专利名称：板式无砟轨道充填层快速抢修砂浆及其制备方法和使用方法
技术领域：
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种板式无砟轨道充填层快速抢修砂浆及其制备方法和使用方法。
背景技术：
板式无砟轨道是高速铁路无砟轨道的主要结构形式之一，其特点是在路基上铺设混凝土底座，在底座上放置预制的轨道板，两者之间预留3 5cm的空隙，灌注水泥乳化浙青砂浆，固化后形成均匀的兼具刚性和弹性的充填垫层。在板式无砟轨道结构中，相对于高强度的混凝土轨道板与混凝土底座，作为充填层的水泥乳化浙青砂浆成为结构中的薄弱环节。近几年，板式无砟轨道在我国大规模工程应用，随着运营时间的推移，轨道结构和砂浆充填层难免会发生变化或破损，为了确保轨道的寿命和行车的安全，必须适时的对其进行维护和维修。现有技术对砂浆的边角破损和较小离缝情况取得了较好的维修效果，但材料价格相对较高。另外，针对路基沉降原因造成的连续几块或者几十块板与砂浆较大离缝或突发事件导致充填层砂浆需要再次灌注施工并尽快恢复通车运营的情况，则没有相应的抢修材料。
发明内容
为了解决在4小时天窗期内快速抢修运营中的板式无砟轨道充填层，尽快实现通车运营，本发明的第一个目的是提供一种板式无砟轨道充填层快速抢修砂浆，该砂浆可以满足不同温度下施工的要求，小时强度高、流动性高、充填饱满，砂浆均质不分层离析泌水，力学性能和耐久性能与原充填层砂浆相`匹配，而且施工工艺简单，成本低，原材料来源不受限制。本发明的第二个目的是提供一种上述板式无砟轨道充填层快速抢修砂浆的制备方法。本发明的第三个目的是提供一种上述板式无砟轨道充填层快速抢修砂浆的使用方法。用于实现上述目的的技术方案如下:一种无砟轨道充填层快速抢修砂浆，按质量份数计，所述无砟轨道充填层快速抢修砂衆包括:水泥0.95 0.99份；混合材0.01 0.05份(水泥与混合材总和为I份，其他材料质量份数为:与二者之和比值。文中其他处不再注明)；聚合物乳液0.35 1.4份；砂1.5 2份；水O 0.3份;消泡剂0.0004 0.01份；发气剂0.0001 0.003份；引气剂0.0005 0.01份；调凝剂0.001 0.005份；减水剂O 0.02份；流变改性剂O 0.001份；其中，所述水泥为快硬硫铝酸盐水泥；
优选地，按质量份数计，所述无砟轨道充填层快速抢修砂浆包括:水泥0.97 0.99份；混合材0.01 0.03份；聚合物乳液0.40 1.4份；砂1.5 2份;水0 0.25份;消泡剂0.0004 0.005份;发气剂0.0001 0.001份;引气剂
0.0005 0.01份；调凝剂0.001 0.003份；减水剂O 0.01份；流变改性剂O 0.0008
份；其中，所述水泥为快硬硫铝酸盐水泥。在本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆中，所述聚合物乳液选自乳化浙青、丁苯乳液、羧基丁苯乳液、苯丙乳液、改性丙烯酸树脂乳液、乙烯/醋酸乙烯共聚物乳液和氯丁乳液中一种或多种。聚合物乳液可以减少拌和用水量，从而提高砂浆的耐水性、抗冻性、耐候性和抗疲劳性能。其中，按质量份数计，所述乳化浙青包含:浙青58 63份；水37 42份；乳化剂
1.00 3.00份；稳定剂0.20 3.00份；pH值调节剂0.00 1.00份；增稠剂0.10 1.0份。所述乳化剂是把阳离子型乳化剂、阴离子型乳化剂、非离子型乳化剂中的一种以上复合在一起，呈现慢裂属性的乳化剂复合物。乳化剂是把浙青制备成乳化浙青并赋予乳化浙青性能的关键组分。所述阳离子型乳化剂选自烷基胺、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多种；所述阴离子乳化剂选自硬脂酰酸盐类、烷基硫酸盐类、烷基醚羧酸盐类、烷基磷酸盐类、烷基苯磺酸盐类和烷基磺酸盐类中的一种或多种；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多种。所述稳定剂为无 机盐 类，例如盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐、硅酸盐、碳酸盐和硫氰酸盐中的一种或多种，优选为氯化钙、氯化铵、氯化钠和硫酸钠中的一种或多种。稳定剂通过调节浙青颗粒周围的双电层的离子电位差，增加相互之间的排斥力，增强乳化浙青的稳定性。所述pH值调节剂可以为酸和/或碱，所述酸为无机酸和/或有机酸，如盐酸、醋酸、脂肪酸和水杨酸中的一种或多种；所述碱为氢氧化钾和/或氢氧化钠。PH值调节剂通过调节乳液的酸碱度，来调节乳化剂溶液的离子性、离子强度和乳化效果，对于制备此专用乳化浙青具有重要作用。所述增稠剂可以是天然和/或合成化合物，例如淀粉、明胶、胺类、聚乙烯醇、纤维素、聚丙烯酸盐、聚醚型和聚氨酯型增稠剂中的一种或多种。增稠剂加入乳液中会形成胶体溶液，使体系的粘度上升，减缓了浙青颗粒的聚集速度，并能在浙青颗粒周围形成保护膜，由于空间位阻效应使浙青颗粒处于良好的分散状态。在本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆中，所述水泥选自早强硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥和双快水泥中的一种或多种，优选为快硬硫铝酸盐水泥。在本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆中，所述调凝剂包含促凝剂和缓凝剂；在本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆中，所述调凝剂选自亚硝酸钠、硫酸铝、硫酸钠、碳酸锂、酒石酸、硼酸、硼砂、柠檬酸和葡萄糖酸钠中的一种或多种。其中，亚硝酸钠、硫酸铝、硫酸钠、碳酸锂为促凝剂，保证砂浆早凝早强；其中，酒石酸、硼酸、硼砂、柠檬酸、葡萄糖酸钠为缓凝剂，调节可工作时间，满足不同温度施工要求。优选地，所述促凝剂选自亚硝酸钠、硫酸铝、硫酸钠和碳酸锂中的一种或多种；
优选地，所述促凝剂选自酒石酸、硼酸、硼砂、柠檬酸和葡萄糖酸钠中的一种或多种；所述乳化浙青的制备方法可以包括以下步骤:(I)将浙青加热到110 150。。；(2)将乳化剂和稳定剂加入到40 70°C的水中，加入pH调节剂调节溶液的pH值至pH2.5 3.0或pHll.0 12.0，搅拌溶解后，加入增稠剂，得到乳化液；(3)将乳化液与浙青在乳化机中混合，使浙青均匀分散在乳化液中，冷却后即可。在本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆中，所述混合材为水泥膨胀混合材；优选地，所述混合材选自硫铝酸钙熟料-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、明矾石类或石灰、明矾石复合类，粉煤灰混合材以及硫铝酸钙熟料-石灰石水泥膨胀混合材中的一种或多种。混合材是以硫铝酸盐系矿物为主体，并含有微量的高分子系列分散剂与无机盐类。通过试验检测市售产品发现，不同混合材所起到的效果接近，对产品性能的影响甚微，其作用是缓解砂浆的干燥收缩。在本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆中，所述砂选自河砂、海砂、山砂和机制硅砂中的一种或多种；优选地，所述砂的细度模数为1.4 1.8内，含泥量或石粉含量小于1%重量。在本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆中，所述消泡剂选自有机硅类、高级醇类、脂肪酸类和聚醚类中一种或多种，例如有机磷酸酯、有机硅树脂、改性有机硅树脂、二氧化硅与有机硅树脂配合物中的一种或多种。消泡剂的作用是消除由于搅拌在体系内产生的大气泡。在本发明所述的无 砟轨道充填层快速抢修砂浆中，所述引气剂选自松香及其热聚物类、烷基苯磺酸盐类、皂角苷类、脂肪酸及其盐类以及磺化木质素盐类中的一种或多种，例如松香酸钠、烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸和三萜皂甙中的一种或多种，优选为松香及热聚物类。引气剂的作用是向体系内引入均匀分布的微小气泡，提高砂浆的抗冻融能力，提高抗渗性和水密性，改善流动性和可灌性。在本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆中，所述发气剂为铝粉，优选为活性物含量在90%重量以上的铝粉；优选地，所述铝粉的细度为180 300目；优选地，所述铝粉的细度为220 250目。发气剂的作用是通过发气使砂浆具有一定的膨胀性，增加填充的密实度。在本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆中，所述减水剂为萘系和/或聚羧酸类。减水剂可减少拌合用水量，改善砂浆的流动性和匀质性；在本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆中，所述流变改性剂为纤维素、丙烯酸类、聚醚类和聚氨酯增稠剂中的一种或多种。流变改性剂不仅可以提高砂浆的拌和稳定性，同时赋予砂浆以触变性，在剪切作用下砂浆具有良好的流动性以灌注饱满，砂浆静置后粘度增加，防止泌水沉砂，提高砂浆的匀质性。本发明提供的无砟轨道充填层快速抢修砂浆的制备方法包括以下步骤:(I)向搅拌机内依次加入聚合物乳液、水、消泡剂、减水剂并搅拌混匀，搅拌速度为20 40rpm ；(2)加入砂并搅拌混勻，搅拌速度为60 80rpm ；
(3)依次加入水泥、混合材、调凝剂、流变改性剂和引气剂并搅拌混匀，搅拌速度为100 140rpm ；(4)灌注前10分钟加入发气剂并搅拌混匀，搅拌速度为100 140rpm ；(5)以100 140rpm的搅拌速度搅拌3 5分钟后将搅拌速度调整为20 40rpm继续搅拌I分钟。本发明提供的无砟轨道充填层快速抢修砂浆的使用方法包括以下步骤:(I)将轨道板抬高并固定；( 2 )留出注浆口和排气口 ；(3)将无砟轨道充填层快速抢修砂浆，从注浆口注入直至灌满；( 4 )待砂浆固化后，将轨道板复位。本发明的目的是针对目前没有板式无砟轨道充填层快速抢修材料的现状，研制出了一种新材料及其制备和使用方法，以满足运用板式无砟轨道技术的要求。该无砟轨道充填层快速抢修砂浆是根据充填层的性能特点和快速抢修、满足运营的要求，选用快凝快硬的水泥、调凝剂和聚合物乳液等组分，通过合理的配比和工艺，使砂浆具有较好的温度适应性和施工性，优良的耐久性和抗震动性能，成功达到维修效果。具体来说，本发明根据砂浆的特点和性能要求，选用聚合物乳液、减水剂、流变改性剂等组分,增加了与砂浆其他组分的相容性,并产生协同效应,形成水泥水化产物、砂、浙青、聚合物相互作用的均匀网络结构，赋予砂浆合适的强度和弹韧性、优良的温度适应性和施工性、优良的耐久性和抗震动疲劳性能，完全可以满足板式无砟轨道充填层快速抢修材料的工作需要。此外，选用发气剂保证了砂浆具有一定的膨胀率，实现砂浆灌注后填充饱满性。
具体实施例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试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆的制备工艺如下:①将聚合物乳液、水、消泡剂、减水剂依次加入砂浆搅拌机内，慢速搅拌，搅拌速度为 20 40rpm ；②加入砂，中速搅拌,搅拌速度为60 80rpm ；③依次加入水泥、混合材、调凝剂、流变改性剂、引气剂，快速搅拌，搅拌速度为100 140rpm ；④灌注前10分钟左右加入发气剂，快速搅拌，搅拌速度为100 140rpm ；⑤快速搅拌3 5分钟,然后开始慢速搅拌,搅拌速度为20 40rpm,进行性能试验。
本发明所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆的施工工艺:①将轨道板抬离到规定高度，用支撑螺栓固定；②支立模板或用封边带封边，留出注浆口和排气口 ；
③按规定的配合比、特定的搅拌车制备砂浆，性能测试合格后，从注浆口注入，直至灌满；④砂浆固化后，拆除支撑螺栓、模板或封边带，检查灌注饱满程度，如不饱满，应重新灌注；⑤砂浆侧面修正，清理施工现场。各实施例所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆的组成见下表I和2 (单位kg，砂浆总体积lm3)。表I
权利要求
1.一种无砟轨道充填层快速抢修砂浆，按质量份数计，所述无砟轨道充填层快速抢修砂浆包含: 水泥0.95 0.99份；混合材0.0l 0.05份；聚合物乳液0.35 1.4份；砂1.5 2份；水O 0.3份;消泡剂0.0004 0.01份；发气剂0.0001 0.003份；引气剂0.0005 0.01份；调凝剂0.001 0.005份；减水剂O 0.02份；流变改性剂O 0.001份；其中，所述水泥为快硬硫铝酸盐水泥； 优选地，按质量份数计，所述无砟轨道充填层快速抢修砂浆包括: 水泥0.97 0.99份；混合材0.01 0.03份；聚合物乳液0.40 1.4份；砂1.5 2份；水O 0.25份；消泡剂0.0004 0.005份；发气剂0.0001 0.001份；引气剂0.0005 0.01份；调凝剂0.001 0.003份；减水剂O 0.01份；流变改性剂O 0.0008份；其中，所述水泥为快硬硫铝酸盐水泥。
2.根据权利要求1所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆，其特征在于，所述聚合物乳液选自阳离子型乳化浙青、阴离子型乳化浙青、丁苯乳液、羧基丁苯乳液、苯丙乳液、改性丙烯酸树脂乳液、乙烯/醋酸乙烯共聚物乳液和氯丁乳液中一种或多种。
3.根据权利要求2所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆，其特征在于，按质量份数计，所述乳化浙青包含:浙青58 63份；水37 42份；乳化剂1.00 3.00份；稳定剂0.20 3.00份；pH值调节剂0.00 1.00份；增稠剂0.10 1.0份； 优选地，所述乳化剂是把阳离子型乳化剂、阴离子型乳化剂、非离子型乳化剂中的一种以上复合在一起，呈现慢裂属性的乳化剂复合物；更优选地，所述阳离子型乳化剂选自烷基胺、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多种；所述阴离子乳化剂选自硬脂酰酸盐类、烷基硫酸盐类、烷基醚羧酸盐类、烷基磷酸盐类、烷基苯磺酸盐类和烷基磺酸盐类中的一种或多种；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多种； 优选地，所述稳定剂为无机盐类，例如盐酸盐、硫酸盐、硝酸盐、硅酸盐、碳酸盐和硫氰酸盐中的一种或多种，优选为氯化钙、氯化铵、氯化钠和硫酸钠中的一种或多种； 优选地，所述pH值调节剂为酸和/或碱，所述酸为无机酸和/或有机酸，如盐酸、醋酸、脂肪酸和水杨酸中的一种或多种；所述碱为氢氧化钾和/或氢氧化钠； 优选地，所述增稠剂是天然和/或合成化合物，例如淀粉、明胶、胺类、聚乙烯醇、纤维素、聚丙烯酸盐、聚醚型和聚氨酯型增稠剂中的一种或多种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆，其特征在于，所述水泥选自早强硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥和双快水泥中的一种或多种，优选为快硬硫铝酸盐水泥。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆，其特征在于，所述调凝剂包含促凝剂和缓凝剂； 优选地，所述促凝剂选自亚硝酸钠、硫酸铝、硫酸钠和碳酸锂中的一种或多种； 优选地，所述促凝剂选自酒石酸、硼酸、硼砂、柠檬酸和葡萄糖酸钠中的一种或多种。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆，其特征在于，所述混合材为水泥膨胀混合材；优选地，所述混合材选自硫铝酸钙熟料-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、明矾石类或石灰、明矾石复合类，粉煤灰混合材以及硫铝酸钙熟料-石灰石水泥膨胀混合材中的一种或多种。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆，其特征在于，所述砂选自河砂、海砂、山砂和机制硅砂中的一种或多种；优选地，所述砂的细度模数为1.4 1.8内，含泥量或石粉含量小于1%重量。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆，其特征在于，所述消泡剂选自有机硅类、高级醇类、脂肪酸类和聚醚类中一种或多种，例如有机磷酸酯、有机硅树脂、改性有机硅树脂、二氧化硅与有机硅树脂配合物中的一种或多种。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆，其特征在于，所述引气剂选自松香及其热聚物类、烷基苯磺酸盐类、皂角苷类、脂肪酸及其盐类以及磺化木质素盐类中的一种或多种，例如松香酸钠、烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸和三萜皂甙中的一种或多种，优选为松香及热聚物类。
10.根据权利要求1至9中 任一项所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆，其特征在于，所述发气剂为铝粉，优选为活性物含量在90%重量以上的铝粉；优选地，所述铝粉的细度为180 300目；优选地，所述铝粉的细度为220 250目。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆，其特征在于，所述减水剂为萘系和/或聚羧酸类。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆，其特征在于，所述流变改性剂为纤维素、丙烯酸类、聚醚类和聚氨酯增稠剂中的一种或多种。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的的无砟轨道充填层快速抢修砂浆的制备方法，该制备方法包括以下步骤: (O向搅拌机内依次加入聚合物乳液、水、消泡剂、减水剂并搅拌混匀，搅拌速度为20 40rpm ； (2)加入砂并搅拌混勻,搅拌速度为60 80rpm； (3)依次加入水泥、混合材、调凝剂、流变改性剂和引气剂并搅拌混匀，搅拌速度为100 140rpm ； (4)灌注前10分钟加入发气剂并搅拌混匀，搅拌速度为100 140rpm； (5)以100 140rpm的搅拌速度搅拌3 5分钟后将搅拌速度调整为20 40rpm继续搅拌I分钟。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的无砟轨道充填层快速抢修砂浆的制备方法，该使用方法包括以下步骤: (1)将轨道板抬高并固定； (2)留出注浆口和排气口； (3)将无砟轨道充填层快速抢修砂浆，从注浆口注入直至灌满； (4)待砂浆固化后，将轨道板复位。
全文摘要
本发明提供一种板式无砟轨道充填层快速抢修砂浆及其制备方法和使用方法，按质量份数计，所述无砟轨道充填层快速抢修砂浆包括水泥0.95～0.99份；混合材0.01～0.05份；聚合物乳液0.35～1.4份；砂1.5～2份；水0～0.3份；消泡剂0.0004～0.01份；发气剂0.0001～0.003份；引气剂0.0005～0.01份；调凝剂0.001～0.005份；减水剂0～0.02份；流变改性剂0～0.001份；其中，所述水泥为快硬硫铝酸盐水泥。该砂浆可以满足不同温度下施工的要求，小时强度高、流动性高、充填饱满，砂浆均质不分层离析泌水，力学性能和耐久性能与原充填层砂浆相匹配，而且施工工艺简单，成本低，原材料来源不受限制。
文档编号C04B28/06GK103073253SQ201310028190
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者李海燕, 邵丕彦, 吴韶亮, 贾恒琼, 刘子科, 王涛, 魏曌 申请人:中国铁道科学研究院金属及化学研究所