CN118084435A - 一种水泥砂浆及其制备方法和应用 - Google Patents

一种水泥砂浆及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水泥砂浆，包括水和固体原料，以所述固体原料的质量为100％，水的质量百分比为10％‑20％；所述固体原料由如下质量份的组分构成：水泥400‑600份，细骨料400‑600份，改性介孔沸石粉5‑45份，阳离子表面活性剂处理的天然沥青粉5‑20份，可分散乳胶粉3‑15，减水剂0.4‑8份，膨胀剂0.3‑6份，塑性剂0.1‑1.2份，早强剂0.1‑1.5份和缓凝剂0.3‑10份；其中，所述改性介孔沸石粉为ZSM‑5沸石经改性制备得到。本发明还提供所述水泥砂浆的制备方法及其作为封锚砂浆在封闭混凝土轨道板的锚穴中的应用。

Description

一种水泥砂浆及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于混凝土及铁路建筑材料领域，具体涉及一种用于无砟轨道铁路轨道板用封端锚固水泥砂浆及其制备方法和应用。
背景技术
板式无砟轨道是我国高速铁路轨道结构的主要结构形式之一，其以预制轨道板为结构核心。预制轨道板主要可分为CRTSⅠ型、CRTSⅡ型和CRTSⅢ型，其中又以CRTSⅢ型为主。CRTSⅠ型、CRTSⅢ型轨道板预应力处理后需要采用封锚砂浆对预应力钢筋所处的锚穴进行封锚作业，以保证轨道板的预应力钢筋结构免于腐蚀。CRTSⅢ型轨道板的锚穴直径约为24mm。为了保证轨道板的施工质量和服役性能，各研发单位和公司做出了大量的努力，但现有封锚用砂浆的综合性能还不是很理想。
如公开号CN101508547A(公开日2009年8月19日)的中国发明专利申请“一种无砟铁路轨道板用早强快硬封端锚固砂浆材料”中公开的干粉砂浆，是一种由水泥、砂、多孔细砂、磨细钢渣粉、粉煤灰、早强剂、胶粉、硅灰、减水剂和激发剂拌合而成的可手握成团的干硬性的砂浆，施工时逐层向锚穴中填充，通过气锤振捣成型。该砂浆难以同时兼顾砂浆的施工性能与施工效率，严重影响了轨道板的施工效率。而且锚穴内砂浆容易出现填充不密实、易脱落等问题。
再如公开号CN104150836A(公开日2014年11月19日)的中国发明专利申请“一种轨道板封锚砂浆及其制备方法”披露了一种可挤出式封锚砂浆，由水泥、粉煤灰、聚合物乳液、细骨料、膨胀剂、引气剂、减水剂、水、消泡剂、流变改性剂、促凝剂和缓凝剂构成。其较好地解决了前期封锚砂浆在CRTSⅢ型轨道板制备过程中施工效率低、封锚后表面不美观等问题。但该封锚砂浆收缩率较大，在352-380×10-6之间。锚穴中的封锚砂浆如果体积收缩较大，在高低温、冻融的长时间作用下会导致封锚砂浆与轨道板混凝土之间出现缝隙，外界的腐蚀介质就会进入锚穴内部，造成预应力钢筋腐蚀，从而降低了轨道板的使用寿命。
再如公开号CN113816688A(公开日2021年12月21日)的中国发明专利申请“一种封锚砂浆及其制备方法”披露的封锚砂浆含有单组分水固化聚氨酯防水涂料和碳纳米管改性矿物掺合料。该封锚砂浆在相对稳定的环境下具有较好的施工性能，而且一定程度上增强了砂浆的自身防水性。但在实际工程应用过程中，该砂浆的可施工性能受温度影响大，砂浆的拌和性能、施工性能、体积稳定性能等无法实现较好的兼顾。当温度较高时，聚氨酯材料交联反应速度加剧，为了保证砂浆的施工性能，必须增加拌和用水量。而用水量的增大又会导致砂浆硬化后的干缩变大，增大了锚穴中封锚砂浆与轨道板混凝土之间界面裂缝的可能性，不利于轨道板的服役耐久性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于混凝土轨道板封锚的水泥砂浆。本发明的砂浆具有施工简便，界面粘结性和匹配性好，硬化后干缩小、体积稳定性高，抗抗渗性能、抗冻性能、疲劳性能和耐久性能好等优点。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种水泥砂浆，包括水和固体原料，所述固体原料和水的质量比为100∶(10-20)；所述固体原料由如下质量份的组分构成：
水泥400～600份，细骨料400～600份，改性介孔沸石粉5～45份，阳离子表面活性剂处理的天然沥青粉5～20份，可分散乳胶粉3～15，减水剂0.4～8份，膨胀剂0.3～6份，塑性剂0.1～1.2份，早强剂0.1～1.5份和缓凝剂0.3～10份；
其中，所述改性介孔沸石粉通过如下工艺制备：
I.将ZSM-5沸石研磨成300～400目的粉末，加入0.15～0.25mol/L的氢氧化钠溶液加热处理，过滤，得到碱处理后的ZSM-5沸石粉；其中，沸石和氢氧化钠溶液的质量体积为1g∶(25～35)mL；
II.将步骤I得到的碱处理后ZSM-5沸石粉与质量百分比浓度30％～45％的MCM-41的凝胶搅拌混合，调pH值至10.0～11.0；
III.继续搅拌均匀后与硅酸盐水溶液、硝酸铝、助剂、氟硅酸盐和模板剂充分搅拌混合均匀后，将所得混合物转入带四氟乙烯衬里的反应釜中，放置在110～170℃的烘箱中晶化反应3～7h；其中，助剂选自尿素、氢氧化钠和酒石酸中的一种或者任意比例的多种；所述模板剂选自十六烷基三甲基溴化铵，聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷嵌段共聚物中的一种或者任意比例的两种；
IV.将所得产物用去离子水洗至不含氯离子，干燥、研磨后即得。
其中，所述ZSM-5是索科尼美孚沸石第5号分子筛(Zeolite Socony Mobil-5，ZSM-5)，是一种孔径介于2～50nm之间称为介孔材料。MCM-41是美孚公司的第41号材料(MobilComposition of Matter-41，MCM-41)，是以季铵盐型阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，以沸石溶解液含有的硅铝源为前驱体的一种有序介孔材料，孔径在2-10nm。
优选地，所述步骤I中的加热温度为70～80℃。
优选地，所述步骤I中的加热处理时间为3～5h。
优选地，所述步骤II中ZSM-5沸石与MCM-41的质量比为1∶(1～3)。
优选地，所述步骤II中，用2mol/L的硫酸溶液调节pH值。
进一步优选地，所述步骤II中，pH值调至10.5。
优选地，所述步骤III中，所述硅酸盐溶液为质量百分比浓度25％～40％的硅酸钠溶液或硅酸钾溶液。
更优选地，所述硅酸盐溶液浓度为35％～40％。
优选地，所述步骤III中，所述氟硅酸盐为氟硅酸钠或氟硅酸镁。
优选地，所述步骤III中，所述硅酸盐水溶液、硝酸铝、助剂、氟硅酸盐和模板剂与ZSM-5沸石粉的质量比为(35～50)∶(10～20)∶(5～10)∶(6～12)∶(2～7)∶300。
更优选地，所述硅酸盐水溶液、硝酸铝、助剂、氟硅酸盐和模板剂与ZSM-5沸石粉的质量比为(40～45)∶(12～16)∶(6～9)∶(7～11)∶(4～6)∶300。
进一步优选地，所述步骤III中，晶化反应的温度为130～150℃。
进一步优选地，所述步骤III中，晶化反应时间为4～5h。
还优选地，所述步骤IV中，干燥温度为400～500℃。
还优选地，所述步骤IV中，研磨至全部通过300目筛。
作为一个优选的实施方案，本发明提供一种水泥砂浆，固体原料由如下质量份的组分构成
水泥450～570份，细骨料430～550份，所述改性介孔沸石粉10～30份，阳离子表面活性剂处理的天然沥青粉8～18份，可分散乳胶粉5～13份，减水剂3～7份，膨胀剂0.3～1.2份，塑性剂0.3～0.8份，早强剂0.2～0.9份和缓凝剂0.5～0.9份。
优选地，所述水泥选自硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥的一种或任意比例的多种。
更优选地，所述的硫铝酸盐水泥选自42.5级、52.5级硫铝酸盐水泥中的一种或任意比例的多种；所述硅酸盐水泥选自42.5级、52.5级、62.5级硅酸盐水泥中的一种或任意比例的多种。
优选地，所述细骨料为连续颗粒级配的40～120目，且含水率不大于0.5％的石英砂、河砂和山砂中的一种或任意比例的多种。
优选地，所述阳离子表面活性剂处理的天然沥青粉选自阳离子表面活性剂处理的岩沥青、湖沥青和海底沥青中的一种或任意比例的多种。
进一步优选地，所述阳离子表面活性剂处理的天然沥青粉的细度为120目～300目，更优选为200目～300目，软化点140℃以上。
优选地，所述阳离子表面活性剂选自胺盐型、季铵盐型阳离子表面活性剂的一种或任意比例的两种。
优选地，所述可分散乳胶粉选自醋酸乙烯酯-乙烯共聚胶粉、苯乙烯-丁二烯共聚胶粉和丙烯酸酯-苯乙烯共聚胶粉中的一种或任意比例的多种。
优选地，所述减水剂选自氨基羧酸减水剂、聚羧酸减水剂和萘系减水剂中的一种或任意比例的多种。
更优选地，所述减水剂是高性能聚羧酸减水剂。
优选地，所述膨胀剂选自为塑性膨胀剂、铝粉、UEA膨胀组分、CSA膨胀组分、氧化钙膨胀组分和氧化镁膨胀组分中的一种或任意比例的多种。
优选地，所述塑性剂选自膨润土、羟丙基甲基纤维素醚、卡波姆树脂和改性淀粉的一种或任意比例的多种。
更优选地，所述塑性剂选自膨润土、羟丙基甲基纤维素醚和改性淀粉中的一种或任意比例的多种。
优选地，所述早强剂选自甲酸钙、三乙醇胺、碳酸锂、硫酸锂和氢氧化锂中的一种或多种。
优选地，所述缓凝剂选自葡萄酸钠、硼砂、胺化木质素、柠檬酸钠、硼酸和酒石酸中的一种或任意比例的多种。
本发明还有一个目的在于提供上述水泥砂浆的制备方法，包括按照配比将所述固体原料的各组分混合均匀，得到固体原料，然后将所述固体原料与水按照质量百分比混合均匀，即得。
所述固体原料的制备，可以在施工现场临时制备，也可以预先制备。显然，预制固体原料更便于施工。
优选地，所述固体原料和水混合时，搅拌速度不低于120r/min，搅拌时间不短于60s。
本发明的第三个目的在于提供所述水泥砂浆或者通过上述制备方法制备得到的水泥砂浆作为封锚砂浆在封闭混凝土轨道板的锚穴中的应用。
本发明根据板式无砟轨道混凝土预制件服役性能以及施工工序衔接要求，通过改性沸石粉，阳离子表面活性剂处理的天然沥青粉，可分散乳胶粉，减水剂，膨胀剂，塑性剂，早强剂，缓凝剂，消泡剂等组分的复配，使得砂浆具有施工简便，界面粘结性和匹配性好，硬化后干缩体积小、稳定性高，抗抗渗性能、抗冻性能、疲劳性能和耐久性能俱佳等优点。
具体而言，本发明所述的改性介孔沸石粉是晶化处理的具有纳米与微米复合分子筛结构，其具有如下多重作用：1)晶化后的改性介孔沸石粉自身含有的活性二氧化硅和三氧化二硅，能够与水泥水化产物进一步反应，改善了砂浆拌合物的和易性和硬化后砂浆的密实性，从而起到提高砂浆力学性能和耐久性能的作用；2)改性介孔沸石粉具有的多孔结构，使其具有较大的比表面积和较强的携载能量，不仅能够使物料吸附在其表面，而且还能够将物料吸附到孔穴和通道内，在毛细作用下大大延长了吸附物料的解吸时间；3)改性介孔沸石粉改性过程中，硅酸盐水溶液，硝酸铝，助剂，氟硅酸盐、模板剂等在密闭晶化、干燥等作用下充分地契合在介孔沸石孔道结构内部，在拌和作用下随着沸石粉末均匀的分散在砂浆结构体系内部，通过缓释作用。一方面能够持续长久的降低孔隙结构内部残留液相的表面张力，从而有效的减少固化后的干缩，保持体积稳定性；另一方面吸附在孔隙结构内部的物质能够阻止和延缓预应力锚穴内部钢结构部件的锈蚀，保证了钢筋混凝土预制件的服役性能。
阳离子表面活性剂处理的天然沥青粉末对硅酸岩、石英岩等具有强吸附力和良好的抗剥落能力，其附着在水泥水化产物的骨架结构上，能够在一定程度上增强砂浆的弹韧性。这样既减弱了砂浆的温度应力和变形、减少了界面裂纹的产生概率，又改善砂浆的抗震和抗疲劳性能。沥青粉末还能够部分填充在砂浆的孔隙结构中，提高结构体系的致密性，减少了贯通孔结构通道形成几率，进一步改善了砂浆的体积稳定性和抗渗性能。此外，体系添加沥青粉末还辅助起到了调节制得砂浆颜色的作用，使得封锚砂浆与混凝土基体具有较好的一致性。
加入可分散胶粉，能够使砂浆浆体具有较高粘结性能，有助于提高砂浆与界面的粘结力。而且砂浆固化与聚合物成膜同步进行，显著提高了砂浆的密实性，进而改善了砂浆的抗渗性和抗冻性能等。不同膨胀剂的复配显著改善了封锚砂浆施工和硬化过程中各个阶段的体积稳定性，28d的砂浆收缩率小于0.01％，有效降低了砂浆与轨道板基体之间的界面应力，从而保证了封锚效果的耐久性。塑性剂与减水剂的配合则在有效地改善砂浆的和易性的同时，增强了砂浆的保塑性，有效地降低了施工难度，提高了工作效率。
本说明书中，所述各组分的质量份数，不是实际的质量数，而是表示各组分之间的用量配比。根据实际情况，1质量份可以是任意质量单位的任意质量数，例如1质量份可以是1kg、2kg、10kg、100kg、1吨、1g、2g、10g、20g、50g、250g、500g，等等。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。其中，部分试剂和原料购买情况如下：。
季铵盐阳离子表面活性剂处理岩沥青：北京中铁科新材料技术有限公司；
季铵盐阳离子表面活性剂处理湖沥青：北京中铁科新材料技术有限公司；
塑性膨胀剂：唐山北极熊建材有限公司；
UEA膨胀组分：唐山北极熊建材有限公司；
可分散胶粉：瓦克化学(中国)有限公司；
ZSM-5沸石：齐鲁石化研究院有限公司；
MCM-41：北京中铁科新材料技术有限公司。
以下实施例和/或对比例中所用的改性介孔沸石粉通过如下方法制备：
I.将ZSM-5沸石研磨成细度400目的粉末，加入0.2mol/L的氢氧化钠溶液搅拌均匀后加热至70～80℃，保温处理3h～4h，过滤，得到碱处理后的ZSM-5沸石；沸石和氢氧化钠溶液的质量体积为1g∶30mL；
II.将步骤I得到的碱处理后的ZSM-5沸石粉与质量百分比浓度为35％的MCM-41的凝胶搅拌混合，其中ZSM-5沸石与MCM-41的凝胶的质量比为1∶2，再用2mol/L的硫酸溶液调至pH为10.5；
III.继续搅拌均匀后与质量百分比浓度35％的硅酸钠溶液、硝酸铝、助剂、氟硅酸镁和模板剂充分搅拌混合均匀后，将所得混合物转入带四氟乙烯衬里的反应釜中，放置在130～150℃的烘箱中晶化反应4～5h；其中，助剂选自尿素、氢氧化钠和酒石酸中的一种或者任意比例的多种；所述模板剂选自十六烷基三甲基溴化铵，聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷嵌段共聚物中的一种或者任意比例的两种。硅酸钠溶液、硝酸铝、助剂、氟硅酸镁和模板剂与ZSM-5沸石粉的质量比为43∶15∶7∶9∶5∶300。
IV.将所得产物用去离子水洗至不含氯离子，干燥、研磨，全部通过300目筛，即得。
其中，当助剂为氢氧化钠，模板剂为十六烷基三甲基溴化铵时，得到的是改性介孔沸石粉1#；当助剂为酒石酸，模板剂为十六烷基三甲基溴化铵时，得到的是改性介孔沸石粉2#；当助剂为氢氧化钠，模板剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷嵌段共聚物时，得到的是改性介孔沸石粉3#。
实施例1一种水泥砂浆
本实施例的水泥砂浆的固态原料组成见表1所示，1质量份＝20g；其中：
水泥为52.5级快硬硫铝酸盐水泥；
改性介孔沸石粉为改性介孔沸石粉1#；
细骨料为60目～120目连续颗粒级配的机制砂；
阳离子表面活性剂处理的天然沥青粉为软化点163℃、细度为300目的季铵盐阳离子表面活性剂处理岩沥青；
膨胀组分为质量比1:10的塑性膨胀剂和UEA膨胀组分；
塑性剂为羟丙基甲基纤维素醚；
减水剂为高性能聚羧酸减水剂；
早强剂为碳酸锂；
缓凝组分为质量比1:1的酒石酸和硼酸；
可分散胶粉为质量比1:1的丙烯酸酯-苯乙烯共聚胶粉和苯乙烯-丁二烯共聚胶粉。
将上述固态原料组分按比例计量、称量完毕后，逐一加入搅拌机中，以60r/min的速度搅拌，每种组分加入后搅拌时间为45s，得到固体原料；再加入固态原料总质量10％-20％的水进行拌和，以150r/min搅拌90s，即得混凝土轨道板用封锚砂浆。
实施例2一种水泥砂浆
本实施例的水泥砂浆的固态原料组成见表1所示，1质量份＝20g；其中：
水泥为质量比4:1的52.5级快硬硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥；
改性介孔沸石粉为改性介孔沸石粉2#；
细骨料为含水率0.1％的60目～120目的河砂；
阳离子表面活性剂处理的天然沥青粉为软化点175℃、细度为250目的季铵盐阳离子表面活性剂处理湖沥青；
膨胀组分为质量比为1:2:12的200目的鳞片状铝粉、塑性膨胀剂和UEA膨胀组分；
塑性剂为羟丙基甲基纤维素醚；
减水剂为高性能聚羧酸减水剂；
早强剂为质量比1:10的碳酸锂和甲酸钙；
缓凝组分为质量比1:1的酒石酸和柠檬酸钠；
可分散胶粉为质量比1:2的丙烯酸酯-苯乙烯共聚胶粉与苯乙烯-丁二烯共聚胶粉。
按照实施例1相同的工艺步骤制备得到本实施例的混凝土轨道板用封锚砂浆。
实施例3一种水泥砂浆
本实施例的水泥砂浆的固态原料组成见表1所示，1质量份＝20g；其中：
水泥为质量比1:1的42.5级快硬硫铝酸盐水泥和42.5级快硬铁铝酸盐水泥；
改性介孔沸石粉为300目的改性介孔沸石粉3#；
细骨料为含水率0.1％的60目-120目河砂；
胺盐阳离子表面活性剂处理的天然沥青粉为软化点175℃、细度为300目的胺盐阳离子表面活性剂处理岩沥青；
膨胀组分为质量比1:12的塑性膨胀剂和UEA膨胀组分；
塑性剂为质量比1:1的改性淀粉和羟丙基甲基纤维素醚；
减水剂为高性能聚羧酸减水剂；
可分散胶粉为质量比2:1的丙烯酸酯-苯乙烯共聚胶粉与苯乙烯-丁二烯共聚胶粉。
早强剂为氢氧化锂；
缓凝组分为2:1的硼砂和柠檬酸钠。
按照实施例1相同的工艺步骤制备得到本实施例的混凝土轨道板用封锚砂浆。
实施例4一种水泥砂浆
本实施例的水泥砂浆的固态原料组成见表1所示，1质量份＝20g；其中：
水泥为1/5的52.5级快硬硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥；
改性介孔沸石粉为改性介孔沸石粉1#；
细骨料为含水率不大于0.1％的质量比1:1的机制硅砂和烘干河砂；
阳离子表面活性剂处理的天然沥青粉为软化点175℃、细度为250目的胺盐阳离子表面活性剂处理湖沥青；
膨胀组分为质量比1:1:10的200目的颗粒状铝粉、塑性膨胀剂和UEA膨胀组分；
塑性剂为质量比3:1的膨润土和羟丙基甲基纤维素醚；
减水剂为高性能聚羧酸减水剂；
早强剂为质量比5:1的甲酸钙和氢氧化锂；
缓凝组分为质量比4:1的葡萄糖酸钠和胺化木质素；
可分散胶粉为质量比1:1的醋酸乙烯酯-乙烯共聚胶粉与苯乙烯-丁二烯共聚胶粉。
按照实施例1相同的工艺步骤制备得到本实施例的混凝土轨道板用封锚砂浆。
实施例5一种水泥砂浆
本实施例的水泥砂浆的固态原料组成见表1所示，1质量份＝20g；其中：
水泥为42.5级快硬硫铝酸盐水泥；
改性介孔沸石粉为改性介孔沸石粉1#；
细骨料为含水率不大于0.1％的质量比1:2的机制硅砂和烘干河砂；
阳离子改性处理的天然沥青粉为软化点175℃、细度为300目的季铵盐阳离子改性处理岩沥青；
膨胀组分为质量比1:10的塑性膨胀剂和CSA膨胀组分；
塑性剂为质量比10:1的膨润土和羟丙基甲基纤维素醚；
减水剂为聚羧酸高性能减水剂；
早强剂为碳酸锂；缓凝组分为质量比3:1的葡萄糖酸钠和硼酸，
可分散胶粉为质量比1:1的醋酸乙烯酯-乙烯共聚物与苯乙烯-丁二烯共聚胶粉。
按照实施例1相同的工艺步骤制备得到本实施例的混凝土轨道板用封锚砂浆。
实施例6一种水泥砂浆
本实施例的水泥砂浆的固态原料组成同实施例5，不同之处在于制备所述水泥砂浆时，先将固态原料的各组分按照比例全部放入高速混料机中，高速混合搅拌12min制得均匀的固态原料，密封，备用；然后在施工现场将固态原料和水加入搅拌机，以150r/min搅拌120s，得到混凝土轨道板用封锚砂浆。
对比例1一种水泥砂浆
本对比例的水泥砂浆的固态原料组成见表1所示，1质量份＝20g；其中：
水泥为42.5级快硬硫铝酸盐水泥；
细骨料为含水率不大于0.1％的质量比1:2的机制硅砂和烘干河砂；
阳离子改性处理的天然沥青粉为软化点175℃、细度为300目的季铵盐阳离子改性处理岩沥青；
膨胀组分为质量比1:10的塑性膨胀剂和CSA膨胀组分；
塑性剂为质量比10:1的膨润土和羟丙基甲基纤维素醚；
减水剂为聚羧酸高性能减水剂；
早强剂为碳酸锂；
缓凝组分为质量比3:1的葡萄糖酸钠和硼酸；
可分散胶粉为质量比1:1的醋酸乙烯酯-乙烯共聚物与苯乙烯-丁二烯共聚胶粉。
按照实施例1相同的工艺步骤制备得到本对比例的混凝土轨道板用封锚砂浆。
对比例2一种水泥砂浆
本对比例的水泥砂浆的固态原料组成见表1所示，1质量份＝20g；其中：
水泥为42.5级快硬硫铝酸盐水泥；
沸石粉是市售的300目天然沸石粉；
细骨料为含水率不大于0.1％的质量比1:2的机制硅砂和烘干河砂；
阳离子改性处理的天然沥青粉为软化点175℃、细度为300目的季铵盐阳离子改性处理岩沥青；
膨胀组分为质量比1:10的塑性膨胀剂和CSA膨胀组分；
塑性剂为质量比10:1的膨润土和羟丙基甲基纤维素醚；
减水剂为聚羧酸高性能减水剂；
早强剂为碳酸锂；缓凝组分为质量比3:1的葡萄糖酸钠和硼酸；
可分散胶粉为质量比1:1的醋酸乙烯酯-乙烯共聚物与苯乙烯-丁二烯共聚胶粉。
按照实施例1相同的工艺步骤制备得到本对比例的混凝土轨道板用封锚砂浆。
对比例3一种水泥砂浆
本对比例的水泥砂浆的固态原料组成见表1所示，1质量份＝20g；其中：
水泥为42.5级快硬硫铝酸盐水泥；
沸石粉为质量比1：1的300目市售天然沸石粉与MCM-41粉；
细骨料为含水率不大于0.1％的质量比1:2的机制硅砂和烘干河砂；
阳离子改性处理的天然沥青粉为软化点175℃、细度为300目的季铵盐阳离子改性处理岩沥青；
膨胀组分为质量比1:10的塑性膨胀剂和CSA膨胀组分；
塑性剂为质量比10:1的膨润土和羟丙基甲基纤维素醚；
减水剂为高性能聚羧酸减水剂；
早强剂为碳酸锂；缓凝组分为质量比3:1的葡萄糖酸钠和硼酸；
可分散胶粉为质量比1:1的醋酸乙烯酯-乙烯共聚物与苯乙烯-丁二烯共聚胶粉。
按照实施例1相同的工艺步骤制备得到本对比例的混凝土轨道板用封锚砂浆。
对比例4一种水泥砂浆
本对比例的水泥砂浆的固态原料组成见表1所示，1质量份＝20g；其中：
水泥为42.5级快硬硫铝酸盐水泥；
改性沸石粉采用与实施例1中的所述改性沸石1#基本相同的工艺步骤制备得到，区别之处在于：硅酸钠水溶液替换为质量百分比浓度35％的硫酸钠水溶液、硝酸铝替换为硫酸铝、氟硅酸镁替换为甲酸钙，各材料的质量配合比为硫酸钠水溶液，硫酸铝，氢氧化钠，甲酸钙和十六烷基三甲基溴化铵与ZSM-5沸石粉的质量比为范围55∶15∶12∶5∶5。
细骨料为含水率不大于0.1％的质量比1:2的机制硅砂和烘干河砂；
阳离子改性处理的天然沥青粉为软化点175℃、细度为300目的季铵盐阳离子改性处理岩沥青；
膨胀组分为质量比1:10的塑性膨胀剂和CSA膨胀组分；
塑性剂为质量比10:1的膨润土和羟丙基甲基纤维素醚；
减水剂为聚羧酸高性能减水剂；
早强剂为碳酸锂；缓凝组分为质量比3:1的葡萄糖酸钠和硼酸；
可分散胶粉为质量比1:1的醋酸乙烯酯-乙烯共聚物与苯乙烯-丁二烯共聚胶粉。
按照实施例1相同的工艺步骤制备得到本对比例的混凝土轨道板用封锚砂浆。
表1实施例1-6和对比例1-4的水泥砂浆原料组成(质量份)
测试例
按照《水泥胶砂强度检验方法》GB/T 17671-2021、《聚合物改性水泥砂浆试验规程》DL/T5126-2001、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009等标准规定对上述实施例1～6制备的快速修补砂浆和对比例1～4制备的砂浆分别进行性能测试，测试结果见表2所示。
表2实施例1～6和对比例1～4的水泥砂浆的性能测定结果
表2的测试结果显示，实施例1-实施例6中所述的封锚砂浆电通量小于75C，28d收缩率小于0.01％，推出力大于10kN，300万次疲劳变形小于0.02mm，抗冻性相对动弹模量大于95％，质量损失率小于1.0％。这些数据均说明本发明的封锚砂浆具有界面粘结性和匹配性好，硬化后干缩小、体积稳定性高，抗抗渗性能、抗冻性能、疲劳性能和耐久性能好等优点。
相比实施例5，对比例1中除了省略改性介孔沸石粉用量，其它原材料及其质量份数均与实施例5相同。对比例2中采用了常规市售天然沸石粉，其它原材料及其质量份数均与实施例5相同。对比例3中采用了质量比1:2的300目天然沸石粉和MCM-41粉的混合物，其它原材料及其质量份数均与实施例5相同。对比例4中的改性介孔沸石粉采用了非本发明的改性工艺，其它原材料及其质量份数均与实施例5相同。但是对比例1-4制得砂浆抗压强度略有或者明显降低，电通量均大于100C、28d收缩率＞0.01％、推出力都小于10kN、300万次疲劳变形都大于0.02mm、抗冻性能相对动弹模量都小于90％、质量损失量都大于1％。由此表明由于改性介孔沸石粉的缺失使得砂浆的体积稳定性、抗疲劳性能、抗冻性能变差，进而导致砂浆的耐久性能变差。
相比实施例5，对比例2中制得砂浆抗压强度明显降低，电通量大于100C、28d收缩率＞0.01％、推出力小于10kN、300万次疲劳变形大于0.02mm、抗冻性能相对动弹模量小于90％、质量损失量大于1％。由此表明由于本发明所述改性介孔沸石粉的缺失使得砂浆的体积稳定性、抗疲劳性能、抗冻性能变差，进而导致砂浆的耐久性能变差。

Claims (10)

1.一种水泥砂浆，包括水和固体原料，所述固体原料和水的质量比为100∶(10～20)；所述固体原料由如下质量份的组分构成：
水泥400～600份，细骨料400～600份，改性介孔沸石粉5～45份，阳离子表面活性剂处理的天然沥青粉5～20份，可分散乳胶粉3～15，减水剂0.4～8份，膨胀剂0.3～6份，塑性剂0.1～1.2份，早强剂0.1～1.5份和缓凝剂0.3～10份；
其中，所述改性介孔沸石粉通过如下工艺制备：
I.将ZSM-5沸石研磨成300～400目的粉末，加入0.15～0.25mol/L的氢氧化钠溶液加热处理，过滤，得到碱处理后的ZSM-5沸石粉；其中，沸石和氢氧化钠溶液的质量体积为1g∶(25～35)mL；
II.将步骤I得到的碱处理后ZSM-5沸石粉与质量百分比浓度30％～45％的MCM-41的凝胶搅拌混合，调pH值至10.0～11.0；
III.继续搅拌均匀后与硅酸盐水溶液、硝酸铝、助剂、氟硅酸盐和模板剂充分搅拌混合均匀后，将所得混合物转入带四氟乙烯衬里的反应釜中，放置在110～170℃的烘箱中晶化反应3～7h；其中，助剂选自尿素、氢氧化钠和酒石酸中的一种或者任意比例的多种；所述模板剂选自十六烷基三甲基溴化铵，聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷嵌段共聚物中的一种或者任意比例的两种；
IV.将所得产物用去离子水洗至不含氯离子，干燥、研磨后即得。
2.根据权利要求1所述的水泥砂浆，其特征在于，所述步骤I中的加热温度为70～80℃；
优选地，所述步骤I中的加热处理时间为3～5h。
3.根据权利要求1所述的水泥砂浆，其特征在于，所述步骤II中ZSM-5沸石与MCM-41的质量比为1∶(1～3)；
优选地，所述步骤II中，用2mol/L的硫酸溶液调节pH值；
进一步优选地，所述步骤II中，pH值调至10.5。
4.根据权利要求1所述的水泥砂浆，其特征在于，所述步骤III中，所述硅酸盐溶液为质量百分比浓度25％～40％的硅酸钠溶液或硅酸钾溶液；
更优选地，所述硅酸盐溶液浓度为35％～40％；
优选地，所述步骤III中，所述氟硅酸盐为氟硅酸钠或氟硅酸镁；
优选地，所述步骤III中，所述硅酸盐水溶液、硝酸铝、助剂、氟硅酸盐和模板剂与ZSM-5沸石粉的质量比为(35～50)∶(10～20)∶(5～10)∶(6～12)∶(2～7)∶300；
更优选地，所述硅酸盐水溶液、硝酸铝、助剂、氟硅酸盐和模板剂与ZSM-5沸石粉的质量比为(40～45)∶(12～16)∶(6～9)∶(7～11)∶(4～6)∶300；
进一步优选地，所述步骤III中，晶化反应的温度为130～150℃；
进一步优选地，所述步骤III中，晶化反应时间为4～5h。
5.根据权利要求1所述的水泥砂浆，其特征在于，所述步骤IV中，干燥温度为400～500℃；
优选地，所述步骤IV中，研磨至全部通过300目筛。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的水泥砂浆，其特征在于，所述固体原料由如下质量份的组分构成：
水泥450～570份，细骨料430～550份，所述改性介孔沸石粉10～30份，阳离子表面活性剂处理的天然沥青粉8～18份，可分散乳胶粉5～13份，减水剂3～7份，膨胀剂0.3～1.2份，塑性剂0.3～0.8份，早强剂0.2～0.9份和缓凝剂0.5～0.9份。
7.根据权利要求1或6所述的水泥砂浆，其特征在于，所述水泥选自硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥的一种或任意比例的多种；
优选地，所述的硫铝酸盐水泥选自42.5级、52.5级硫铝酸盐水泥中的一种或任意比例的多种；所述硅酸盐水泥选自42.5级、52.5级、62.5级硅酸盐水泥中的一种或任意比例的多种；
优选地，所述细骨料为连续颗粒级配的40～120目，且含水率不大于0.5％的石英砂、河砂和山砂中的一种或任意比例的多种。
8.根据权利要求1或6所述的水泥砂浆，其特征在于，所述阳离子表面活性剂处理的天然沥青粉选自阳离子表面活性剂处理的岩沥青、湖沥青和海底沥青中的一种或任意比例的多种；
优选地，所述阳离子表面活性剂处理的天然沥青粉的细度为120目～300目，更优选为200目～300目，软化点140℃以上；
优选地，所述阳离子表面活性剂选自胺盐型、季铵盐型阳离子表面活性剂的一种或任意比例的两种；
优选地，所述可分散乳胶粉选自醋酸乙烯酯-乙烯共聚胶粉、苯乙烯-丁二烯共聚胶粉和丙烯酸酯-苯乙烯共聚胶粉中的一种或任意比例的多种；
优选地，所述减水剂选自氨基羧酸减水剂、聚羧酸减水剂和萘系减水剂中的一种或任意比例的多种；
更优选地，所述减水剂是高性能聚羧酸减水剂；
优选地，所述膨胀剂选自为塑性膨胀剂、铝粉、UEA膨胀组分、CSA膨胀组分、氧化钙膨胀组分和氧化镁膨胀组分中的一种或任意比例的多种；
优选地，所述塑性剂选自膨润土、羟丙基甲基纤维素醚、卡波姆树脂和改性淀粉的一种或任意比例的多种；
更优选地，所述塑性剂选自膨润土、羟丙基甲基纤维素醚和改性淀粉中的一种或任意比例的多种；
优选地，所述早强剂选自甲酸钙、三乙醇胺、碳酸锂、硫酸锂和氢氧化锂中的一种或多种；
优选地，所述缓凝剂选自葡萄酸钠、硼砂、胺化木质素、柠檬酸钠、硼酸和酒石酸中的一种或任意比例的多种。
9.权利要求1至8中任一项所述水泥砂浆的制备方法，包括按照配比将所述固体原料的各组分混合均匀，得到固体原料，然后将所述固体原料与水按照质量比混合均匀，即得；
优选地，所述固体原料和水混合时，搅拌速度不低于120r/min，搅拌时间不短于60s。
10.权利要求1至8中任一项所述水泥砂浆或者通过权利要求9所述制备方法制备得到的水泥砂浆作为封锚砂浆在封闭混凝土轨道板的锚穴中的应用。
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