本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及高速铁路声屏障锚固用水泥基自愈复合材料及其制备方法。
背景技术：
高速铁路在运行过程中，车体内部、动力设备内部、轮轨之间以及车身与空气之间因摩擦而产生巨大的噪声，是对线路附近声波污染的主要来源。对此国内外最通行、最有效的处理办法，是在线路两侧安装声屏障进行半主动防治。声屏障通常沿铁路平行方向布置，具有一定强度与高度，紧靠线路噪声声源，具有阻抗消声的功能，是目前一般情况下阻隔、消减车辆运行噪声最有效的技术手段。铁路车辆运行过程中，特别是列车高速运行的客运专线铁路，时速高达300公里以上，其噪声分贝等级对周边环境产生严重影响
国内外研究结果表明，当列车以250km/h速度行驶时，列车风就会产生脉动力作用在声屏障上，声屏障结构就要考虑疲劳影响。因此，高速铁路声屏障结构及与桥梁合理的连接方式，解决高速铁路列车大密度、长期运行声屏障结构疲劳问题，成为高速铁路声屏障设计的关键。作用在高铁声屏障上的荷载主要包括结构自重、风荷载、列车风引起的脉动力，还要考虑地震等因素对结构的作用力。
声屏障立柱与基础的连接方式决定了声屏障结构整体的抗疲劳性能。国外初期建造的高速铁路声屏障，由于声屏障立柱与基础连接方式不合理，声屏障使用一段时间后，产生底板松动、立柱变形加大等现象，造成声屏障破坏，进而影响列车行车安全。
我国现有的高速铁路声屏障体系主要由声屏障吸隔声板、h型钢立柱组成，其声屏障吸隔声板由吸隔声混凝土或铝合金制成，h型钢立柱为型钢制作，存在耐久性差、易开裂、抗腐蚀性差、抗局部冲击荷载能力低、易折断、维护工作量大等问题。高速铁路声屏障安装主要有两种方法：方法一采用在梁上预埋“u”形螺栓，使用螺母将h型钢立柱连接于梁上，此法由于列车往复行进带来的震动和脉动风压、恶劣的室外环境，随着时间的推移，h型钢及螺栓螺母会逐渐锈蚀，连接会逐渐松动，存在安全隐患。方法二预先挖好桩基，在桩基内埋入钢筋网与h型钢立柱相连，采用工装调整好立柱位置后，浇筑混凝土或重力砂浆，此法由于混凝土和重力砂浆为脆性材料，抗拉强度低，长时间处于列车及环境带来的往复荷载条件下，易出现开裂破坏，存在很大的安全隐患。
技术实现要素：
本发明旨在解决现有技术存在的问题，提供高速铁路声屏障锚固用水泥基自愈复合材料，该复合材料强度高，具有自愈自修复功能，能有效解决混凝土早期塑形开裂及后期干缩开裂问题，具有优良的增强增增韧效果。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
高速铁路声屏障锚固用水泥基自愈复合材料，包括下述按百分比计的下述成分：硅酸盐水泥30％～55％，硫铝酸盐水泥或铝酸盐水泥10％～30％，矿物掺合料5％～10％，改性纤维0.3％～1％，减水剂0.1％～0.6％，防沉剂0.03％～0.12％，发泡剂0.01％～0.05％，混凝土膨胀剂3％～5％，消泡剂0.05％～0.1％，自修复组分：0.5％～2％，其余为石英砂，所述的自修复组分为速溶硅酸钠和硬脂酸铝的一种或两种。
所述速溶硅酸钠和硬脂酸铝合用时其使用比例为1∶1～1.5。
所述低碱硅酸盐水泥的碱含量小于或等于0.6％，铝酸三钙含量低于8％，且强度等级为不低于42.5。所述的矿物掺合料为硅粉。
所述的减水剂为氨基高效减水剂、聚羧酸高效减水剂的一种或两种。
所述的防沉剂为聚乙烯酯、羟丙基甲基纤维素醚、硅酸镁铝的一种或几种。
所述的改性纤维为改性pva纤维、pe纤维、改性聚丙烯纤维的任意一种，其长度为10～30mm。
所述的发泡剂为ac氮气发泡剂；所述的混凝土膨胀剂为uea型混凝土膨胀剂；所述的消泡剂为聚硅氧烷类消泡剂。
所述的石英砂大小为60～200目。
高速铁路声屏障锚固用水泥基自愈复合材料的制备方法，包括下述步骤：
(1)按配方量称取上述原料，备用；
(2)将步骤(1)称取的原料放入带高速旋转飞刀的无重力砂浆混料机里混合均匀，高速铁路声屏障锚固用水泥基自愈复合材料。
高速铁路声屏障锚固用水泥基自愈复合材料的使用方法，其特征在于：是将所述复合材料与水按1∶0.16～0.20的比称取复合材料和水，然后将水先加入搅拌容器中，采用电动搅拌机边搅拌边加复合材料，搅拌成均匀的浆体，搅拌3～5min后即可浇筑使用。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的复合材料特定的将入发泡剂和混凝土膨胀剂按特定成分特定组合，当复合材料为塑形浆体时，发泡剂在碱性条件下会产适量气体使浆体塑形膨胀，提高锚固料的填充密实度，避免塑形收缩开裂；混凝土膨胀剂与水泥中的铝酸三钙反应生成钙矾石，产生体积膨胀，减少混凝土后期干缩导致的开裂及混凝土早期塑形开裂问题；
在本发明特定的在组成成分中加入改性纤维，能进一步增强混凝土的抗拉和抗开裂性能，可以改善混凝土的抗干缩开裂性、抗冻融性能、抗疲劳破坏性能、抗冲击性能等，起到增强增韧的效果。
本发明中低碱硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥/铝酸盐水泥复合使用可以明显提高复合材料的早期强度。本发明中防沉剂和减水剂配合使用，可以保证复合材料在在大流动性状态下，不会出现浆体泌水、沉降等弊病，大大改善材料工作性能，在一定程度上提高复合材料的强度及长期性能。
本发明中纤维的改性能明显提高纤维与水泥的界面粘结强度。本发明采用速溶硅酸钠和/或硬脂酸铝作为自愈组分，能在复合材料出现开裂的情况下，自发与进入裂缝中的水、未完全水化的水泥进行反应，形成不溶性晶体封堵裂缝隔绝环境与内部钢筋和立柱接触，避免锈蚀，同时提高开裂复合材料的强度，起到自愈自修复功能。
2、本发明的可代替普通混凝土或重力砂浆用于高速铁路一体式声屏障与桥梁间的连接锚固作用，也可用于高速铁路栏杆与桥梁间的连接锚固。
附图说明
图1为疲劳加载条件下本发明实施例1-6与重力砂浆的裂纹发展情况图。
上述附图中的附图标记为：1实施例4裂纹发展情况、2实施例2裂纹发展情况、3实施例5裂纹发展情况、4实施例6裂纹发展情况、5实施例3裂纹发展情况、6实施例1裂纹发展情况、7重力砂浆的裂纹发展情况。
具体实施方式
下面结合具体实施方式详细说明本发明。
实施例1：
高速铁路声屏障锚固用水泥基自愈复合材料，由按下述百分比计的下述成分组成：
低碱硅酸盐水泥55％；硫铝酸盐水泥10％；硅粉5％；改性pva纤维1％；聚羧酸减水剂0.6％；羟丙基甲基纤维素醚0.12％；ac发泡剂0.01％；uea混凝土膨胀剂3％；聚硅氧烷消泡剂0.07％；速溶硅酸钠1％；硬脂酸铝1％；60～200目石英砂23.20％。
本实施例中，所述改性pva纤维的长度为10～15mm。
实施例2：
高速铁路声屏障锚固用水泥基自愈复合材料，由按下述百分比计的下述成分组成：低碱硅酸盐水泥30％；铝酸盐水泥30％；硅粉10％；改性pp纤维0.3％；聚羧酸减水剂0.1％；羟丙基甲基纤维素醚0.03％；ac发泡剂0.05％；uea混凝土膨胀剂3％；聚硅氧烷消泡剂0.05％，速溶硅酸钠0.5％；硬脂酸铝0.5％；60～200目石英砂25.47％。
本实施例中，所述改性pp纤维的长度为13～18mm。
实施例3
高速铁路声屏障锚固用水泥基自愈复合材料，由下述按百分比计的下述成分组成：低碱硅酸盐水泥45％，硫铝酸盐水泥15％，硅粉5％，改性pp纤维1％，氨基高效减水剂0.6％，硅酸镁铝0.12％，ac氮气发泡剂0.05％，uea型混凝土膨胀剂5％，聚硅氧烷类消泡剂0.1％，自修复组分0.5％，60～200目石英砂27.63％，所述的自修复组分为速溶硅酸钠。
本实施例中，所述改性pp纤维长度为20～30mm。
实施例4
高速铁路声屏障锚固用水泥基自愈复合材料，低碱硅酸盐水泥45％，硫铝酸盐水泥10％，硅粉10％，改性pp纤维0.5％，氨基高效减水剂0.5％，羟丙基甲基纤维素醚0.08％，ac氮气发泡剂0.02％，uea型混凝土膨胀剂4％，聚硅氧烷类消泡剂0.1％，自修复组分1.5％，60～200目石英砂28.3％，所述的自修复组分为速溶硅酸钠。
实施例5
高速铁路声屏障锚固用水泥基自愈复合材料，低碱硅酸盐水泥50％，硫铝酸盐水泥10％，硅粉7％，改性纤维0.6％，减水剂0.4％，防沉剂0.05％，发泡剂0.05％，混凝土膨胀剂5％，消泡剂0.1％，速溶硅酸钠0.8％，硬脂酸铝1.2％，60～200目石英砂24.80％。
本实施例中，所述改性纤维为改性pva纤维，其长度为18～25mm。
所述的减水剂为氨基高效减水剂、聚羧酸高效减水剂的混合；其混合比例为3∶7
所述的防沉剂为聚乙烯酯、羟丙基甲基纤维素醚、硅酸镁铝的混合，其混合比例为1∶3∶6。
实施例6
高速铁路声屏障锚固用水泥基自愈复合材料，低碱硅酸盐水泥45％，硫铝酸盐水泥13％，硅粉7％，改性纤维0.9％，聚羧酸高效减水剂0.5％，防沉剂0.07％，发泡剂0.02％，混凝土膨胀剂3％，消泡剂0.08％，速溶硅酸钠0.7％，硬脂酸铝0.7％，60～200目石英砂29.03％。
本实施例中，所述改性纤维为改性pp纤维，其长度为10～20mm。
所述的防沉剂为羟丙基甲基纤维素醚、硅酸镁铝的混合，其混合比例为2∶8。
实施例7
本实施例进一步提供一种实施例1～6的高速铁路声屏障锚固用水泥基自愈复合材料的制备方法，其步骤为(1)按配方量称取上述原料，备用；
(2)将步骤(1)称取的原料放入带高速旋转飞刀的无重力砂浆混料机里混合均匀，高速铁路声屏障锚固用水泥基自愈复合材料。
本发明的复合材料使用时，按照复合材料：水＝1∶0.16～0.20的比例配制浆料，配置浆料时加料顺序为：将水先加入搅拌容器中，采用电动搅拌机边搅拌边加复合材料，搅拌成均匀的浆体，搅拌时间约为3～5min即可浇筑使用。
本发明的上述实施例1～7中，所述低碱硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥及铝酸盐的强度等级为不低于42.5，所述低碱硅酸盐水泥的碱含量小于或等于0.6％，铝酸三钙含量低于8％。
检测本发明实施例1-6流动度、劈裂抗拉强度、抗冲击性次数(落锤式冲击)、抗渗性及第二次抗渗压力并统计在下表1中，同时检测现有重力砂浆的上述能统计在下表1中；
表1：本发明实施例1-6与重力砂浆性能对比数据
根据表1性能数据制作疲劳加载条件下本发明实施例1-6与重力砂浆的裂纹发展情况图，结果如图1所示；
由表1及图1结果可以看出，本发明制得的高速铁路声屏障锚固用水泥基自愈复合材料与传统重力砂浆相比，具有更优的抗拉强度(抗开裂性能)、抗疲劳性能、抗冲击强度以及裂缝自修复功能(二次抗渗压力)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。