CN1445193A - 水泥乳化沥青砂浆及制造方法和在铁路或城市轻轨无碴轨道中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料。涉及一种由以下原料混合组成(质量份)的水泥乳化沥青砂浆：水泥与掺合材1，乳化沥青0.90～1.00，砂0.9～1.9，水0.13～0.24，减水剂0.007～0.009，铝粉0.0001～0.00015，表面活性剂0.004～0.005，消泡剂0.025～0.050，聚丙烯纤维0～0.002，氯丁胶乳0～0.070。本发明还包括上述砂浆的制备方法和在铁路或城市轻轨无碴轨道中的应用。本发明的砂浆具有流动度大，又不泌水；具有很好的抗压强度、抗冻融性能。能充分地满足铁路或城市轻轨无碴轨道道结构弹性调整层的技术要求和列车300km/h的运行时速及－35℃的抗冻融要求。不产生有害气体，对环境无污染。其生产工艺简单、工人劳动强度低，不危害施工人员健康。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料。具体说是一种用于铁路或城市轻轨无碴轨道的水泥乳化沥青砂浆及其制造方法。
背景技术
铁路或城市轻轨无碴轨道基本结构为：在桥面上铺设混凝土基座，在混凝土基座上架设轨道板，轨道板底距混凝土基座顶面5cm，在基座与轨道板间需灌注一种建筑材料，这种建筑材料是铁路或城市轻轨无碴轨道结构弹性调整层的关键组成部分，其标准要求相当高，技术指标多达十几个，目前，国内无此材料生产。国外虽有类似产品，但存在所用原料需要专门的生产厂家，由特殊工艺制成，来源受到限制，且价格高；在不同气温条件下要求使用不同的乳化沥青，生产工艺复杂等不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种由水泥水化物和沥青裹覆砂形成一种立体网络、具有流动度好、可工作时间长、符合无碴轨道结构弹性调整层的施工要求和技术指标的水泥乳化沥青砂浆。
本发明的另一目的是提供上述水泥乳化沥青砂浆的制备方法。
本发明的另一目的是上述水泥乳化沥青砂浆在铁路或城市轻轨无碴轨道中的应用。
本发明的技术方案是由下列原料混合组成水泥乳化沥青砂浆，其组成如下：(质量份，下均同)
水泥与掺合材1，乳化沥青0.90～1.00，砂0.9～1.9，水0.13～0.24，
减水剂0.007～0.009，铝粉0.00010～0.00015，表面活性剂0.004～0.005
消泡剂0.025～0.050，聚丙烯纤维0～0.002，氯丁胶乳0～0.07。
所说的水泥与掺合材配合比为掺合材∶水泥＝1∶6～8。
所说的掺合材为U型混凝土膨胀剂系列(掺合材又称“CAA”)。用北京市慕湖外加剂厂生产的UEA型混凝土膨胀剂；湖北省武汉市固特新材料有限公司生产的U型混凝土膨胀剂；湖北省荆门市玉龙化工建材有限公司生产的UEA型膨胀剂；福建厦门银桥实业有限公司生产的YQA型膨胀剂。
所说的减水剂为FDN、FFT、SPN和UNF系列减水剂，其成份为聚次甲基萘磺酸钠，或β-萘磺酸甲醛高缩合物，或聚次甲基萘磺酸钠甲醛缩合物。
所说的表面活性剂(又称“0π-10”)，化学名称为辛基酚聚环氧乙烷10醚；
所说的消泡剂为磷酸三丁酯，或磷酸二丁酯。
本发明所说的乳化沥青是按下列原料和下述方法配制而成(质量份)：
沥青100，乳化剂1.50～1.70，
聚乙烯醇0.11～0.15，水60～70。
所说的乳化剂为十八烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基溴化铵。
先将沥青在100℃下加热脱水；再将水加热到45～75℃，将乳化剂和聚乙烯醇加至热水中，搅拌均匀，制成乳化液，乳化液的温度应控制在50～70℃待用。将脱水并加热到140～165℃的沥青倒入乳化液中，再将沥青和乳化液混合物加至乳化机漏斗中，在乳化机压力达2.0MPa下恒压乳化，且循环乳化2～3次，直到沥青乳液中没有明显的沥青颗粒为止。
本发明所说的水泥乳化沥青砂浆的制备方法为：
①将乳化沥青、水、表面活性剂依次投入搅拌机内混合，慢速搅拌40～80秒钟；
②再投入减水剂、氯丁胶乳，慢速搅拌20～50秒钟；
③再投入砂，慢速搅拌20～40秒钟；
④加入聚丙烯纤维，慢速搅拌50～80秒钟；
⑤加入水泥、掺合材、铝粉，快速搅拌1.5～2.5分钟；
⑥加入消泡剂，慢速搅拌1～2分钟。
所说的慢速搅拌，搅拌机的搅拌速度为40～70转/分。
所说的快速搅拌。搅拌机的搅拌速度为120～170转/分。
本发明的特征还在于水泥乳化沥青砂浆在铁路或城市轻轨无碴轨道中的应用。
本发明所说的水泥乳化沥青砂浆在铁路或城市轻轨无碴轨道中的应用方法(灌注施工方法)为：在需灌注之处安装侧面模板，侧面模板离开轨道板侧四周1.5～3.0cm，且超过轨道板底3～6cm，采用间孔、顺推、多次反复灌注的方法灌注水泥乳化沥青砂浆。
本发明的水泥乳化沥青砂浆(试验及施工运用中称“CA砂浆”)经(在秦沈客运专线狗河特大桥右线中)实践运用表明：具有流动度大，又不泌水；早期微膨胀，后期不收缩；既强度高，又能控制弹性模量；刚柔并济，以柔为主等优点。具有很好的抗压强度和耐久性。能很好地满足铁路或城市轻轨无碴轨道的十二项技术指标要求。本发明的水泥乳化沥青砂浆可全部采用国产材料，选用材料现有工艺均可以生产，没有特殊要求且供应渠道广泛，价格低廉。在各种气温条件下可以使用同一种乳化沥青，简化了乳化沥青的生产工艺。在水泥乳化沥青砂浆中加入了活性剂和氯丁胶乳，使水泥乳化沥青砂浆的可灌性能得到提高，同时减少了材料的分离。减水剂的加入，使每1m3水泥乳化沥青砂浆用水量少15～50kg，大大的提高了水泥乳化沥青砂浆抗压强度和抗冻融性能。无有害挥发物质，对环境无污染。可满足列车300公里/小时的运行时速的要求。能满足-35℃的抗冻融要求。
本发明的水泥乳化沥青砂浆制备方法，生产工艺简单、易于掌握，工人劳动强度低。不危害施工作业人员的身体健康。
本发明的水泥乳化沥青砂浆在铁路或城市轻轨无碴轨道中的应用，满足了无碴轨道结构弹性调整层的特殊性能要求。
图1为乳化沥青的制备工艺流程图；图2水泥乳化沥青砂浆的制备工艺流程图；图3为水泥乳化沥青砂浆施工工艺流程图；图4为侧模安装示意图；图5为轨道板结构示意图。
具体实施方式
实施例1～6
无抗冻融要求时，按下表的配合比(表1)制备水泥乳化沥青砂浆：
| 实施例 | 配合比编号 | 配合比及材料用量 | 水泥 | 掺合材 | 乳化沥青 | 砂 | 水 | 减水剂(FDN) | 铝粉 | 活性剂0π-10 | 消泡剂 | 聚丙烯纤维 | 氯丁胶乳 |
| 1 | 2001-02 | 配合比 | 1 | 0.92 | 1.0 | 0.19 | 0.008 | 0.00012 | 0.0045 | 0.03 | - | - | |
| 用量(kg/m3) | 476 | 71 | 503 | 547 | 104 | 4.376 | 0.0656 | 2.462 | 16.408 | - | - | ||
| 2 | 2001-04 | 配合比 | 1 | 0.92 | 1.8 | 0.23 | 0.008 | 0.00013 | 0.0045 | 0.04 | - | 0.066 | |
| 用量(kg/m3) | 388 | 58 | 410 | 803 | 103 | 3.568 | 0.05798 | 2.007 | 17.84 | - | 29.436 | ||
| 3 | 2001-05 | 配合比 | 1 | 0.95 | 1.5 | 0.2 | 0.008 | 0.00012 | 0.0045 | 0.04 | - | 0.063 | |
| 用量(kg/m3) | 409 | 61 | 447 | 706 | 94 | 3.764 | 0.05647 | 2.117 | 18.822 | - | 29.645 | ||
| 4 | 2001-06 | 配合比 | 1 | 0.92 | 1.2 | 0.17 | 0.008 | 0.00012 | 0.0045 | 0.04 | - | 0.061 | |
| 用量(kg/m3) | 448 | 67 | 474 | 618 | 88 | 4.124 | 0.06185 | 2.319 | 20.618 | - | 31.415 | ||
| 5 | 2001-07 | 配合比 | 1 | 0.95 | 1.5 | 0.2 | 0.008 | 0.00012 | 0.0045 | 0.04 | 0.002 | 0.063 | |
| 用量(kg/m3) | 409 | 61 | 447 | 706 | 94 | 3.764 | 0.05647 | 2.117 | 18.822 | 0.94 | 29.645 | ||
| 6 | 2001-09 | 配合比 | 1 | 0.92 | 1.2 | 0.17 | 0.008 | 0.00012 | 0.0045 | 0.04 | 0.0015 | 0.061 | |
| 用量(kg/m3) | 448 | 67 | 474 | 618 | 88 | 4.124 | 0.06185 | 2.319 | 20.618 | 0.7725 | 31.415 | ||
实施例1
乳化沥青的配合比例：
沥青600克十八烷基三甲基氯化铵10克
聚乙烯醇0.8克水390克
乳化沥青的制备工艺流程如图1：
1、称取A-100沥青，使用前加热脱水，沥青加热脱水温度应控制在100℃以下。沥青应采用温火加热，避免沥青焦化变质。沥青必须全部脱水干净，表面不再有气泡，处于平静状态，加热温度控制在140℃～165℃，才能进行乳化，使用时必须用筛网过滤以清除杂质。
2、将水加热到45℃～75℃。
3、称取乳化剂十八烷基三甲基氯化铵(使用前应搅拌均匀，以免每次使用的有效含量不均)和稳定剂聚乙烯醇。
4、将乳化剂十八烷基三甲基氯化铵和稳定剂聚乙烯醇溶于上述已加热的水中，配制成乳化液(溶解过程中严禁接触明火)，乳化液温度应控制在50℃～70℃待用。
5、将加热至140～170℃的沥青和上述乳化液加至乳化机漏斗中，在乳化机压力达2.0MPa下恒压乳化，且循环乳化2次，直到沥青乳液中没有明显沥青颗粒为止。
水泥乳化沥青砂浆的制备：(原料配比见表1中实施例1)
水泥乳化沥青砂浆的制备工艺流程如图2：
1、先向搅拌机按先后顺序投入上述配比的乳化沥青、水和表面活性剂辛基酚聚环氧乙烷10醚，慢速搅拌1分钟；
2、加入减水剂(选择广东省湛江外加剂厂生产的FDN型混凝土高效减水剂，成份为β-萘磺酸甲醛高缩合物)和氯丁胶乳(选用CRL50LK氯丁阳离子胶乳)，慢速搅拌30秒钟；
3、加入砂，慢速搅拌30秒钟；
4、投入水泥、掺合材(为北京市慕湖外加剂厂生产的UEA型混凝土膨胀剂)和铝粉，快速搅拌2分钟；
5、最后加入消泡剂磷酸三丁酯，慢速搅拌1.5分钟。
(搅拌完毕后，立即取样进行流动度和密度检查测试。如不符合要求，此盘拌合物将废弃，满足要求时才能进行灌注施工。水泥乳化沥青砂浆流动度和密度检测合格后，应立即进行灌注。)
水泥乳化沥青砂浆灌注施工
水泥乳化沥青砂浆施工工艺流程见图3：
灌注前，先进行轨道板安装和侧模安装。
图4中，侧面模板1离开轨道板2侧四周1.5～3.0cm，且超过轨道板2底3～6cm，侧面模板1底部与接缝处敷设海绵条3，保证了不漏浆，又使空气充分排除，板底水泥乳化沥青砂浆饱满。4为混凝土基座，5为支撑螺栓，6为轨道板2上的注浆孔或排气孔。
图5中，轨道板2上有依次排列的两排小孔6，每排5个孔，共10个。一排为6-1、6-3、6-5、6-7、6-9孔，一排为6-2、6-4、6-6、6-8、6-10孔。5为支撑螺栓。
灌注时，先在板的一端3个孔(6-1、6-2、6-3)上各安放一个注浆漏斗，从端头任一孔开始，按顺序依次灌注，这样以利于空气从排气孔中排出。待注入数量达到应注厚度的二分之一时停止灌注。再将注浆漏斗移至6-5、、、6-7和6-9孔上，依次注入浆液。待浆液灌入量达到接近轨道板板底时，停止注入。再单孔分别注入，先从6-1孔注入，待浆液超过6-3孔所在板底时，将注入位置移至6-3孔，待浆液超过6-5孔所在板底时，将注入位置移至6-5孔，依次灌注至整个板底充满砂浆，并使轨道板四周和注入孔中的砂浆量高出轨道板底5cm以上，确保板底每一部位充满浆液，此时，轨道板底水泥乳化沥青砂浆灌注结束。立即将注入孔和排气孔逐一用防水塞塞牢，防止雨、雪水及杂物进入孔中。
实施例2
乳化沥青的配合比例：
A-70沥青600克十六烷基三甲基溴化铵9克
聚乙烯醇0.7克水390克
乳化沥青的生产工艺如实施例1所述。
水泥乳化沥青砂浆的制备：(原料配比见表1中实施例2)
所用的掺合材为湖北省武汉市固特新材料有限公司生产的U型混凝土膨胀剂；所用的减水剂为FFT减水剂，所用的消泡剂为磷酸二丁酯。
水泥乳化沥青砂浆的制备方法和灌注施工方法同实施例1。
实施例3-4中原料配合比如表1所示，乳化沥青的生产工艺、水泥乳化沥青砂浆的制备方法和灌注施工方法均同实施例1。
实施例5
乳化沥青的配合比例：
沥青595克十八烷基三甲基氯化铵9克
聚乙烯醇0.9克水405克
乳化沥青的制备工艺如实施例1所述。
水泥乳化沥青砂浆的制备：(原料配比见表1中实施例5)
1、先向搅拌机按先后顺序投入上述配比的乳化沥青、水和表面活性剂辛基酚聚环氧乙烷10醚，慢速搅拌80秒。
2、加入减水剂(选择UNF减水剂，其主要成份为萘磺酸甲醛缩合物)和氯丁胶乳(选用CRL50LK氯丁阳离子胶乳)，慢速搅拌40秒钟。
3、加入砂，慢速搅拌40秒钟；
4、加入聚丙烯纤维，快速搅拌70秒钟；
5、投入水泥、掺合材(湖北省荆门市玉龙化工建材有限公司生产的UEA型混凝土膨胀剂)和铝粉，快速搅拌1.5分钟；
6、最后加入消泡剂磷酸二丁酯，慢速搅拌2分钟。
水泥乳化沥青砂浆的制备：(原料配比见表1中实施例5)
水泥乳化沥青砂浆的制备方法和砂浆灌注施工方法同实施例1。
实施例6中原料配合比如表1所示，乳化沥青的制备工艺、水泥乳化沥青砂浆的制备方法和灌注施工方法均同实施例5。
实施例7～9
有抗冻融要求时，按下表的配合比(表2)制备水泥乳化沥青砂浆：
| 实施例 | 配合比编号 | 配合比及材料用量 | 水泥 | 掺合材 | 乳化沥青 | 砂 | 水 | 减水剂(FDN) | 铝粉 | 活性剂0π-10 | 消泡剂 | 聚丙烯纤维 | 氯丁胶乳 |
| 7 | 2001-01 | 配合比 | 1 | 0.95 | 1.5 | 0.2 | 0.008 | 0.00012 | 0.0045 | 0.03 | - | - | |
| 用 量(kg/m3) | 423 | 63 | 462 | 729 | 97 | 3.888 | 0.05832 | 2.187 | 14.58 | - | - | ||
| 8 | 2001-03 | 配合比 | 1 | 0.97 | 1.2 | 0.15 | 0.008 | 0.00012 | 0.0045 | 0.04 | - | 0.061 | |
| 用 量(kg/m3) | 440 | 66 | 490 | 606 | 76 | 4.043 | 0.0606 | 2.274 | 20.214 | - | 30.826 | ||
| 9 | 2001-08 | 配合比 | 1 | 0.97 | 1.2 | 0.16 | 0.008 | 0.00012 | 0.0045 | 0.04 | 0.002 | 0.061 | |
| 用 量(kg/m3) | 437 | 66 | 488 | 603 | 80 | 4.024 | 0.0604 | 2.264 | 20.113 | 1.006 | 30.672 | ||
实施例7、8中：原料配合比如表2所示，乳化沥青的制备工艺、水泥乳化沥青砂浆的制备方法同实施例1；
水泥乳化沥青砂浆灌注施工(水泥乳化沥青砂浆施工工艺流程见图3)：
轨道板上有依次排列的两排小孔，每排5个孔，共10个。灌注时，先在板的一端3个孔上各安放一个注浆漏斗，从端头任一孔开始，按顺序依次灌注，这样以利于空气从排气孔中排出。待注入数量达到应注厚度的二分之一时停止灌注。再将注浆漏斗移至只剩下3个孔的一侧的孔上，依次注入浆液。待浆液灌入量达到接近轨道板板底时，停止注入。再单孔分别注入，先从最先注入的孔注入，待浆液超过第3个注入孔所在轨道板底时，将注入位置移至第3个孔，待浆液超过第5个孔所在板底时，将注入位置移至第5个孔，依次灌注至整个板底充满水泥乳化沥青砂浆量高出轨道板底5cm以上，确保板底每一部位充满浆液，此时，轨道板底水泥乳化沥青砂浆灌注结束。立即将注入孔和排气孔逐一用防水塞塞牢，防止雨、雪水及杂物进入孔中。
实施例9
乳化沥青的配合和制备工艺如实施例1所述。
水泥乳化沥青砂浆的制备：(原料配比见表2中实施例9)
1、先向搅拌机按先后顺序投入上述配比的乳化沥青、水和表面活性剂辛基酚聚环氧乙烷10醚，慢速搅拌60秒。
2、加入减水剂(选择FDN型混凝土高效减水剂，其主要成份为β-萘磺酸甲醛高缩合物)和氯丁胶乳(选用CRL50LK氯丁阳离子胶乳)，慢速搅拌50秒钟。
3、加入砂，慢速搅拌30秒钟；
4、加入聚丙烯纤维，快速搅拌50秒钟；
5、投入水泥、掺合材(福建厦门银桥实业有限公司生产的YQA型膨胀剂)和铝粉，快速搅拌2分钟；
6、最后加入消泡剂磷酸三丁酯慢速搅拌1.5分钟。
水泥乳化沥青砂浆灌注施工方法同实施例1。
上述9个实施例的物理力学指标试验结果见表3：
注：(1).表中膨胀率为量筒法测得的结果。
(2).Kn＝P·N/300
式中P-经N次冻融循环后试件相对动弹模量；
N-动弹模量下降到60％以下时冻融循环次数。
以上数据按《秦(皇岛)沈(阳)客运专线板式无碴轨道CA砂浆试验细则》进行检测取得，符合铁道部第三勘测设计院2000年5月编制的《新建铁路秦皇岛至沈阳客运专线双河大桥桥上无碴轨道I类变更设计说明书》中提出的技术指标要求。
Claims (7)
1、水泥乳化沥青砂浆，其特征在于：由以下原料混合组成，其组成如下：(质量份，下均同)水泥与掺合材1，乳化沥青0.90～1.00，砂0.9～1.9，水0.13～0.24，减水剂0.007～0.009，铝粉0.0001～0.00015，表面活性剂0.004～0.005，消泡剂0.025～0.050，聚丙烯纤维0～0.002，氯丁胶乳0～0.070；
所说的水泥与掺合材配合比例为：掺合材∶水泥＝1∶6～8；所说的掺合材为U型混凝土膨胀剂系列产品；
所说的减水剂成份为聚次甲基萘磺酸钠，或聚次甲基萘磺酸钠甲醛缩合物，或β-萘磺酸甲醛高缩合物；
所说的表面活性剂，化学名称为辛基酚聚环氧乙烷10醚；
所说的消泡剂为磷酸三丁酯，或磷酸二丁酯。
2、根据权利要求1所述的水泥乳化沥青砂浆，其特征在于所说的乳化沥青是按下列原料配制而成：
沥青100，乳化剂1.50～1.70，
聚乙烯醇0.11～0.15，水60～70；
所说的乳化剂为十八烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基溴化铵；
先将沥青在100℃下加热脱水；将水加热到45～75℃，将乳化剂和聚乙烯醇加至热水中，搅拌均匀，制成乳化液，乳化液的温度应控制在50～70℃待用；将脱水并加热到140～165℃的沥青倒入乳化液中，再将沥青和乳化液混合物加至乳化机漏斗中，在乳化机压力达2.0MPa下恒压乳化，且循环乳化2～3次，直到沥青乳液中没有明显沥青颗粒为止。
3、一种权利要求1所述的水泥乳化沥青砂浆的制备方法，其特征在于：
①将乳化沥青、水、表面活性剂依次投入搅拌机内混合，慢速搅拌40～80秒钟；
②投入减水剂、氯丁胶乳，慢速搅拌20～50秒钟；
③再投入砂，慢速搅拌20～40秒钟；
④加入聚丙烯纤维，快速搅拌50～80秒钟；
⑤加入水泥、掺合材、铝粉，快速搅拌1.5～2.5分钟；
⑥加入消泡剂，慢速搅拌1～2分钟。
4、根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所说的慢速搅拌，搅拌机的搅拌速度为40～70转/分。
5、根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所说的快速搅拌，搅拌机的搅拌速度为120～170转/分。
6、水泥乳化沥青砂浆在铁路或城市轻轨无碴轨道中的应用。
7、根据权利要求6所述的水泥乳化沥青砂浆在铁路或城市轻轨无碴轨道中的应用，其特征在于，水泥乳化沥青砂浆灌注施工方法为：在需灌注之处安装侧面模板(1)，侧面模板(1)离开轨道板(2)侧四周1.5cm～3.0cm，且超过轨道板底3cm～6cm；采用间孔、顺推、多次反复灌注的方法灌注水泥乳化沥青砂浆。
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| CN 02139237 CN1445193A (zh) | 2002-11-01 | 2002-11-01 | 水泥乳化沥青砂浆及制造方法和在铁路或城市轻轨无碴轨道中的应用 |
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