专利名称：一种用于严寒地区板式无砟轨道的水泥乳化沥青砂浆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于严寒地区板式无砟轨道的水泥乳化浙青砂浆，具体涉及一种低温耐受性好、用于严寒地区高速铁路、客运专线、城市高速轻轨板式无砟轨道的水泥乳化浙青砂浆。
背景技术：
水泥乳化浙青砂浆垫层是板式无砟轨道结构的重要组成部分，主要功能是支撑、调整并提供弹韧性，其性能对轨道结构的平顺性、耐久性、列车运行的舒适性、安全性和运营维护成本有重大影响。因此，水泥乳化浙青砂浆的研究是板式无砟轨道的关键技术之一。国外水泥乳化浙青砂浆根据板式轨道结构和设计理念的不同，分成两种类型:一种是日本单元板用的CA砂衆(Cement Asphalt Mortar),另一种是德国博格板用的BZ砂衆(Bitumen Zement Mortar)。日本板式无砟轨道和CA砂浆的研发始于1965年，大范围推广应用始于1975年开通运营的山阳新干线西段，至今在新干线上铺设长度达2600km。在研发初期由于没有考虑抗冻性，在东北新干线使用时CA砂浆周边损坏较多。后来，对低温使用条件下CA砂浆劣化机理进行了大量的分析、研究，通过添加消泡剂、引气剂(AE剂)和聚合物乳液，提高了 CA砂浆的抗冻性，开发出了寒冷地区使用的CA砂浆配方。所以日本的CA砂浆针对温暖地区、寒冷地区有两个配方，分别称为A配合以及B配合，其适用范围见下表:
权利要求
1.一种水泥乳化浙青砂浆，按质量份数计，该水泥乳化浙青砂浆包含:乳化浙青110-160份，聚合物乳液10-30份，水泥90-100份，砂子150-250份，强度调节剂0-0.5份，膨胀剂0-10份，纤维0-1.0份，纤维素0-0.05份，铝粉0.004-0.015份，消泡剂0-0.1份，引气剂0-1.2份，水0-25份。
2.根据权利要求1所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，以质量份数计，所述乳化浙青包含:基质浙青或改性浙青55-65份；水35-45份；稳定剂0.1-1.0份；增稠剂0-1.0份；PH调节剂0-2.0份；界面改性剂0.1-1.5份；以及阳离子型乳化剂0.6-1.8份、非离子型乳化剂0.4-1.2份和任选的两性离子型乳化剂0-1.0份与矿物乳化剂0-0.6份，并且所述乳化剂总计1.0-4.0份。
3.根据权利要求2所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述基质浙青为50#-130#重交通道路石油浙青；优选地，所述基质浙青为70#-90#重交通道路石油浙青； 所述改性浙青选自天然橡胶改性浙青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性浙青、丁苯橡胶改性浙青、氯丁橡胶改性浙青、顺丁橡胶改性浙青和丁基橡胶改性浙青中的一种或几种；优选地，所述改性浙青为SBS改性浙青和/或丁苯橡胶改性浙青。
4.根据权利要求2或 3所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述阳离子乳化剂选自烷基胺、酰胺、咪唑啉、环氧乙烷二胺、胺化木质素和季铵盐中的一种或几种；所述非离子乳化剂选自聚氧乙烯型、多元醇型和聚醚型中的一种或几种；所述矿物乳化剂选自粘土、陶土、膨润土和石灰中的一种或几种；所述两性离子型乳化剂选自氨基酸型、羧酸基甜菜碱、磺基甜菜碱、磷酸脂甜菜碱、咪唑啉型中的一种或几种。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述稳定剂为无机盐类，如可溶性氯化物盐、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐和硅酸盐中的一种或几种，优选为氯化钙、氯化钠、氯化铵、硫酸钠和硅酸钠中的一种或几种。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述pH值调节剂为酸或碱； 其中，酸为无机酸和/或有机酸，例如盐酸、硫酸、硝酸、冰醋酸、柠檬酸、脂肪酸和水杨酸中的一种或几种；碱为强碱性物质和/或弱碱性物质，例如氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或几种。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述增稠剂是天然或合成的化合物，选自淀粉、明胶、胺类、聚乙烯醇、纤维素、聚丙烯酸盐、聚醚、聚氨酯和聚脲中的一种或几种。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述界面改性剂为聚氧乙烯醚、烷基胺与聚羧酸型高分子表面活性剂的混合物，其中根据使用条件的不同，以质量份数计，在界面改性剂中三种组分的比例为，聚氧乙烯醚占0-1份，烷基胺占0-0.5份，聚羧酸型高分子表面活性剂占1.0-2.5份。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述乳化浙青的制备方法包括以下步骤: (1)将基质浙青或改性浙青加热至熔融备用； (2)将乳化剂、增稠剂、稳定剂和界面改性剂加入到水中搅拌溶解，用pH调节剂调节溶解所得乳液的PH值至2-12;(3)将步骤(I)得到的基质浙青或改性浙青与步骤(2)得到的乳液混合乳化，即得乳化浙青；其中，优选采用乳化机进行混合乳化，所述乳化机的转速优选为10000±1000rpm。
10.根据权利要求9所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，在所述步骤(I)中，所述基质浙青加热至熔融的温度为110°C -140°c，优选为120°C -130°C;所述改性浙青加热至熔融的温度为 140°C -180°C，优选为 150°C -160°C ； 在所述步骤(2)中，所述水的温度为40°C _70°C，优选为55°C -65°C ;所述溶液调节pH值后的温度为50°C -60°C ； 在所述步骤(3)中，所述乳化浙青中的浙青颗粒粒径为Iym-Sym;优选为1.0 u m-2.5 u m ;优选地,所述乳化浙青经搅拌冷却至温度低于35°C后使用。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述水泥选自42.5及42.5以上等级的早强硅酸盐水泥，42.5及42.5以上等级普通硅酸盐水泥，42.5及42.5以上等级的矿渣水泥，42.5及42.5以上等级的粉煤灰水泥和42.5及42.5以上等级的快硬硫铝酸盐水泥中的一种或几种。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述砂子选自机制砂、山砂和细河砂中的一种或几种； 优选地，所述砂子的表观密度大于2.55g/cm3,含泥量小于2.0%,最大粒径小于2.36mm、95%以上能通过0.6mm方孔筛，细度模数在1.2 2.0内。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述膨胀剂选自硫铝酸钙-石灰石类、硅铝酸盐熟料-明矾石类、硅铝酸盐熟料-氧化铝类、铝酸钙类、明矾石类和石灰-明矾石复合类中的一种或几种。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述聚合物乳液选自橡胶乳液、改性丙烯 酸橡胶乳液、丁苯橡胶乳液、氯丁橡胶乳液、乙烯/醋酸乙烯共聚物乳液和苯丙橡胶乳液中的一种或几种。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述消泡剂选自有机硅树脂、改性有机硅树脂、有机磷酸酯、高级醇、乙二醇、聚乙二醇、二氧化硅与有机硅树脂配合物、聚丙二醇、丙二醇与环氧乙烷的加聚物和高级脂肪酸皂中的一种或几种。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述引气剂选自松香酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠和木质素磺酸钙中的一种或几种。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述强度调节剂选自柠檬酸、硼酸、硼砂、酒石酸、葡萄糖酸钠、甲酸钙、乙酸钙、亚硝酸钠、硫酸钠、碳酸锂、氯化钙、氯化钠、萘系、聚羧酸类和木质素磺酸盐中的一种或几种。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述纤维素选自甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、氰乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素和苯基纤维素中的一种或几种；优选为甲基纤维素和/或乙基纤维素。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述纤维选自聚丙稀纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维、玻璃纤维和矿物纤维中的一种或几种。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆，其特征在于，所述铝粉为表面裹覆硬脂酸的微细铝粉末； 优选地，所述铝粉为表面裹覆硬脂酸的细度为240-300目的铝粉末。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆的制备方法，该制备方法包括以下步骤: (1)在搅拌转速为30±5rpm的搅拌条件下，加入乳化浙青、聚合物乳液、消泡剂和水，搅拌30-60秒使液料混合均匀； (2)提高搅拌转速至80±5rpm，加入一部分水泥、膨胀剂、砂子以及与另一部分水泥预混的纤维、纤维素、铝粉和强度调节剂，最后加入引气剂，提高搅拌速度至115±10rpm再搅拌120-480秒，降低转速至30±5rpm，搅拌l_3min。
22.根据权利要求1至20中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆的制备方法，该制备方法包括以下步骤: (1)在搅拌转速为30±5rpm的搅拌条件下，加入乳化浙青、聚合物乳液、消泡剂和水，搅拌30-60秒使液料混合均匀； (2)提高转速至80±5rpm，加入由水泥、膨胀剂、砂子、纤维、纤维素、铝粉和强度调节剂等混合均勻预制而成的干料，最后加入引气剂，提高搅拌速度至115± IOrpm再搅拌120-480秒，降低转速至30±5rpm，搅 拌l_3min。
23.根据权利要求1至20中任一项所述的水泥乳化浙青砂浆的使用方法，该使用方法包括以下步骤: (1)将灌注袋固定安装在混凝土底座与轨道板之间的空隙内； (2)将水泥乳化浙青砂浆通过中 转罐经由灌注漏斗注入砂浆灌注袋中，砂浆应一次性连续流入灌注袋以防止产生气泡，开始时砂浆应缓慢灌注，随后加快灌注速度，当砂浆灌注超过灌注袋的三分之二时，则应逐步降低灌注速度以排除砂浆与轨道板之间的缝隙，直至灌注袋被砂浆充分填充，同时保证灌注袋排气口砂浆高度在30 cm以上，将灌注袋的灌注口、排气口用支架固定支撑； (3)灌注结束后，将灌注袋灌浆口与排气口余下的砂浆挤入灌注袋，挤压程度以确保砂浆充填饱满、砂浆垫层与轨道板边角密贴、离缝< 0.6 mm为准，同时将灌注口、排气口根部用卡子扎紧； (4)当水泥乳化浙青砂浆抗压强度大于0.1MPa后，将灌注口、排气口处砂浆沿灌注袋边缘切除，并将切口封闭。
全文摘要
本发明提供一种水泥乳化沥青砂浆及其制备方法。按质量份数计，该水泥乳化沥青砂浆包含乳化沥青110-160份，聚合物乳液10-30份，水泥90-100份，砂子150-250份，强度调节剂0-0.5份，膨胀剂0-10份，纤维0-1.0份，纤维素0-0.05份，铝粉0.004-0.015份，消泡剂0-0.1份，引气剂0-1.2份，水0-25份。该水泥乳化沥青砂浆低温耐受性好、适用于严寒地区高速铁路、客运专线、城市高速轻轨板式无砟轨道。
文档编号C04B24/36GK103073235SQ20121059133
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者李海燕, 吴韶亮, 邵丕彦, 贾恒琼, 李洪刚, 王涛, 魏曌, 刘子科 申请人:中国铁道科学研究院金属及化学研究所