本发明专利涉及技术领域为无砟轨道路基病害整治技术领域，具体涉及一种用于高速铁路无砟轨道路基冒浆整治的注浆材料及其工艺。
背景技术：
基床是路基结构中承受列车动力荷载、气候和环境（雨水、地表水、冻融）影响最大的区域，是路基重要的组成部分。基床冒浆一直是铁路路基的主要病害之一，其会引起路基结构不均匀下沉，导致轨道结构不均匀变形，进而造成轨面状态严重不良，增加线路维修工作量，影响列车的正常运行，严重时危及列车运行安全。随着我国高速铁路建设的兴起，大量的无砟轨道投入运营，无砟轨道路基冒浆病害逐渐出现，尤其在我国南方地区，单元板式无砟轨道结构路基冒浆病害尤其严重。当动车通过时部分地段的混凝土底座板与基床级配碎石表层结合部有浆状物被挤出，且雨天尤为明显，甚至个别钢筋混凝土底座板局部有吊空现象。
国内外就无砟轨道冒浆的整治技术开展了相关研究，由于无砟道床为混凝土结构，整治方法多采用伸缩缝封闭、线间排水和层间注浆等多种方法结合。其中，层间注浆是解决道床与路基层间积水冒浆，恢复无砟轨道承载力和线路平顺性的最直接有效的手段。层间注浆是通过压力注浆的方式，将注浆材料注射至道床与路基间离缝、空洞处，将内部积水排出，注浆材料固化后将离缝、空洞处修补填充，恢复冒浆处的无砟轨道路基承载功能。目前，针对高速铁路无砟轨道路基冒浆整治的专用注浆材料较少，现有的注浆材料在使用过程中存在较多问题，如低粘度的环氧树脂类的注浆材料固化速度较慢，不适用于天窗期快速修补要求；聚氨酯类的注浆材料遇水会发泡，在潮湿或含水环境下固化性能不稳定；丙烯酸类的注浆材料需预先搅拌混合后再进行灌注，材料固化时间和可操作时间难于控制，不便于注浆等。而且，无砟轨道路基层间灌注效果的长效性较差，一般情况下整治一年后，注浆材料会出现劣化情况，包括离缝、开裂、粉化等，导致整治失效，整治区段出现二次冒浆。中国发明专利cn104448207.a公开了一种可用于整治板式无砟轨道翻浆冒泥的注浆材料及其制备方法和使用方法，该发明专利主要涉及无砟轨道翻浆冒泥注浆整治的聚氨酯类注浆材料、制备方法及使用方法，该专利涉及的注浆方式和注浆材料较为单一，注浆材料选择高分子材料成本较高，耐久性较差，而且单一材料受环境、施工等因素影响较大，特别的在潮湿环境下聚氨酯材料遇水发生反应后发泡导致无砟轨道线路被抬升，影响无砟轨道结构平顺性。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供了一种可灌性良好、特别在潮湿有水环境下具有良好的稳定性，具有良好的耐久性和柔韧性，成本低，可作为用于高速铁路无砟轨道路基冒浆整治的注浆材料，并提供该注浆材料的生产工艺和制备方法。
本发明的技术方案：为了实现以上目的，本发明提供了一种用于高速铁路无砟轨道路基冒浆整治的注浆材料，该注浆材料由干料和液料两部分组成，其中干料由下列重量分数的原料组成：
胶凝材料组分100份
膨胀组分5-20份
抗分散组分0.1-5份
骨料组分80-130份
增韧组分0.1-2份
凝结调节组分0.01-2份
液料由下列重量分数的原料组成：
聚合物乳液100份
减水剂0.5-2份
消泡剂0.1-1份
引气剂0.01-0.5份
水50-300份
上述干料和液料的质量比为：100∶10-50，所述胶凝材料组分为水泥与辅助胶凝材料的混合物，其中水泥20-90份，辅助胶凝材料10-80份。
上述水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、高铝水泥、抗硫酸盐水泥中一种或两种以上的混合物，所述辅助胶凝材料为粉煤灰、矿粉、硅灰、偏高岭土、石灰石粉、钢渣粉、磷渣粉、锂渣粉、硅微粉中的一种或两种以上的混合物。
上述膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂、氧化镁膨胀剂、氧化钙膨胀剂中的一种或多种与铝粉的混合物。
上述抗分散组分为聚丙烯酰胺、甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚、聚丙烯酰胺系、纤维素系、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铝、磺化聚乙烯苯中的一种或两种以上的混合物。
上述骨料组分为石英砂、河砂、机制砂、尾砂中的一种或两种以上的混合物。
上述骨料组分的最大粒径不超过20目。
上述增韧组分为聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯晴纤维、玻璃纤维中的一种或两种以上的混合物。
上述凝结调节组分为缓凝剂与促硬剂的混合物，其中缓凝剂为柠檬酸、酒石酸、糖钙、葡萄糖酸盐、磷酸盐、木质磺酸盐中的一种或两种以上的混合物，促硬剂为硫酸钠、碳酸锂、草酸锂、亚硝酸钠、甲酸钙、三乙醇胺、硝酸钙中的一种或两种以上的混合物。
上述聚合物乳液为苯丙乳液、丁苯胶乳、聚丙烯酸酯乳液、聚醋酸乙烯-乙烯酯共聚乳液、氯丁乳液、聚乙酸乙烯酯乳液中的一种或两种以上的混合物。
上述减水剂为聚羧酸系高效减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂中的一种或两种以上的混合物。
上述消泡剂为有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂、脂肪酸类消泡剂中的一种或两种以上的混合物。
上述引气剂为符合gb/t8076规定的引气剂。
上述用于高速铁路无砟轨道路基冒浆整治的注浆材料的生产工艺为：在干料混合机中依次加入骨料组分、胶凝材料组分、增韧组分、膨胀组分、抗分散组分、凝结调节组分，搅拌均匀后出料包装，制得干料组分；在液料混合机中依次加入聚合物乳液、水、减水剂、消泡剂并搅拌均匀，再加入引气剂搅拌均匀后出料包装，制得液料组分。
上述用于高速铁路无砟轨道路基冒浆整治的注浆材料的制备方法为：向搅拌机中依次加入经过计量的液料和干料，边加边搅，加料完成后持续搅拌2-5分钟至搅拌均匀，即可制得注浆材料。
本发明的工作机理：
（1）本发明的注浆材料以无机水泥基材料为主体，确保了注浆材料具有良好的耐久性，同时具有较低的成本，通过聚合物组分的引入，提高了注浆材料的柔韧性，使其兼具水泥基材料的耐久性和聚合物的高韧性；
（2）本发明创造性的在注浆材料中引入抗分散组分，通过抗分散组分的引入，当注浆材料注入有积水的基床表层间隙时，不仅能将积水很好的挤出，而且注浆材料自身仍能保持较好的粘聚性，确保注浆材料在积水条件下仍能保持良好的性能；
（3）本发明在注浆材料中引入增韧组分，通过增韧组分的引入，结合聚合物乳液的作用，确保注浆材料硬化后，在高速铁路动荷载的高频疲劳作用下，仍能保持良好的整体性和抗裂性；
（4）本发明通过凝结调节组分的匹配，可以实现注浆凝结时间的可调，使其既可以具有一定的可工作时间，同时具有较高的早期强度，特别适用于运营期无砟轨道天窗期的快速维修；
（5）本发明通过铝粉膨胀剂和硫铝酸钙膨胀剂、氧化镁膨胀剂、氧化钙膨胀剂中的一种或几种的复配，通过塑性阶段铝粉发气来实现注浆材料在塑性阶段的膨胀性，保证灌注的饱满性；通过硫铝酸钙膨胀剂、氧化镁膨胀剂、氧化钙膨胀剂等来实现砂浆在硬化阶段的膨胀性，实现了注浆材料在塑性-硬化全阶段的膨胀剂，从而实现了注浆材料的低收缩微膨胀特性。
本发明的有益效果：本发明提供的一种高速铁路无砟轨道路基冒浆整治的注浆材料，经过大量试验研究，该注浆材料的各组分配比科学合理，该注浆材料具有以下优异的性能：
（1）可灌性好，具有较好的流动性，可以注入到底座板与基床表层的细小缝隙中，确保灌注饱满；
（2）具有良好的环境适应性，在潮湿或积水环境下，能正常固化，性能不受影响，且遇水不会发泡，不影响轨道结构平顺性；
（3）具有良好的抗分散性，注入有积水的基床表层间隙时，不仅能将积水很好的挤出，而且注浆材料自身仍能保持较好的粘聚性；
（4）韧性高、抗裂性好、耐久性优异，可满足高速铁路高耐久性的需要；
（5）早期强度高，2h强度可满足天窗时间内完成冒浆整治的需要；
（6）体积稳定性高，收缩小，注浆材料硬化后不会产生二次离缝；
（7）双组份材料，不用现场加水，便于质量控制；
（8）材料适应性好，制备方法简单，对施工设备要求低；
（9）成本较低，可用于工程大规模施工。
具体实施方式：
下面以实施例说明具体实施方式，这些实施例仅限于解释说明本发明，而不限定本发明的范围。
下述实施例中的试验方法，如无特殊说明，均为常规试验方法。下述实施例中所用的原材料，如无特殊说明，均为市售产品。
本发明所述的用于高速铁路无砟轨道路基冒浆整治的注浆材料的生产工艺为：在干料混合机中依次加入骨料组分、胶凝材料组分、增韧组分、膨胀组分、抗分散组分、凝结调节组分，搅拌均匀后出料包装，制得干料组分；在液料混合机中依次加入聚合物乳液、水、减水剂、消泡剂并搅拌均匀，再加入引气剂搅拌均匀后出料包装，制得液料组分。
本发明所述的用于高速铁路无砟轨道路基冒浆整治的注浆材料的制备方法为：向搅拌机中依次加入经过计量的液料和干料，边加边搅，加料完成后持续搅拌2-5分钟至搅拌均匀，即可制得注浆材料。
实施例1
注浆材料的组成：
干料由下列重量分数的原料组成：
胶凝材料组分：普通硅酸盐水泥90份，粉煤灰10份；
膨胀组分：铝粉0.02份，硫铝酸钙膨胀剂10份；
抗分散组分：甲基纤维素醚1份；
骨料组分：石英砂130份；
增韧组分：聚丙烯纤维0.5份；
凝结调节组分：硫酸钠1份，柠檬酸0.01份。
液料由下列重量分数的原料组成：
聚丙烯酸酯乳液：100份；
聚羧酸减水剂：1份；
聚醚消泡剂：1份；
引气剂：0.1份；
水：120份。
干料和液料的质量比为：100∶30。
该注浆材料的主要性能见表1。
实施例2
注浆材料的组成：
干料由下列重量分数的原料组成：
胶凝材料组分：普通硅酸盐水泥30份，硫铝酸盐水泥20份，石灰石粉20份，硅灰5份，矿粉25份；
膨胀组分：铝粉0.05份，氧化镁膨胀剂19.95份；
抗分散组分：聚丙烯酰胺0.5份，聚合氯化铝2份；
骨料组分：河砂120份；
增韧组分：聚乙烯纤维0.1份；
凝结调节组分：甲酸钙1.9份，酒石酸0.1份。
液料由下列重量分数的原料组成：
苯丙乳液：100份；
萘系高效减水剂：2份；
有机硅消泡剂：1份；
引气剂：0.2份；
水：300份。
干料和液料的质量比为：100∶10。
该注浆材料的主要性能见表1。
实施例3
注浆材料的组成：
干料由下列重量分数的原料组成：
胶凝材料组分：硫铝酸盐水泥81份，硅微粉15份，硅灰4份；
膨胀组分：铝粉0.1份，氧化钙膨胀剂4.9份；
抗分散组分：羟丙基甲基纤维素醚5份；
骨料组分：机制砂80份；
增韧组分：聚乙烯醇纤维2份；
凝结调节组分：碳酸锂0.1份，葡萄糖酸盐1.9份。
液料由下列重量分数的原料组成：
聚醋酸乙烯-乙烯酯共聚乳液80份，丁苯乳胶20份；
聚羧酸减水剂：0.5份；
脂肪酸消泡剂：1份；
引气剂：0.05份；
水：50份。
干料和液料的质量比为：100∶50。
该注浆材料的主要性能见表1。
实施例4
注浆材料的组成：
干料由下列重量分数的原料组成：
胶凝材料组分：硫铝酸盐水泥70份，粉煤灰10份，矿粉20份；
膨胀组分：铝粉0.01份，硫铝酸钙膨胀剂15份；
抗分散组分：甲基纤维素醚2份，羟丙基甲基纤维素醚1份；
骨料组分：尾砂100份；
增韧组分：聚丙烯晴纤维0.5份，玻璃纤维1.5份；
凝结调节组分：草酸锂1份，甲酸钙0.5份，糖钙0.2份，柠檬酸0.3份。
液料由下列重量分数的原料组成：
聚乙酸乙酯乳液60份，氯丁乳液40份；
三聚氰胺系高效减水剂1份；
脂肪酸消泡剂1份；
引气剂0.01份；
水110份。
干料和液料的质量比为：100∶35。
该注浆材料的主要性能见表1。
实施例5
注浆材料的组成：
干料由下列重量分数的原料组成：
胶凝材料组分：普通硅酸盐水泥20份，偏高岭土10份，粉煤灰10份，钢渣粉15份，矿粉15份，锂渣粉10份，硅微粉20份；
膨胀组分：铝粉0.05份，氧化钙膨胀剂10份；
抗分散组分：聚丙烯酰胺0.1份；
骨料组分：石英砂90份；
增韧组分：聚乙烯醇纤维1份；
凝结调节组分：硫酸钠1份，碳酸锂0.5份，柠檬酸0.2份，酒石酸0.5份。
液料由下列重量分数的原料组成：
聚醋酸乙烯-乙烯酯共聚乳液100份；
聚羧酸减水剂1份；
有机硅消泡剂0.2份；
引气剂0.5份；
水80份。
干料和液料的质量比为：100∶21。
该注浆材料的主要性能见表1。
实施例6
注浆材料的组成：
干料由下列重量分数的原料组成：
胶凝材料组分：普通硅酸盐水泥30份，高铝水泥30份，抗硫酸盐水泥20份，矿粉20份；
膨胀组分：铝粉0.02份，硫铝酸钙膨胀剂4.98份；
抗分散组分：羟丙基甲基纤维素醚2份；
骨料组分：石英砂110份；
增韧组分：玻璃纤维2份；
凝结调节组分：草酸钙1份，木质磺酸盐0.5份。
液料由下列重量分数的原料组成：
苯丙乳液80份，丁苯乳胶20份；
氨基磺酸盐高效减水剂1份；
有机硅消泡剂0.2份；
引气剂0.08份；
水240份。
干料和液料的质量比为：100∶15。
该注浆材料的主要性能见表1。
表1实施例注浆材料性能
由表1可知，本发明提出的注浆材料具有良好的工作性能和早期强度，微膨胀，无收缩，粘结强度高，抗疲劳性和耐久性好，可用于无砟轨道路基冒浆整治。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。