一种CRSTII型板式无砟轨道的CA砂浆及其制作工艺的制作方法

文档序号：18840785发布日期：2019-10-09 06:59阅读：308来源：国知局

本发明涉及高速铁路建设工程材料的技术领域，具体而言，涉及一种crst板式无砟轨道的ca砂浆及其制备方法。

背景技术：

近几年中国高速铁路发展迅速，无砟轨道结构也得到了很大的应用，其中crtsii型板式无砟轨道系统吸收了轨枕埋入式无砟轨道整体性好和板式轨道制造、施工便利的优点，重视制造、铺设和测量精度，确保轨道结构的平顺性和稳定性，是其中重要的无砟轨道结构形式。ca砂浆作为高速铁路crtsii型无砟轨道的主要填充材料的重要组成部分，得到了广泛应用，如京津、京沪、沪杭等高速铁路。

在高速铁路crtsii型无砟轨道的运营管理过程中发现，现在的ca砂浆结构容易沁水，ca砂浆中各组分与水泥的相容性差导致ca砂浆结构品质不均一，稳定性差，而且现在的ca砂浆还容易出现板面收缩、体积沉降等问题，这样的无砟轨道中的ca砂浆结构容易出现伤损，主要体现在是出现裂缝、分层等现象，这些损伤给高速铁路运输带来了一定的风险。且现有的ca砂浆制作工艺容易出现泛浆现象，且流动性差，这也会影响ca砂浆结构品质的均一性，导致ca砂浆结构稳定性差，强度低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种crstii型板式无砟轨道的ca砂浆，此ca砂浆不易沁水，各组分相容性好，成品品质均一、稳定性好，不会出现板面收缩、体积沉降等现象，同时也不易出现裂缝、分层等现象。

本发明的另一目的在于提供一种crstii型板式无砟轨道的ca砂浆的制作工艺，避免出现泛浆现象，流动性好使得ca砂浆结构品质均一，保证ca砂浆结构的稳定性，强度高。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种crstii型板式无砟轨道的ca砂浆，包括如下含量的组分：水泥：40-55重量份，砂：36-47重量份，水：13-16重量份，改性沥青：11-28重量份，微纳米材料：6-13重量份，粉煤灰：2-7重量份，液体塑形膨胀剂：2.5-4重量份，木质纤维素：1-4重量份，高效减水剂：0.8-2重量份，高黏土：0.5-2重量份，增稠剂：0.05-0.1重量份，氧化钙熟料：0.2-0.68重量份，氧化镁：0.1-0.23重量份，糊精：0.02-0.08重量份，纤维素醚：0.01-0.04重量份，铝粉：0.01-0.03重量份，引气剂：0.001-0.005重量份，消泡剂：0.001-0.003重量份。

在一些可选的实施方案中，上述砂为石英砂、海沙和河砂中的一种或者两种以上任意比例混合的混合物。

在一些可选的实施方案中，上述微纳米材料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和纳米氧化锌的混合物，所述微纳米材料中各组分含量为：30-45重量份，纳米碳酸钙50-60重量份，纳米氧化锌5-10重量份。

在一些可选的实施方案中，上述液体塑形膨胀剂包括如下含量的组分：烯烃：10-40重量份，催化剂0.02-0.5重量份，水：40-100重量份，乳化剂：0.002-0.05重量份，分散剂：0.001-0.03重量份，氢氧化钠：0.03-0.2重量份。

在一些可选的实施方案中，上述高效减水剂的成分羧酸系或萘系高效减水剂或者两种按任意比例混合的混合物。

在一些可选的实施方案中，上述增稠剂为聚氨酯类增稠剂。

在一些可选的实施方案中，上述引气剂为松香类引气剂。

在一些可选的实施方案中，上述消泡剂为醇、脂类高分子复合物及其衍生物组成的表面活性剂。

本发明提出一种crstii型板式无砟轨道的ca砂浆的制作工艺包括如下步骤：

步骤1：将水泥、砂、微纳米材料、粉煤灰、木质纤维素、高黏土、氧化钙熟料、氧化镁、糊精和铝粉按比例均匀混合，制得ca砂浆干粉；

步骤2：向水中依次加入液体塑形膨胀剂、高效减水剂、增稠剂、纤维素醚、引气剂、消泡剂和改性沥青均匀搅拌，然后再加入步骤1制得的ca砂浆干粉，搅拌均匀即得到ca砂浆。

本发明实施例的一种crstii型板式无砟轨道的ca砂浆、一种crstii型板式无砟轨道的ca砂浆的制作工艺至少具有以下有益效果：

1、这样的ca砂浆中：改性沥青的耐候性能优异，耐高温、抗低温，且与水泥的相容性好，可以与水泥相容更加均匀，使得ca砂浆品质均一，提高ca砂浆的体积稳定性；微纳米材料可以把体系中松散的沥青、水化硅酸钙凝胶体系变成以纳米粒子为核心的网状结构，提高ca砂浆的联合度，提高ca砂浆的结构强度，同时提高ca砂浆的抗冻性性能；粉煤灰可以提高ca砂浆的流动性，减少砂浆的沁水，降低ca砂浆的分离度，使得ca砂浆的品质更加均匀，避免出现分层现象；液体塑形膨胀剂可以抑制ca砂浆浆体沉降导致的板面收缩、沥青聚集在表面起泡、起皮等问题，进一步保证ca砂浆的体积稳定；木质纤维素具有极强的交联功能，在与其他的材料混合后，纤维之间会交联成像毯子一样的结构，这样的结构具有极好的保水缓凝效果，同时还具有极好的粘结度；高效减水剂对水泥具有吸附分散性、润滑、润湿的作用，进一步确保ca砂浆品质均一，提高ca砂浆的体积稳定性；高黏土具有独特的三维空间链式结构，具有较强的胶体性和悬浮性，在工作介质中呈惰性，吸附力大，粘结力强，可以有效降低ca砂浆的分离度，避免出现裂缝、分层等现象；增稠剂可以抑制ca砂浆浆体沉降，同时增加ca砂浆的粘聚性，进一步提高ca砂浆的体积稳定性；氧化钙熟料和氧化镁可以有效抑制ca砂浆沁水，避免ca砂浆因沁水导致的损伤；糊精引气性差，且具有很宽的粘度范围，可以进一步降低ca砂浆的分离度，确保ca砂浆品质均一，提高ca砂浆的体积稳定性；纤维素醚是一种非离子型半合成的高分子聚合物，能增加ca砂浆的保水、成膜、流平性、粘结性等，避免出现分层、裂纹等，进一步保证ca砂浆的体积稳定性；铝粉可以抵消塑形收缩和沉降产生的体积变化，保证ca砂浆的体积稳定性，同时改善ca砂浆的品质均匀性，提高ca砂浆的抗冻融性能；引气剂可以在砂浆制备过程中引入适量的微封闭小气泡，小气泡在ca砂浆中均匀分布，可以隔断ca砂浆成型构件中的毛细孔道，提高ca砂浆抗沁水的性能，同时进一步提高抗冻性能；消泡剂可以减少ca砂浆中大气泡的含量，避免ca砂浆出现分层、裂纹等现象。

2、将干粉分开搅拌均匀，再将液体塑形膨胀剂、高效减水剂、增稠剂、纤维素醚、引气剂、消泡剂和改性沥青均匀搅拌，再将干粉与后者结合，这样可以有效避免出现泛浆现象，流动性好使得ca砂浆结构品质均一，保证ca砂浆结构的稳定性，强度高。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。

一种crstii型板式无砟轨道的ca砂浆，包括如下含量的组分：水泥：40-55重量份，砂：36-47重量份，水：13-16重量份，改性沥青：11-28重量份，微纳米材料：6-13重量份，粉煤灰：2-7重量份，液体塑形膨胀剂：2.5-4重量份，木质纤维素：1-4重量份，高效减水剂：0.8-2重量份，高黏土：0.5-2重量份，增稠剂：0.05-0.1重量份，氧化钙熟料：0.2-0.68重量份，氧化镁：0.1-0.23重量份，糊精：0.02-0.08重量份，纤维素醚：0.01-0.04重量份，铝粉：0.01-0.03重量份，引气剂：0.001-0.005重量份，消泡剂：0.001-0.003重量份。这样的ca砂浆中：改性沥青的耐候性能优异，耐高温、抗低温，且与水泥的相容性好，可以与水泥相容更加均匀，使得ca砂浆品质均一，提高ca砂浆的体积稳定性；微纳米材料可以把体系中松散的沥青、水化硅酸钙凝胶体系变成以纳米粒子为核心的网状结构，提高ca砂浆的联合度，提高ca砂浆的结构强度，同时提高ca砂浆的抗冻性性能；粉煤灰可以提高ca砂浆的流动性，减少砂浆的沁水，降低ca砂浆的分离度，使得ca砂浆的品质更加均匀，避免出现分层现象；液体塑形膨胀剂可以抑制ca砂浆浆体沉降导致的板面收缩、沥青聚集在表面起泡、起皮等问题，进一步保证ca砂浆的体积稳定；木质纤维素具有极强的交联功能，在与其他的材料混合后，纤维之间会交联成像毯子一样的结构，这样的结构具有极好的保水缓凝效果，同时还具有极好的粘结度；高效减水剂对水泥具有吸附分散性、润滑、润湿的作用，进一步确保ca砂浆品质均一，提高ca砂浆的体积稳定性；高黏土具有独特的三维空间链式结构，具有较强的胶体性和悬浮性，在工作介质中呈惰性，吸附力大，粘结力强，可以有效降低ca砂浆的分离度，避免出现裂缝、分层等现象；增稠剂可以抑制ca砂浆浆体沉降，同时增加ca砂浆的粘聚性，进一步提高ca砂浆的体积稳定性；氧化钙熟料和氧化镁可以有效抑制ca砂浆沁水，避免ca砂浆因沁水导致的损伤；糊精引气性差，且具有很宽的粘度范围，可以进一步降低ca砂浆的分离度，确保ca砂浆品质均一，提高ca砂浆的体积稳定性；纤维素醚是一种非离子型半合成的高分子聚合物，能增加ca砂浆的保水、成膜、流平性、粘结性等，避免出现分层、裂纹等，进一步保证ca砂浆的体积稳定性；铝粉可以抵消塑形收缩和沉降产生的体积变化，保证ca砂浆的体积稳定性，同时改善ca砂浆的品质均匀性，提高ca砂浆的抗冻融性能；引气剂可以在砂浆制备过程中引入适量的微封闭小气泡，小气泡在ca砂浆中均匀分布，可以隔断ca砂浆成型构件中的毛细孔道，提高ca砂浆抗沁水的性能，同时进一步提高抗冻性能；消泡剂可以减少ca砂浆中大气泡的含量，避免ca砂浆出现分层、裂纹等现象。

上述实施方案中，所选择的铝粉粒度为200-300目，例如但不限于:200目，210目，220目，230目,240目,250目,260目,270目,280目,290目,300目。

在一些可选的实施方案中，上述砂为石英砂、海沙和河砂中的一种或者两种以上任意比例混合的混合物。选择石英砂、海沙和河砂中的一种或者两种以上任意比例混合的混合物，因为石英砂、海沙和河砂坚硬、耐磨，来源广泛成本低。

上述实施方案中，所选择的石英砂、海沙和河砂中的一种或者两种以上任意比例混合的混合物细数模度为1.1-1.6，例如但不限于1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6。

在一些可选的实施方案中，上述改性沥青包括如下含量的组分：沥青：11重量份，去离子水：5重量份，乳化剂：0.6重量份，sbs：0.4重量份，明胶：0.4重量份，sbr：0.3重量份，sis：0.24重量份，ph调节剂：0.24重量份，流变助剂：0.24重量份，蔗糖：0.14重量份，聚羧酸系减水剂0.11重量份，羧甲基纤维素醚：0.1重量份，二烷基二硫代磷酸锌0.08重量份，羧甲基纤维素钠：0.07重量份。这样的改性沥青明采用sbr、sbs、sis的混合物作为改性剂对基质沥青进行改性，使得改性后得到的乳化沥青耐候性好，与水泥的相容性好；采用聚羧酸系减水剂，并合理添加蔗糖、二烷基二硫代磷酸锌，其与减水剂相互协同，可以有效提高水泥与沥青乳液的相容性；加入明胶使得改性后的乳化沥青耐高温与抗低温性能更为优异，力学性能好。

上述实验方案中，改性沥青的制备方法可以包括以下步骤：

(1)将沥青加入到高速捏合机中，升温至170-190℃，加入sbs、sis，捏合5-10min，然后转移至研磨机中研磨，得到改性沥青；

(2)将乳化剂、蔗糖、羧甲基纤维素钠、二烷基二硫代磷酸锌、流变助剂和去离子水混合搅拌均匀，继续加入羟甲基纤维素醚、聚羧酸系减水剂和明胶，800w的功率下超声1-3h，然后通过研磨机研磨，加入ph调节剂，混合搅拌均匀，得到乳化液；

(3)将步骤(1)得到的改性沥青和步骤(2)得到的乳化液混合均匀，通过乳化装置制备得到乳化改性沥青；

(4)向步骤(3)得到的乳化改性沥青中加入sbr乳液，通过搅拌和静态混合器混合均匀，得到改性沥青。

上述实验方案中，所选择sbr的固含量为30-50％。所选择的乳化剂为阳离子性乳化剂、阴离子型乳化剂和非离子型乳化剂的混合物，所用阳离子性乳化剂、阴离子型乳化剂的混合物与非离子型乳化剂的质量比为：2:1:1-3；所选择的阳离子性乳化剂可以是阳离子gemini乳化剂、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、中裂阳离子沥青乳化剂bh-z2中的一种或多种混合；所选择的阴离子型乳化剂可以是烷基酚聚氧乙烯硫酸钠、壬基酚聚氧乙烯硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或多种混合；所选择非离子型乳化剂可以是硬脂酸聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或者多种。所选择流变助剂可以是聚氨酯类缔合型增稠剂zj-t、有机膨润土、硅藻土中的一种或者多种混合。所选择的ph调节剂为柠檬酸、水杨酸中的一种或两种混合。

在一些可选的实施方案中，上述微纳米材料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙和纳米氧化锌的混合物，所述微纳米材料中各组分含量为：30-45重量份，纳米碳酸钙50-60重量份，纳米氧化锌5-10重量份。纳米二氧化硅可以有效延长ca砂浆的寿命，纳米碳酸钙可以优先降低ca砂浆的的分离度，避免避免出现分层、裂纹等。

上述实验方案中，所选择纳米二氧化硅可以是多孔二氧化硅，多孔二氧化硅的平均粒度可以是30±5nm；所选择的纳米碳酸钙可以是多孔碳酸钙，多孔碳酸钙的平均粒度可以是40±5nm；所选择的纳米氧化锌的平均粒度可以是50±5nm。

在一些可选的实施方案中，上述液体塑形膨胀剂包括如下含量的组分：烯烃：10-40重量份，催化剂0.02-0.5重量份，水：40-100重量份，乳化剂：0.002-0.05重量份，分散剂：0.001-0.03重量份，氢氧化钠：0.03-0.2重量份。这样的液体塑形膨胀剂原材料不含氯盐无腐蚀，可在水中均匀分散、掺量小、水解速度缓慢持久，掺量仅为胶凝材料用量的0.5％，可使ca砂浆24h竖向膨胀率可达1％～2％；与其它外加剂复合使用无不良反应；对水泥硬化后强度影响小；能够提高ca砂浆密实性，保证ca砂浆塑性膨胀得以实现，可有效预防ca砂浆后期收缩裂缝的出现，保证ca砂浆的品质，提高ca砂浆的稳定性。

上述实验方案中，液体塑形膨胀剂的可以包括如下制备步骤：

分别按重量百分比称量各组份，烯烃通co经液相催化制得高级脂肪酸经乳化、分散后制得的乳化液，反应步骤如下：在反应器中加入含4-8个碳原子的烯烃、催化剂和水，充入co，反应压力为0.1-10mpa，开启搅拌和加热，温度控制50-80℃即可，反应3-5h停止反应，升温80-95℃，加入乳化剂、分散剂搅拌1.5h，待冷却至室温后过滤分离出催化剂，加入naoh调节ph值6-7。

上述实验方案中，所选择的催化剂可以是三氟化硼。

在一些可选的实施方案中，上述高效减水剂的成分羧酸系或萘系高效减水剂或者两种按任意比例混合的混合物。这种高效减水剂对水泥颗粒具有很好的吸附分散性、润湿、润滑作用，可以进一步确保ca砂浆品质均一，提高ca砂浆的体积稳定性。

在一些可选的实施方案中，上述增稠剂为聚氨酯类增稠剂。选择这种增稠剂可以有效降低ca砂浆的分离度，提高ca砂浆的粘聚性，增加防沉降能力，且不会明显影响ca砂浆的流动性，可以避免ca砂浆分层、裂纹，保证ca砂浆的体积稳定性。

在一些可选的实施方案中，上述引气剂为松香类引气剂。这种引气剂具有引气均匀对的特点，可以使得小气泡在ca砂浆中均匀分布，可以隔断ca砂浆成型构件中的毛细孔道。

在一些可选的实施方案中，上述消泡剂为醇、脂类高分子复合物及其衍生物组成的表面活性剂。选择这种消泡剂可以更加有效的使ca砂浆拌制过程中产生的大气泡破裂，减少大气泡的含量。

一种crstii型板式无砟轨道的ca砂浆的制作工艺包括如下步骤：

步骤1：将水泥、砂、微纳米材料、粉煤灰、木质纤维素、高黏土、氧化钙熟料、氧化镁、糊精和铝粉按比例均匀混合，制得ca砂浆干粉；

上述实验方案中，将干粉分开搅拌均匀，再将液体塑形膨胀剂、高效减水剂、增稠剂、纤维素醚、引气剂、消泡剂和改性沥青均匀搅拌，再将干粉与后者结合，这样可以有效避免出现泛浆现象，流动性好使得ca砂浆结构品质均一，保证ca砂浆结构的稳定性，强度高。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

称取水泥：40kg，砂：36kg，水：13kg，改性沥青：11kg，微纳米材料：6kg，粉煤灰：2kg，液体塑形膨胀剂：2.5kg，木质纤维素：1kg，高效减水剂：0.8kg，高黏土：0.5kg，增稠剂：0.05kg，氧化钙熟料：0.2kg，氧化镁：0.1kg，糊精：0.02kg，纤维素醚：0.01kg，铝粉：0.01kg，引气剂：0.001kg，消泡剂：0.001kg。