲和性更好。

橡胶微粉与硅烷偶联剂稀溶液质量比为1：5。

所述硅烷偶联剂选自含硫烃基类、乙烯基类、甲基丙烯酰氧烷基类或环氧烃基类。

硅烷偶联剂稀溶液的制备方法为：将水和甲醇、乙醇或异丙醇混合获得混合溶液，用醋酸调节溶液pH值为4-5；再加入硅烷偶联剂即得。

水和甲醇、乙醇或异丙醇的体积比1:9。

所述改性增强纤维为稀酸刻蚀表面粗糙化的聚丙烯纤维、玄武岩纤维、碳纤维、聚丙烯腈纤维或聚酰胺纤维中的一种。

具体处理方法为：将纤维在浓度为5wt％的稀盐酸中60℃搅拌30-60min后，离心分离后用水清洗3遍，去除纤维表面多余的稀盐酸，最后在50℃烘箱中低温干燥，即得刻蚀改性纤维。纤维与稀盐酸溶液的质量比为1:60-80。

所述改性增强纤维为长度0.5-1.0cm短切纤维。

所述功能助剂包括抗裂防渗剂、C6聚羧酸高性能减水剂、早强促凝剂、粘度改性剂、减缩剂、可分散乳胶粉、单组份环氧树脂微胶囊采用适当比例配制而成。

优选的所述功能助剂包括以下质量份原料：

将上述各原料直接混合即得功能助剂。

所述可分散乳胶粉优选为丙烯酸/苯乙烯共聚物。

所述抗裂防渗剂为硅质抗裂防渗剂、膨胀纤维抗裂防渗剂、HEA抗裂防渗剂中的一种。

所述早强促凝剂为纳米水合硅酸钙、硫铝酸盐水泥、纳米水合铝酸钙、碳酸锂或甲酸钙中的任意一种。

所述粘度改性剂为纤维素醚、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇或木质纤维中的任意一种。

所述减缩剂为聚醚减缩剂或聚酯减缩剂中的一种，

所述单组份环氧树脂微胶囊为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂或脂环族类环氧树脂。

所述C6聚羧酸高性能减水剂的制备方法，包括以下步骤:

1)将C6聚醚大单体和水混合，搅拌升温；

2)将丙烯酸、AMPS、苯乙烯、3-巯基丙酸和水搅拌均匀，为溶液A；

3)将还原剂和水搅拌均匀，为溶液B，

4)待步骤1)体系升温至20℃，加入双氧水，搅拌后开始滴加溶液A和溶液B，滴加完成后保温反应，再加碱中和至pH值为6-7，制得液体C6聚羧酸高性能减水剂；

进一步的，将液体C6聚羧酸高性能减水剂采用喷雾干燥的方式制备得粉体C6聚羧酸高性能减水剂。

优选的，所述C6聚羧酸高性能减水剂的制备方法如下：

1)将50-60重量份的C6聚醚大单体和20-30重量份的水混合，搅拌升温；

2)将3.5-5重量份的丙烯酸、0.5-1.5重量份的AMPS、0.5-1重量份的苯乙烯、0.05-0.08重量份的3-巯基丙酸和5-6重量份的水置于适当容器内搅拌均匀，为溶液A；

3)将0.03-0.05重量份的还原剂TP1351和5-7重量份的水置于适当容器内搅拌均匀，为溶液B，

4)待搅拌器内温度升至20℃，加入0.2-0.4重量份的双氧水，搅拌5分钟后开始滴加溶液A和溶液B，溶液A滴加60-70min，溶液B滴加70-80min，滴加完成后保温1-1.5h，加片碱中和至pH值为6-7，制得液体C6聚羧酸高性能减水剂；

5)将液体C6聚羧酸高性能减水剂采用喷雾干燥的方式制备得粉体C6聚羧酸高性能减水剂。

本发明提供的一种铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆的制备方法，具体为：

将配方量的普通硅酸盐水泥、细骨料、矿物掺合料、橡胶微粉、改性增强纤维和功能助剂于干燥的搅拌设备中混合均匀，加入配方量的水拌合均匀，即得。

进一步的，所述混合均匀是指180-230r/min搅拌60-90s；

加入配方量的水，在180-230r/min搅拌3-4min拌合均匀。

本发明提供的一种铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆的应用，用于铁路预应力混凝土构件的制造。

与现有技术相比，本发明提供的一种铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆及其制备方法，采用与铁路预应力混凝土构件相同的普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，使其与预应力混凝土构件锚穴周围的混凝土粘结性良好，而且经过水泥不停的水化过程，封锚砂浆中水泥的水化产物渗透到混凝土中，使其与混凝土连接为一个整体。掺加矿物掺合料可以使封锚砂浆更加密实，提高强度，同时降低水泥水化热，减少收缩和裂缝，提高砂浆的抗渗性能。掺加采用硅烷偶联剂处理的橡胶微粉，橡胶本身为有机材料，与水泥等无机材料亲和性差，硅烷偶联剂含有无机亲和基团和有机亲和基团，有机亲和基团锚固与橡胶微粒表面，无机亲和基团可锚固于水泥等无机物表面，达到橡胶和水泥的良好的亲和性，可以有效提高封锚砂浆的韧性，提高砂浆的折压比。改性增强纤维采用稀酸刻蚀表面粗糙化，增加纤维的比表面积和表面的润湿性，提高了其水泥的界面胶合，能有效提高封锚砂浆的抗折及抗压强度，同时与作为增韧组分的橡胶微粉相互作用，有效提高砂浆的折压比，对抗裂抗渗发挥辅助功能，相互使本发明提供的封锚砂浆性能更加优异，

掺加功能助剂将砂浆的施工性、早期及后期强度高、抗渗性、耐久性、粘结性完美结合在一起，例如：普通硅酸盐水泥凝结时间较慢，早期强度较低，为了保证施工效率，掺加快硬早强剂可以使封锚砂浆在保证施工性的同时快速凝结并提供早期强度；掺加改性C6聚羧酸高性能减水剂具有更高的减水率，可以使封锚砂浆在低水料比的情况下具体优良的挤出性，而且在减水剂中引入适量苯乙烯，苯乙烯为疏水基团，在不降低其减水性和砂浆强度的同时适当提高减水剂的疏水性，并且含有苯乙烯基，而可分散乳胶粉含有乙烯基，减水剂中掺加极性相似的基团可以其它相互之间的亲和性，与封锚砂浆配方内的可分散乳胶粉有良好的亲和性，减水剂一端锚固与水泥上，另一端可以与可分散乳胶粉连接，使乳胶粉在砂浆中形成更稳定的防水膜，有利于提高封锚砂浆防水性，引入AMPS组分，在保证减水剂保坍性的同时，具有早强性能，使封锚砂浆不仅有良好的施工性能，早期强度更高，1d强度达到40MPa；抗裂防渗剂、减缩剂通过共同作用可以大大提高砂浆的抗渗性能；粘度改性剂、可分散乳胶粉可以使砂浆具有适宜加工的粘度，同时增加封锚砂浆与铁路预应力混凝土构件的粘结性。但是掺加抗裂防渗剂，减缩剂等助剂后，如果混凝土构件应用环境恶劣，封锚砂浆仍然会不可避免的会产生微小裂纹，而掺加单组份环氧树脂微胶囊可以在其产生微裂纹后释放出环氧树脂，空气中的水可以使其发生固化反应，填充到微小裂纹中，做到提前预防裂后自愈，大大提高砂浆的耐久性能，可以应用到任何恶劣环境中。

本发明提供的封锚砂浆制备工艺简单，早期强度高，后期强度不倒缩，抗渗性、耐久性优良，与锚孔粘结性好；施工效率高，干混料只需加水搅拌后即可施工，挤出性好，易于收面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

下述实施例中所用的材料和试剂、设备等，如无特殊说明，均可从商业途径获得，为市售产品。

普通硅酸盐水泥：芜湖海螺水泥厂；石英砂：芜湖市金光金刚砂厂；可分散乳胶粉：廊坊德晟建材有限公司；减缩剂：广东瑞安科技实业有限公司；S140级超细矿粉：山东康晶新材料科技有限公司生产；抗裂防渗剂：河南博浪实业有限公司；硅烷偶联剂：南京轩浩新材料科技有限公司；单组份环氧树脂微胶囊：广东施奈仕实业有限公司。

实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

实施例1-实施例8

一种铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆，包括以下质量份原料，如表1所示：

表1各实施例、对比例封锚砂浆原料

对比例1-对比例3

一种铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆，包括以下质量份原料，如表1所。

表1中各橡胶微粉的具体制备方法为：

将100重量份的橡胶微粉在500重量份的0.8％的KH560硅烷偶联剂稀溶液中50℃搅拌2h，离心分离烘干。

0.8％的KH560硅烷偶联剂稀溶液的制备方法为：将水和甲醇按照体积比1:9混合，获得混合溶液，用醋酸调节溶液pH值为5；再加入KH560硅烷偶联剂即得0.8％的KH560硅烷偶联剂稀溶液。

表1中长度为1.0cm的改性聚丙烯纤维的具体制备方法为：

将100重量份的纤维在7000重量份的浓度为5％的稀盐酸中60℃搅拌40min后，离心分离后用水清洗3遍，去除纤维表面多余的稀盐酸，最后在50℃烘箱中低温干。

实施例1-实施例8、对比例1、对比例2所述的功能助剂，包括以下质量份原料，如表2所示。

表2各实施例、对比例功能助剂原料

表2中实施例1-实施例8及对比例1的C6聚羧酸高性能减水剂的制备方法为：

1)将50重量份的C6聚醚大单体和30重量份的水混合，搅拌升温；

2)将5重量份的丙烯酸、1重量份的AMPS(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)、1重量份的苯乙烯、0.07重量份的3-巯基丙酸和5重量份的水置于适当容器内搅拌均匀，为溶液A；

3)将0.05重量份的还原剂TP1351和7重量份的水置于适当容器内搅拌均匀，为溶液B；

4)待搅拌器内温度升至20℃，加入0.2重量份的双氧水，搅拌5分钟后开始滴加溶液A和溶液B，溶液A滴加60min，溶液B滴加70min，滴加完成后保温1.5h，加片碱中和至pH值为7，制得液体C6聚羧酸高性能减水剂；

5)将液体C6聚羧酸高性能减水剂采用喷雾干燥的方式制备得粉体C6聚羧酸高性能减水剂。

表2中对比例2的C6聚羧酸高性能减水剂的制备方法为：

1)将50重量份的C6聚醚大单体和30重量份的水混合，搅拌升温；

2)将5重量份的丙烯酸、0.07重量份的3-巯基丙酸和5重量份的水置于适当容器内搅拌均匀，为溶液A；

3)将0.05重量份的还原剂VC和7重量份的水置于适当容器内搅拌均匀，为溶液B，

4)待搅拌器内温度升至30℃，加入0.2重量份的双氧水，搅拌5分钟后开始滴加溶液A和溶液B，溶液A滴加60min，溶液B滴加70min，滴加完成后保温1h，加片碱中和至pH值为7，制得液体C6聚羧酸高性能减水剂；

5)将液体C6聚羧酸高性能减水剂采用喷雾干燥的方式制备得市场上通用的粉体C6聚羧酸高性能减水剂。

上述各实施例和对比例封锚砂浆的制备方法为：除配方中水外，将配方中其他原料置于搅拌机内180r/min搅拌60s，加入配方量的水180r/min搅拌3min，即得。

各实施例和对比例制备的封锚砂浆性能如下表3。

表3各实施例和对比例封锚砂浆性能

从以上数据可以看出：本发明提供的一种铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆中各组分通过协同作用使封锚砂浆兼具良好的施工性和优异的力学性能，同时收缩率低，抗渗等级高，粘结强高，可提高混凝土构件的耐久性；因为本发明采用了与混凝土构件所用基材相同的普通硅酸盐水泥，水化产物相同，随着水泥水化的不断进行，封锚砂浆与混凝土构件可以慢慢形成一个整体，粘结强度更高，且硬化后与混凝土构件颜色相同，外观更加美观。对比例2中采用快硬硫铝酸盐水泥，与普通硅酸盐水泥水化产物有差异，与轨枕和轨道板不能形成一个整体，存在界面，粘结强度较差，且其硬化后颜色发白，与普通硅酸盐水泥的青色形成色差，不够美观。对比例2中C6聚羧酸高性能减水剂合成过程中未引入AMPS作为早强组分，1d强度略低，没有加入苯乙烯，且其他原料的加入与本发明也有不同，对比例2防水性、粘结性均较差。对比例1未掺加改性增强纤维，抗压强度略有降低，而且抗裂性较差，随着水化进行，砂浆中产生微小裂纹，导致其抗渗性较差。对比例3中未掺加功能助剂，导致其用水量较高且各方面性能均较差。

本发明提供的封锚砂浆制备工艺简单，早期强度高，后期强度不倒缩，抗渗性、耐久性优良，与锚孔粘结性好；施工效率高，干混料只需加水搅拌后即可施工，挤出性好，易于收面。

Claims (10)

1.一种铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆，其特征在于，所述铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆包括以下重量份原料：

2.根据权利要求1所述的铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥为P.O 42.5、P.O 42.5R、P.O 52.5或P.O 52.5R中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆，其特征在于，所述橡胶微粉采用硅烷偶联剂处理，得硅烷偶联剂改性橡胶微粉。

4.根据权利要求1所述的铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆，其特征在于，所述改性增强纤维为稀酸刻蚀表面粗糙化的聚丙烯纤维、玄武岩纤维、碳纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维中的一种。

5.根据权利要求1所述的铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆，其特征在于，所述功能助剂包括以下质量份原料：

6.根据权利要求5所述的铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆，其特征在于，所述C6聚羧酸高性能减水剂的制备方法，包括以下步骤:

1)将C6聚醚大单体和水混合，搅拌升温；

2)将丙烯酸、AMPS、苯乙烯、3-巯基丙酸和水搅拌均匀，为溶液A；

3)将还原剂和水搅拌均匀，为溶液B，

4)待步骤1)体系升温至20℃，加入双氧水，搅拌后开始滴加溶液A和溶液B，滴加完成后保温反应，再加碱中和至pH值为6-7，制得液体C6聚羧酸高性能减水剂。

7.根据权利要求5或6所述的铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆，其特征在于，所述C6聚羧酸高性能减水剂的制备方法，包括以下步骤:

1)将50-60重量份的C6聚醚大单体和20-30重量份的水混合，搅拌升温；

2)将3.5-5重量份的丙烯酸、0.5-1.5重量份的AMPS、0.5-1重量份的苯乙烯、0.05-0.08重量份的3-巯基丙酸和5-6重量份的水置于适当容器内搅拌均匀，为溶液A；

3)将0.03-0.05重量份的还原剂TP1351和5-7重量份的水置于适当容器内搅拌均匀，为溶液B，

4)待搅拌器内温度升至20℃，加入0.2-0.4重量份的双氧水，搅拌5分钟后开始滴加溶液A和溶液B，溶液A滴加60-70min，溶液B滴加70-80min，滴加完成后保温1-1.5h，加片碱中和至pH值为6-7，制得液体C6聚羧酸高性能减水剂；

5)将液体C6聚羧酸高性能减水剂采用喷雾干燥的方式制备得粉体C6聚羧酸高性能减水剂。

8.根据权利要求5所述的铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆，其特征在于，所述单组份环氧树脂微胶囊为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂或脂环族类环氧树脂。

9.一种权利要求1-8任一项所述铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将配方量的普通硅酸盐水泥、细骨料、矿物掺合料、橡胶微粉、改性增强纤维和功能助剂于干燥的搅拌设备中混合均匀，加入配方量的水拌合均匀，即得。

10.一种权利要求1-8任一项所述铁路预应力混凝土构件用封锚砂浆的应用，其特征在于，用于铁路预应力混凝土构件的制造。