专利名称：水泥乳化沥青砂浆专用稳定剂的制作方法
技术领域：
本发明属于道路建筑材料领域，具体涉及一种水泥乳化浙青砂浆功能型复合添加齐 ，尤其适用于高速铁路或城市轨道交通工程板式无砟轨道工程的水泥乳化浙青砂浆材料。
背景技术：
水泥乳化浙青砂浆垫层作为板式无砟轨道的关键结构部位，主要功能为填充、支撑、承力、传力以及提供适当弹韧性，其性能对轨道结构的耐久性、列车运行的舒适性有着重要的影响。水泥乳化浙青砂浆主要由干料(主要由水泥、膨胀剂、砂、填料等组成)、乳化浙青、水、减水剂和消泡剂等原料在特定的搅拌设备上按一定的搅拌工艺搅拌而成。由于水泥乳化浙青砂浆中含有大量的无机、有机成分以及多种的表面活性剂，其组成材料的特殊性决定了水泥乳化浙青砂浆具有温度适应能力差、耐机械剪切搅拌能力差和气泡稳定的能力差等特征。此外，试验室质量不能完全反映现场水泥乳化浙青砂浆的质量，采用满足《客运专线铁路CRTS II型板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆暂行技术条件》或《客运专线铁路CRTSI型板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆暂行技术条件》要求的干料和乳化浙青，往往很难制备出性能良好的水泥乳化浙青砂浆，造成现场施工质量不易控制。主要表现以下几个方面:
(I)水泥乳化浙青砂浆温度适应能力差，受现场环境温度影响大。在高温情况下，砂浆工作性能损失大、可工作时间短；低温情况下，砂浆易泌水、离析和分层；(2)耐机械剪切搅拌能力差，同配合比的砂浆经不同搅拌制度所拌制的砂浆性能差异较大，砂浆经高速剪切搅拌后，砂浆变稀、流动度减小、扩展度增大、含气量损失明显；砂浆耐压性能差，不适宜泵送施工；(3)气泡稳定能力差，现场揭板后发现灌注的砂浆表面气泡较多，存在浮浆，硬化后砂浆断面气泡较大，且分布不均匀。这些问题的存在，将大大降低了水泥乳化浙青砂浆与混凝土轨道板、混凝土底座之间的粘结性能，同时也影响了砂浆的耐久性能。为提高水泥乳化浙青砂浆的使用性能和质量，国内外已有不少学者采取了相关措施，做了大量的研究工作。中国专利(200910099082.9)公开了一种CA砂浆用稳定剂，由水溶性聚合物单体、聚合物胶乳、阳离子乳化剂、水等配合而成，对于改善CA砂浆各组分之间的相容性，降低CA砂浆分离度，效果良好。但上述稳定剂仅适用于阳离子乳化浙青体系中。中国专利(CN102101791A)采用螯合剂螯合水泥乳化浙青砂浆中Ca2+、Mg2+等离子，来提高水泥乳化浙青砂浆的耐高温性能。此外，美国专利(US006114418A)仅涉及提高水泥乳化浙青砂浆的耐高温性能，从现场工程应用的效果来看仍存在较大的不足。综上所述，这些研究成果并不能有效提高水泥乳化浙青砂浆的温度适应能力、耐机械剪切搅拌能力和砂浆气泡稳定能力。研究发现，若只从改善乳化浙青的角度来解决上述这些问题，原材料的成本会大大提高，同时还不一定能够获得理想的效果。在不同温度环境下，若仅通过增加或减少水泥乳化浙青砂浆中的用水量，以调整砂浆工作性能的措施并不可靠，由于配合比变化较大，容易造成水泥乳化浙青砂浆出现离析、泌水等问题，将大大降低砂浆的耐久性能。因此，研究一种适用于高速铁路或城市轨道交通工程板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆的专用稳定剂，保证制备的水泥乳化浙青砂浆具有较好的温度适应能力、耐机械剪切搅拌能力和气泡稳定能力，确保板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆的施工质量，是本领域迫切需要解决的问题之一。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于高速铁路或城市轨道交通工程板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆的专用稳定剂，使水泥乳化浙青砂浆具有较好温度适应能力、耐机械剪切搅拌能力和气泡稳定能力，并提高砂浆的耐久性能，以确保水泥乳化浙青砂浆的质量。已有的资料及工程应用表明，对于采用满足《客运专线铁路CRTS II型板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆暂行技术条件》或《客运专线铁路CRTSI型板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆暂行技术条件》(科技基[2008]74号)要求的干料和乳化浙青拌制的水泥乳化浙青砂浆，并不一定就具有较好的温度适应能力、耐机械剪切搅拌能力和气泡稳定能力。申请人:经过大量研究发现，造成水泥乳化浙青砂浆的耐高低温适应能力差、耐机械剪切搅拌能力差和气泡稳定能力弱的原因，主要与乳化浙青耐高价离子干扰能力、砂浆凝结硬化的温度敏感性、水泥乳化浙青砂浆的稳定性有着密切的关系。
通过复合螯合剂、调凝剂(缓凝剂或早强剂)的思路可以显著提高砂浆的温度适应能力。由于砂浆中水泥水化产生的大量的Ca2+，Mg2+等离子，会影了乳化浙青在砂浆中的稳定性，从而降低砂浆整体的稳定性。在高温情况下，在砂浆中掺入适当的螯合剂，可以保持砂浆中Ca2+，Mg2+等离子的浓度，能够在一定程度上控制砂浆的工作性损失，但是效果并不显著。若在砂浆中同时加入适量的螯合剂和缓凝剂，砂浆的工作性能会得到显著改善，且砂浆凝结硬化时间不会过度延长。在砂浆中加入适量的引气剂能够明显细化砂浆中的气泡，并使其均匀稳定存在于砂浆中；同时研究还发现，六偏磷酸钠等无机盐类物质，具有较好的空间结构稳定性，能够显著提高水泥乳化浙青砂浆的稳定性和耐机械搅拌能力。在砂浆体系中加入适量的偶联剂，在不影响砂浆的工作性能和物理性能的条件下，能够改善砂浆内部的乳化浙青颗粒和无机材料(水泥水化产物、砂子、水泥颗粒等)之间的内聚力，显著提高砂浆的韧性，提高砂浆与混凝土界面之间的粘结能力。基于上述研究，本发明提供了一种水泥乳化浙青砂浆专用稳定剂，其中，以重量百分比计，该稳定剂的组成包括:调凝剂(Γ5份，引气剂0.05^2份，螯合剂0.05、.5份，流变剂0.f 12份，偶联剂(Γ2份。该稳定剂掺量为0.Γ12份，适用于配合比为干料150、00份，乳化浙青100份，水1(Γ90份，减水剂(Γ8份的水泥乳化浙青砂浆中，可显著改善砂浆的性能。所用的干料、乳化浙青、水、减水剂均满足《客运专线铁路CRTS II型板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆暂行技术条件》或《客运专线铁路CRTSI型板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆暂行技术条件》(科技基[2008] 74号)的性能指标要求，减水剂的减水率为22%。根据本发明的具体实施方案，为了能够使水泥乳化浙青砂浆具有较好的温度适应能力，在本发明提供的稳定剂中，所采用的调凝剂应根据使用的环境温度条件来选取。当环境温度为5°C 15°C时，调凝剂仅由早强剂组成，优选掺量为0.05飞份；当环境温度为15°C 30°C时，不掺调凝剂；当环境温度为30°C 40°C时，调凝剂仅由缓凝剂组成，优选掺量为0.05 5份。本发明提供的调凝剂中，早强剂为无机盐类、有机类缓凝剂中的一种或多种复合而成的混合物，无机盐类早强剂有氯盐、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐等，有机物类早强剂有三乙醇胺、三异丙醇胺、甲酸钙、草酸锂等；缓凝剂为木质素磺酸盐、羟基羧酸及其盐，多元醇及其衍生物，糖类及碳水化合物，硼砂，磷酸盐和偏磷酸盐(如硼酸、糖钙、柠檬酸、酒石酸、多聚磷酸钠)的一种或多种复合而成的混合物。为消除由于水泥乳化浙青砂浆中水泥水化，Ca2+、Mg2+等离子浓度升高带来的的负面影响，使砂浆具有较好的工作性能。本发明提供的稳定剂中，所采用的螯合剂为氨基三甲叉膦酸(ATMP)、羟基乙叉二膦酸(HEDP)、己二胺四甲叉膦酸(HDTMPA)、二乙烯三胺五甲叉膦酸(DTPMP)、乙二胺四甲叉膦酸(EDTMPA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙烯三胺五甲基膦酸钠、羟基乙叉二膦酸四钠、氨基三甲叉膦酸四钠一种或多种复合而成的混合物，优选掺量为0.05 0.5 份。为了确保水泥乳化浙青砂浆中气泡能够均匀稳定地存在，使砂浆具有较好的稳定性，在本发明提供的稳定剂中，所采用的引气剂为松香树脂类、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇类、木质素磺酸盐类等，具体为松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸钠、烷基磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、高级脂肪醇衍生物、烷基酚环氧乙烷缩合物、三萜皂甙、木质素磺酸钙等的一种或多种复合而成，优选掺量为0.05^2份。在水泥乳化 浙青砂浆的制备和施工过程中，高速剪切搅拌或泵送等工艺，极易导致水泥乳化浙青砂浆不稳定，如乳化浙青易破乳、气泡上浮、工作性变化较大等问题，为改善砂浆的耐机械剪切搅拌能力，在本发明提供的流变剂为六偏磷酸钠、蒙脱石、偏高岭土等无机盐类物质的一种或多种复合而成，优选掺量一般为0.f 12%。由于这类无机盐类物质，具有较好的空间结构稳定性，能够显著提高水泥乳化浙青砂浆的稳定性能，对砂浆的屈服粘度影响很小，不会造成砂浆的工作性能的显著变化，使砂浆耐机械剪切搅拌能力显著提闻。在本发明提供的稳定剂中，所采用的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、铬络合物及其它高级脂肪酸、醇、酯的偶联剂中的一种或多种复合而成，优选掺量为(Γ2份。偶联剂的加入，在不影响砂浆工作性能和物理性能的条件下，能够改善砂浆内部的有机材料(乳化浙青颗粒)和无机材料(水泥水化产物、砂子、水泥颗粒等)之间的内聚力，显著提高砂浆的韧性，提高砂浆与混凝土界面之间的粘结能力。本发明的目的还在于提供上述稳定剂的制备方法。该制备方法包括:按稳定剂的组成配比，准确称量各组成物质的质量；然后将计量好的流变剂、偶联剂、引气剂、螯合齐U、调凝剂，依次加入高速混合机中，开启搅拌机，搅拌速度为60(T800rad/min，高速分散3飞min;最后将混匀的材料出机，密封装袋即为成品；专用稳定剂应放在阴凉处存储。本发明提供的稳定剂生产过程简单，不需大型工业设备，生产过程无污染，质量易于控制。采用本发明提供的板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆专用稳定剂生产的水泥乳化浙青砂浆，具有较好的拌合效果，相容性好、稳定性强，不影响水泥水化速度，且配制的砂浆能在较长的时间内保持良好的流动性能；同时，本发明提供的稳定剂的制备方法通过对水泥乳化浙青砂浆粘度、稠度、和易性、内聚力、稳定性等方面的控制，提高了水泥乳化浙青砂浆整体稳定性。且采用本发明板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆专用稳定剂生产的水泥乳化浙青砂浆性能指标满足《客运专线铁路CRTS II型板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆暂行技术条件》或《客运专线铁路CRTSI型板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆暂行技术条件》(科技基[2008]74号)，或者相应的国家标准和行业标准中的规定。采用该专用稳定剂后，水泥乳化浙青砂浆的温度适应能力、耐机械剪切搅拌能力和气泡稳定能力均得到了显著改善。砂浆可工作时间可控，能够较好地适应5°C至40°C环境条件下使用要求；经高速剪切搅拌IOmin后，砂浆的工作性能变化较小，流动度变化在6s以内，扩展度变化在IOmm以内，含气量变化在1.0%以内；硬化后砂浆断面基本无大气泡，气泡分布均匀，表面 无浮浆。且在保证水泥乳化浙青砂浆工作性能、物理力学性能的条件下，能够使砂浆的韧性(抗弯强度)提高15%以上，砂浆与混凝土间的界面粘结强度提高20%以上。本发明提供的板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆专用稳定剂，适用于高速铁路或城市轨道交通工程板式无砟轨道用水泥乳化浙青砂浆，能够确保水泥乳化浙青砂浆的性能和施工质量满足使用要求。
具体实施例方式以下通过具体实施例介绍本发明的实现和所具有的有益效果，但不应据此对本发明的实施范围构成任何限定。为了模拟实际施工中砂浆经受的不同温度环境，各例分别在低温(5°C)、常温(20°C)和高温(40°C)的环境下进行试验。水泥乳化浙青砂浆各原材料分别在不同环境温度条件下恒温24h，然后在规定温度下进行搅拌。为控制水泥乳化浙青砂浆在不同温度下均能达到标准所要求的工作性，在不同环境温度下，水泥乳化浙青砂浆的用水量和减水剂用量有适当的调整。表I中分别列出了在三种不同温度环境下，对比例水泥乳化浙青砂浆的配合比(未掺专用稳定剂水泥乳化浙青砂浆)。表I 水泥乳化浙青砂浆对比例的配合比[1]
权利要求
1.一种高速铁路或城市轨道交通工程板式无砟轨道用水泥乳化浙青砂浆的专用稳定齐U，其特征在于它包括如下组份:调凝剂(Γ5份，引气剂0.05^2份，螯合剂0.05、.5份，流变剂0.Γ12份，偶联剂(Γ2份，以上均按重量百分比计。
2.如权利要求1所述的稳定剂，其特征在于所采用的调凝剂由早强剂和缓凝剂组成，且应根据使用环境条件进行选取。
3.当环境温度为5°C 15°C时，调凝剂仅由早强剂组成，优选掺量为0.05飞份；当环境温度为15°C 30°C时，调凝剂掺量为零；当环境温度为30°C 40°C时，调凝剂仅由缓凝剂组成，优选掺量为0.05^5份。
4.如权利要求1和2所述的调凝剂，其特征在于它包括如下组份:早强剂为无机盐类、有机类缓凝剂中的一种或多种复合而成的混合物，无机盐类早强剂有氯盐、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐等，有机物类早强剂有三乙醇胺、三异丙醇胺、甲酸钙、草酸锂等；缓凝剂为木质素磺酸盐、羟基羧酸及其盐，多元醇及其衍生物，糖类及碳水化合物，硼砂，磷酸盐和偏磷酸盐(如硼酸、糖钙、柠檬酸、酒石酸、多聚磷酸钠)的一种或多种复合而成的混合物。
5.如权利要求1所述的稳定剂，其特征在于所采用的引气剂为松香树脂类、烷基苯磺酸盐类、脂肪醇类、木质素磺酸盐类等，具体为松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸钠、烷基磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、高级脂肪醇衍生物、烷基酚环氧乙烷缩合物、三萜皂甙、木质素磺酸钙等的一种或多种复合而成的混合物，优选掺量为0.05^2份。
6.如权利要求1所述的稳定剂，其特征在于所采用的螯合剂为氨基三甲叉膦酸(ATMP)、羟基乙叉二膦酸(HEDP)、己二胺四甲叉膦酸(HDTMPA)、二乙烯三胺五甲叉膦酸(DTPMP)、乙二胺四甲叉膦酸(EDTMPA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙烯三胺五甲基膦酸钠、羟基乙叉二膦酸四钠、氨基三甲叉膦酸四钠的一种或多种复合而成的混合物，优选掺量为0.05 0.5 份。
7.如权利要求1所述的稳定剂，其特征在于所采用的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、铬络合物及其它高级脂肪酸、醇、酯的偶联剂中的一种或多种复合而成的混合物，优选掺量为(Γ2份。
8.如权利要求1所述的稳定剂，其特征在于所采用的流变剂为六偏磷酸钠、蒙脱石、偏高岭土等无机盐类物质的一种或多种复合而成的混合物，优选掺量为0.f 12份。
9.如权利要求Γ7所述的水泥乳化浙青砂浆专用稳定剂的制备方法，其特征在于该制备方法包括:首先按稳定剂的组成配合比，准确称量各组成物质的质量；然后将计量好的流变剂、偶联剂、引气剂、螯合剂、调凝剂，依次加入高速混合机中，开启搅拌机，搅拌速度为60(T800rad/min,高速分散3 5min ;最后将混合均勻的材料,密封装袋即为成品；专用稳定剂应放在阴凉处存储。
10.如权利要求Γ7所述的水泥乳化浙青砂浆专用稳定剂的使用方法，其特征在于该使用方法包括:在制备水泥乳化浙青砂浆过程中，可将专用稳定剂中的每一组份分开逐一加入砂浆中，也可按权利8所述制成混合物成品加入到砂浆中；在配合比为干料15(Γ900份，乳化浙青100份，水10~90份，减水剂(Γ8份的水泥乳化浙青砂浆中，专用稳定剂的掺量优选为0.Γ12份，以上均按重量百分比计。
全文摘要
本发明涉及一种高速铁路或城市轨道交通工程板式无砟轨道用水泥乳化沥青砂浆的专用稳定剂，它包括如下组份调凝剂0~5份，引气剂0.05~2份，螯合剂0.05~0.5份，流变剂0.1~12份，偶联剂0~2份，以上均按重量百分比计。本专用稳定剂具有如下特征可明显提高水泥乳化沥青砂浆的温度适应能力、耐机械剪切搅拌能力和气泡稳定能力，从而降低水泥乳化沥青砂浆制备时对原材料的要求；同时在保证水泥乳化沥青砂浆工作性能、物理力学性能的条件下，能够使砂浆的韧性提高15%以上，砂浆与混凝土间的界面粘结强度提高20%以上，可明显提高水泥乳化沥青砂浆的抗裂性能及界面粘结性能。
文档编号C04B24/42GK103204646SQ20121001308
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月17日 优先权日2012年1月17日
发明者郑新国, 刘竞, 翁智财, 曾志, 谢永江, 李书明, 仲新华, 朱长华, 崔鑫 申请人:中国铁道科学研究院铁道建筑研究所