CN1562854A - 铁路或城市轻轨无碴轨道用水泥沥青砂浆及其制造方法和施工方法 - Google Patents
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Abstract
铁路或城市轻轨无碴轨道用水泥沥青砂浆及其制造方法和施工方法，采用水泥、混合剂、沥青乳剂、砂1.90－2.10份、水、发泡剂、消泡剂、铝粉、AE剂、合成树脂乳液组配，通过合理的选材和配比，将水泥与砂等材料混合，并加入复合型沥青乳剂，由于复合型沥青乳剂中添加了少量非离子聚合物，使砂等骨料不产生分离、具有弹性、耐振性优异、而且硬化后体积略有膨胀。是一种较为理想的铁路或城市无碴轨道的填充材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种砂浆、混凝土、人造石或其它类似材料的组合物，以及该种组合物中用作有效成分的材料，特别是指铁路或城市轻轨无碴轨道用填充材料与其制造方法；本发明还涉及该种组合物材料在施工中的具体使用方法。但都可归属于铁路轨道或城市轻轨用减振降噪材料。
背景技术
铁路或城市轻轨等有轨机动车辆均在钢轨的下面铺设有轨道，现在有轨机动车辆的轨道分有碴轨道和无碴轨道两种。有碴轨道铺设后运营维护的工作量很大，结构不稳定，而且火车速度受到一定的限制，采用无碴轨道可较好地解决上述问题。特别适合在桥梁、遂道及城市轻轨上使用。现有的铁路或城市轻轨无碴轨道的基本结构为板式无碴轨道，这种无碴轨道是在路基上铺设混凝土底座，在底座上架设轨道板，两者之间留出空隙5CM，用来灌注填充材料水泥沥青砂浆(以下称为CA砂浆)。CA砂浆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，具有砂等骨料不发生分离、耐振动性优异、硬化后体积略有膨胀等优异性能。目前，CA砂浆在国内还处于试验开发阶段，尚无性能优异的产品。中国专利ZL02139237。4虽然公开了一种无碴轨道CA砂浆，但经在我国在秦沈客运专线狗河特大桥及双河特大桥进行了板式无碴轨道的试铺，其实际应用效果仍不理想，现有的CA砂浆主要存在流动度不好、可工作时间短、砂等骨料易发生分离，同时硬化后体积有所收缩等不足，仍有必要对此加以改进。国外虽有类似产品，但存在价格高，所有原材料来源受到限制，并需要专门的生产厂家，经特殊工艺制成等不足。此外，CA砂浆灌注时，目前我国都采用的是模板灌浆法，此法存在模板密封性不够致使CA砂浆易泄漏，CA砂浆成型固化后要拆模及修整CA砂浆，花费时间较多及浪费CA砂浆的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有CA砂浆的不足提供一种铁路或城市轻轨无碴轨道用水泥沥青砂浆及其制作方法，即提供一种具有流动度好、可工作时间长、砂等骨料不发生分离、同时硬化后体积略有膨胀的符合无碴轨道结构弹性调整层性能要求的CA砂浆及其制备方法。
本发明的另一目的是提供上述CA砂浆的，一种更省时、省料的CA砂浆灌注方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：通过实验和研究表明，国内现有的CA砂浆之所以效果不好，主要是因为CA砂浆的组成成分和材料的用量不合理所造成的。因此，在本发明中对CA砂浆的材料组分进行了重新的调配和组合。本发明的CA砂浆组成成分及配比如下：(质量份，下均同)
水泥0.80-0.95份； 混合剂0.05-0.20份；
沥青乳剂1.40-1.70份； 砂1.90--2.10份；
水0.10～0.25份； 发泡剂0.00010～0.00040份；
消泡剂0.00040-0.00080份； 铝粉0.00010-0.00040份；
AE剂0.00010-0.00050份； 合成树脂乳液0.00--0.20份。
其中：作为用于本发明的沥青乳剂可以是常规的非离子型、阳离子型、阴离子型沥青乳化剂中的一种或者二种、三种复合而成，然后将各种沥青(直馏沥青、氧化沥青、沥青组合物、石油沥青、煤沥青)与非离子聚合物分散在这种复合的乳化剂中，形成均匀稳定的符合本发明要求的复合乳液。
本发明所说的沥青乳剂中的非离子聚合物可以是聚丙稀酸、聚氨脂、聚醋酸乙烯等中的一种或二种混合使用。其主要作用是增加沥青乳剂中树脂的含量，增大粘度，形成所谓的乳剂。聚合物在防止CA砂浆材料分层、减少外加水量方面起着很大的作用。
在本发明中，下述水泥可以单独或混合使用：普通硅酸盐水小泥、早强硅酸盐水泥、硫酸盐水泥、矿渣水泥等水硬化物质。这些材料与沥青乳剂、合成树脂乳液中的水反应，起到提高沥青强度的作用。
本发明所说的混合剂为水泥膨胀混合剂，可以是UEA型混凝土膨胀剂，也可以是石膏系膨胀剂，以硫铝酸钙体系的矿物为主体，并含有微量的高分子系列分散剂与无机盐类，它的作用是防止CA砂浆的材料泌水、提高流动性和防止收缩的稳定剂。
本发明所使用的合成树脂乳液，可以是合成橡胶乳液、乙烯/醋酸乙烯共聚物乳液、氯乙烯/醋酸乙烯共聚物乳液与丙烯酸橡胶乳液等。其中合成橡胶乳液与丙烯酸橡胶乳液的耐水性、耐候性、弹性较好，其玻璃化转变温度在10℃以下，较适合于本发明。合成树脂乳液在CA砂浆的抗冻性、耐候性方面起着重要作用。
在本发明中使用的砂，可以是河砂、陆砂、山砂、海砂或者碎石，可以单独使用也可以使用二种以上的混合物。其细度模量在1.4-2.8围内。
本发明使用的发泡剂可以是铝粉、植物油、矿物油、硬脂酸中的几种混合使用，铝粉应该采有比表面积大的产品，细度在250目左右，发泡剂的作用是使CA砂浆硬化时略微产生体积膨胀。
本发明使用的AE剂是一种化学混合试剂，其主要目的是在CA砂浆中通过形成大量的独立微小气泡，从而改善工作条件与防冻性。例如可以使用阴离子表面活性剂的皂类硫酸酯系列、磷酸酯系列、磺酸酯系列、非离子表面活性剂的醚系列、二性表面活性剂的甜菜碱系列等。
本发明使用的消泡剂可以使用在机硅系列、醇系列、脂肪酸系列、胺系列、酰胺系列、磷酸脂系列等。它的作用是将搅拌产生的大直径气泡破坏、微细化。
本发明所说的CA砂浆制备方法为：
1、投入沥青乳剂、水、合成树脂乳液、消泡剂依次投入CA砂浆搅拌机内，慢速搅拌；
2、投入砂，慢速搅拌；
3、投入混合剂，快速搅拌；
4、投入水泥及AE剂，快速搅拌；
5、投入铝粉，快速搅拌；
6、投完全部原料后，快速搅拌约3--5分钟，确认导入空气量为8-12％，开始慢速搅拌，准备性能试验。
其中：所说的慢速搅拌是搅拌机的搅拌速度为60-80rpm。所说的快速搅拌是搅拌机的搅拌速度为120-200rpm。投料过程必须迅速。
本发明CA砂浆施工时所采用的方法是：使用注入袋放在板式无碴轨道混凝土底座与轨道板之间，用来容纳注入的CA砂浆。使用的注入袋可以是高密度聚乙烯制的织布、聚脂制的无纺布、维尼纶制的无纺布等材料制成与轨道板同等大小的透气型袋子(一般情况下为长、宽、高分别为5000×2400×50mm)。该种方法与模板灌注CA砂浆相比，具有可以防止砂浆泄漏，所用人工少，利于有坡度的轨道施工，节省注入CA砂浆用量，不需要拆模、切除废料，同时保护CA砂浆的作用。
本发明通过合理的选材和配比，将水泥与砂等材料混合，并加入复合型沥青乳剂，由于复合型沥青乳剂中添加了少量非离子聚合物，使砂等骨料不产生分离、具有弹性、耐振性优异、而且硬化后体积略有膨胀。是一种较为理想的铁路或城市无碴轨道的填充材料。
附图说明
图1为CA砂浆制造工艺流程图；
图2为CA砂浆施工工艺流程图。
具体实施方式
实施例1--4
实施例1-4的CA砂浆按下述(表1)的配合比制备(质量份，下均同)：
表1CA砂浆配合比实施表
| 实施例 | 配合比及用量 | 水泥 | 混合剂 | 沥青乳剂 | 砂 | 水 | 发泡剂 | 消泡剂 | AE剂 | 合成树脂乳液 |
| 1 | 配合比 | 1 | 1.6 | 2.0 | 0.18 | 0.00025 | 0.0005 | 0.00015 | -- | |
| 用量(kg/m3) | 316 | 35 | 562 | 703 | 64 | 0.088 | 0.176 | 0.053 | ||
| 2 | 配合比 | 1 | 1.6 | 2.0 | 0.16 | 0.00020 | 0.0006 | 0.00017 | -- | |
| 用量(kg/m3) | 319 | 36 | 566 | 708 | 57 | 0.071 | 0.212 | 0.060 | ||
| 3 | 配合比 | 1 | 1.52 | 2.0 | 0.12 | 0.00030 | 0.0005 | 0.00015 | 0.08 | |
| 用量(kg/m3) | 323 | 36 | 546 | 719 | 43 | 0.108 | 0.180 | 0.054 | 29 | |
| 4 | 配合比 | 1 | 1.50 | 2.0 | 0.11 | 0.00030 | 0.0006 | 0.00018 | 0.10 | |
| 用量(kg/m3) | 324 | 36 | 541 | 721 | 40 | 0.108 | 0.216 | 0.065 | 36 | |
其中：
实施例1的沥青乳剂是非离子型的；实施例2的沥青乳剂是阳离子型的；实施例3的沥青乳剂是阴离子型的；实施例4的沥青乳剂是阴离子与非离子型的沥青乳化剂复合而成，然后将各种沥青(直馏沥青、氧化沥青、沥青组合物、石油沥青、煤沥青)与非离子聚合物分散在这种复合的乳化剂中，形成均匀稳定的符合本发明要求的复合乳液的，且沥青乳剂中的非离子聚合物可以是聚丙稀酸、聚氨脂、聚醋酸乙烯等中的一种或二种混合使用。其主要作用是增加沥青乳剂中树脂的含量，增大粘度，形成所谓的乳剂。聚合物在防止CA砂浆材料分层、减少外加水量方面起着很大的作用。
实施例1-4的水泥可以单独或混合使用：普通硅酸盐水小泥、早强硅酸盐水泥、硫酸盐水泥、矿渣水泥等水硬化物质。这些材料与沥青乳剂、合成树脂乳液中的水反应，起到提高沥青强度的作用。
实施例1-4的混合剂为水泥膨胀混合剂，可以是UEA型混凝土膨胀剂，也可以是石膏系膨胀剂，以硫铝酸钙体系的矿物为主体，并含有微量的高分子系列分散剂与无机盐类，它的作用是防止CA砂浆的材料泌水、提高流动性和防止收缩的稳定剂。
实施例1-4的合成树脂乳液，可以是合成橡胶乳液、乙烯/醋酸乙烯共聚物乳液、氯乙烯/醋酸乙烯共聚物乳液与丙烯酸橡胶乳液等。其中合成橡胶乳液与丙烯酸橡胶乳液的耐水性、耐候性、弹性较好，其玻璃化转变温度在10℃以下，较适合于本发明。合成树脂乳液在CA砂浆的抗冻性、耐候性方面起着重要作用。
实施例1-4的砂，可以是河砂、陆砂、山砂、海砂或者碎石，可以单独使用也可以使用二种以上的混合物。其细度模量在1.4-2.8围内。
实施例1-4的发泡剂可以是铝粉、植物油、矿物油、硬脂酸中的几种混合使用，铝粉应该采有比表面积大的产品，细度在250目左右，发泡剂的作用是使CA砂浆硬化时略微产生体积膨胀。
实施例1-4的AE剂是一种化学混合试剂，其主要目的是在CA砂浆中通过形成大量的独立微小气泡，从而改善工作条件与防冻性。例如可以使用阴离子表面活性剂的皂类硫酸酯系列、磷酸酯系列、磺酸酯系列、非离子表面活性剂的醚系列、二性表面活性剂的甜菜碱系列等。
实施例1-4的消泡剂可以使用在机硅系列、醇系列、脂肪酸系列、胺系列、酰胺系列等。它的作用是将搅拌产生的大直径气泡破坏、微细化。
实施例1-4的CA砂浆制备工艺如下：
1、对乳化沥青、水、消泡剂、合成树脂乳液分别按用量计量后投入CA砂浆专用搅拌机中，开动搅拌机，慢速搅拌；
2、将砂计量后加入；慢速搅拌；
3、加入准确计量的混合剂、水泥、AE剂，快速搅拌3-5分钟后慢速搅拌；
4、加入准确计量的铝粉(约灌浆前10-20分钟)，快速搅拌3-5分钟后慢速搅拌，准备流动度、空气量等性能试验。性能试验合格后就可以进行灌浆施工了。
所说的慢速搅拌是搅拌机的搅拌速度为60-70rpm。
所说的快速搅拌是搅拌机的搅拌速度为120-200rpm。
投料过程必须迅速。
实施例1-4的性能要求及结果是(表2)：
表2实施例CA砂浆性能试验结果表：
| 序号 | 名称 | 指标要求 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | ||
| 1 | 流动度，s | 16～26 | 23 | 21 | 20 | 22 | ||
| 2 | 可工作时间，min | ≥40 | 90 | 90 | 90 | 90 | ||
| 3 | 单位容积重量，kg/l | ≥1.30 | 1.55 | 1.58 | 1.53 | 1.52 | ||
| 4 | 含气量，％ | 8～12 | 9.2 | 8.5 | 8.8 | 8.9 | ||
| 5 | 砂浆温度，℃ | 5～30 | 25 | 25 | 25 | 25 | ||
| 6 | 膨胀率，％ | 1～3 | 2.2 | 1.5 | 2.1 | 1.9 | ||
| 7 | 沁水率，％ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||
| 8 | 材料分离度，％ | ≤3.0 | 1.8 | 2.0 | 1.5 | 2.1 | ||
| 9 | 抗压强度20℃，MPa | 1天 | ≥0.1 | 0.17 | 0.21 | 0.25 | 0.23 | |
| 3天 | ≥0.3 | 0.43 | 0.51 | 0.55 | 0.50 | |||
| 7天 | ≥0.7 | 0.98 | 1.05 | 1.15 | 1.02 | |||
| 28天 | 1.8-2.5 | 2.41 | 2.28 | 2.16 | 2.09 | |||
| 10 | 静态弹性模量，20℃，MPa | 100～300 | 151 | 176 | 182 | 155 | ||
| 11 | 抗冻性，300次 | 相对动弹模量，％ | ≥60 | 62.1 | 61.1 | 69.2 | 71.1 | |
| 质量损失率，％ | ≤5 | -2.0 | -1.5 | -3.0 | -2.2 | |||
| 12 | 耐候性，500小时 | 相对弯曲强度，％ | 100-120 | 110 | 101 | 103 | 108 | |
| 外观检查 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | 无异常 | |||
其中：
5、流动度按下述试验方法测定：
将流动度专用试验J型漏斗架设在支架上，用手指堵住其出口，，然后上述制备完成的CA砂浆注入漏斗中，先移开手指，流出少量砂浆，然后注满，用秒表计量CA砂浆从漏斗中全部流出的时间，单位为秒。
6、空气量按下述试验方法测定：
先按CA砂浆各材料密度算出CA砂浆的理论密度ρ0
将洗净干燥的三角烧瓶测量体积V及称量其与玻璃板的质量M1，然后注满CA砂浆，用玻璃板盖好，擦掉漏出的多余的砂浆，称量M2。空气量按下述公式计算：空气量＝[1--M2--M1]/V/ρ0]×100％。
本发明的CA砂浆的施工工艺(注入袋法)如下：
1、确认轨道板安装状态，将注入袋安装在轨道板与混凝土底座这间的空隙，确认安装正确；
2、将搅拌好后性能试验合格的CA砂浆从注入口注入注入袋中，直到注入口CA砂浆升起约10-30cm后停止灌浆。
3、将注入袋的注入口固定在轨道板上，防止CA砂浆流出。CA砂浆施工结束。
此种CA砂浆施工方法十分简单方便，替代国外传统的模板灌浆，加快施工进度，节约CA砂浆用量，同时对CA砂浆起到了保护作用。
实施例1与实施例2为我国南方温暖地区使用CA砂浆，实施例3与实施例4为北方寒冷地区使用有抗冻要求的CA砂浆，四个实施的制造与施工工艺均相同，只是性能试验结果有些差异，但都符合要求。
Claims (9)
1、一种铁路或城市轻轨无碴轨道用水泥沥青砂浆，其特征在于：CA砂浆组成成分及质量份配比如下：
水泥0.80-0.95份； 混合剂0.05-0.20份；
沥青乳剂1.40-1.70份； 砂1.90--2.10份；
水0.10～0.25份； 发泡剂0.00010～0.00040份；
消泡剂0.00040-0.00080份； 铝粉0.00010-0.00040份；
AE剂0.00010-0.00050份； 合成树脂乳液0.00--0.20份。
2、如权利要求1所述的一种铁路或城市轻轨无碴轨道用水泥沥青砂浆，其特征在于：所说的沥青乳剂可以是非离子型、阳离子型、阴离子型沥青乳化剂中的一种或者二种、三种复合而成，然后将各种沥青与非离子聚合物分散在这种复合的乳化剂中，形成均匀稳定的符合本发明要求的复合乳液；所说的沥青乳剂中的非离子聚合物可以是聚丙稀酸、聚氨脂、聚醋酸乙烯等中的一种或二种混合使用。
3、如权利要求1所述的一种铁路或城市轻轨无碴轨道用水泥沥青砂浆，其特征在于：下述水泥可以单独或混合使用：普通硅酸盐水小泥、早强硅酸盐水泥、硫酸盐水泥、矿渣水泥等水硬化物质。
4、如权利要求1所述的一种铁路或城市轻轨无碴轨道用水泥沥青砂浆，其特征在于：所说的混合剂为水泥膨胀混合剂，可以是UEA型混凝土膨胀剂，也可以是石膏系膨胀剂，以硫铝酸钙体系的矿物为主体，并含有微量的高分子系列分散剂与无机盐类。
5、如权利要求1所述的一种铁路或城市轻轨无碴轨道用水泥沥青砂浆，其特征在于：所说的合成树脂乳液，可以是合成橡胶乳液、乙烯/醋酸乙烯共聚物乳液、氯乙烯/醋酸乙烯共聚物乳液与丙烯酸橡胶乳液等；其中合成橡胶乳液与丙烯酸橡胶乳液的耐水性、耐候性、弹性较好，其玻璃化转变温度在10℃以下。
6、如权利要求1所述的一种铁路或城市轻轨无碴轨道用水泥沥青砂浆，其特征在于：所说的砂，可以是河砂、陆砂、山砂、海砂或者碎石，可以单独使用也可以使用二种以上的混合物，其细度模量在1.4-2.8围内。
7、如权利要求1所述的一种铁路或城市轻轨无碴轨道用水泥沥青砂浆，其特征在于：所说的发泡剂可以是铝粉、植物油、矿物油、硬脂酸中的几种混合使用，铝粉应该采有比表面积大的产品，细度在250目左右，发泡剂的作用是使CA砂浆硬化时略微产生体积膨胀；所说的AE剂是一种化学混合试剂；
所说的消泡剂可以使用在机硅系列、醇系列、脂肪酸系列、胺系列、酰胺系列等。
8、如权利要求1所述的一种铁路或城市轻轨无碴轨道用水泥沥青砂浆的制备方法，其特征在于所述的CA砂浆制作工艺是：
A、投入沥青乳剂、水、合成树脂乳液、消泡剂依次投入CA砂浆搅拌机内，慢速搅拌，搅拌速度为60-70rpm；
B、投入砂，慢速搅拌，搅拌速度为60-70rpm；
C、投入混合剂，快速搅拌，搅拌速度为120-200rpm；
D、投入水泥及AE剂，快速搅拌，搅拌速度为120-200rpm；
E、投入铝粉，快速搅拌，搅拌速度为120-200rpm；
F、投完全部原料后，快速搅拌约3--5分钟，确认导入空气量为8-12％，开始慢速搅拌，搅拌速度为60-70rpm，准备性能试验。
9、如权利要求1所述的一种铁路或城市轻轨无碴轨道用水泥沥青砂浆的施工方法，其特征在于所述的CA砂浆是按下述工艺施工的：
A、确认轨道板安装状态，将注入袋安装在轨道板与混凝土底座这间的空隙，确认安装正确；
B、将搅拌好后性能试验合格的CA砂浆从注入口注入注入袋中，直到注入口CA砂浆升起约10-30cm后停止灌浆，使用的注入袋可以是高密度聚乙烯制的织布、聚脂制的无纺布、维尼纶制的无纺布等材料制成的透气型袋子；
C、将注入袋的注入口固定在轨道板上，防止CA砂浆流出。
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