专利名称：一种用于crtsⅰ型和crtsⅱ型板式无砟轨道的乳化沥青及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于CRTS I型和CRTS II型板式无砟轨道的乳化浙青及其制备方法，具体涉及一种用于制备高速铁路、客运专线、城际铁路CRTS I型和CRTS II型板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆的乳化浙青及其制备方法。
背景技术：
在我国目前的高速铁路建设过程中，板式无砟轨道已成为高速铁路主要的轨道结构形式之一，其主要由混凝土底座、水泥乳化浙青砂浆垫层、轨道板、扣件、钢轨等结构组成。其中，水泥乳化浙青砂浆是板式无砟轨道的关键组成部分，一方面其起到填充、支撑、承力、传力，提供适当的弹韧性的作用，另一方面其便于调整轨道施工误差，大大简化了后期的运营维护。水泥乳化浙青砂浆主要由乳化浙青、水泥、砂子、聚合物乳液等组成，其中，乳化浙青作为水泥乳化浙青砂浆的关键组成材料之一，其性能直接影响着水泥乳化浙青砂浆的工作性能、力学性能和耐久性能。现在板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆分为两种:CRTS I型(单元板)和CRTS II型(纵连扳)。其中，CRTS I型水泥乳化浙青砂浆中乳化浙青/水泥质量比一般在1.2 1.8，折合浙青/水泥质量比0.7 1.1 ；CRTS II型水泥乳化浙青砂浆中的乳化浙青/水泥质量比一般在0.4 0.6，折合浙青/水泥质量比0.3左右。与集料拌和时，乳化浙青在初始阶段首先是乳液中的水相流动与集料接触，逐渐打破原来的平衡，界面膜破裂，乳化剂分子重排。其中，阳离子乳化浙青中的阳离子乳化剂，几乎都是含氮化合物，即有机胺的衍生物，其与集料具有较为强烈的亲和性、吸附性，它与集料表面结合，改变了集料的表面性能，使其在一定程度上活化，使之与浙青薄膜的结合更加紧密和牢固，从而加快了乳化浙青的破乳速度，增加了浙青与集料的粘附性。与阳离子乳化剂相比，阴离子乳化剂有所不同。阴离子乳化剂亲水基中的氧、硫和碳原子与集料表面的亲和性、吸附性远不能与阳离子乳化剂`分子亲水基中的氮原子相比。又由于阴离子乳化剂分子亲水基上较多的氧原子因氢键缔合结合了较多的水分子，并且占据了较大的空间，致使乳化剂分子不易直接与集料表面接触并吸附于其上。这样浙青微珠就不能直接靠近集料表面，瞬间挤压力不能产生，集料表面的水分不能被挤压出来，浙青与骨料并不能直接接触，呈现出集料、吸附水膜、浙青薄膜这样的状态，水膜处于集料与浙青薄膜之间，起着阻碍和隔离作用。随着集料表面水分通过浙青微珠间空隙逐渐挥发或被水泥水化吸收，浙青薄膜逐渐裹覆集料。待水分完全挥发之后，浙青薄膜即完全裹覆集料，同时浙青微珠间融合，浙青恢复到原来状态。由于在成膜裹覆过程中不能产生挤压力挤出水分，又由于阴离子乳化剂分子亲水基氢键缔合水较为牢固，不易挥发，所以水分的挥发速度就很慢，致使阴离子乳化浙青破乳时间要比阳离子乳化浙青长得多。正基于上述原因，高浙青掺量、低弹性模量的CRTS I型水泥乳化浙青砂浆一般采用阳离子型乳化浙青；低浙青掺量、高弹性模量的CRTS II型水泥乳化浙青砂浆一般采用阴离子型乳化浙青。在高速铁路建设过程中，往往存在同一个乳化浙青加工厂既提供CRTS I型水泥乳化浙青砂浆用乳化浙青，又提供CRTS II型水泥乳化浙青砂浆用乳化浙青，同一个施工单位既进行CRTS I型水泥乳化浙青砂浆的施工，又进行CRTS II型水泥乳化浙青砂浆施工的情况，因而在乳化浙青以及水泥乳化浙青原材料的进场、存储、制备等过程均要进行区分，但往往由于管理等原因造成质量的不稳定，最终影响了工程质量。近几年公开了很多关于板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆用乳化浙青的专利，但乳化浙青的使用范围仍或者局限于高乳化浙青/胶凝材料质量比范围内，或者局限于低乳化浙青/胶凝材料质量比范围内，中国专利申请200710149995.8公开了一种乳化浙青,其是采用阳离子乳化剂或阴离子乳化剂与非离子乳化剂复合后对浙青进行乳化得到乳化浙青的，在实际应用过程中效果良好，但其适用于低弹性模量低强度的单元板式无砟轨道，即CRTS I型水泥乳化浙青砂浆。中国专利申请2009100176818.0公布了一种乳化浙青，其是用阴离子型乳化剂、非离子型乳化剂、两性离子型乳化剂等乳化剂复合对浙青进行乳化得到的，效果良好，但其只适用于纵连板式无砟轨道，即CRTS II型水泥乳化浙青砂浆。目前尚无一种能同时兼顾CRTS I型和CRTS II型板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆用乳化浙青的相关专利。
发明内容
本发明的目的是提供一种同时适用于高速铁路、客运专线、城际铁路CRTS I型和CRTS II型板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆用的乳化浙青。该乳化浙青具有储存稳定性高、适应性好的优点，采用该乳化浙青能同时兼顾CRTS I型和CRTS II型水泥乳化浙青砂浆的制备，并且制备的水泥乳化浙青砂浆均具有较好的可工作性能、施工性能、力学性能以及耐久性能，适用于板式无砟轨道，尤其是高速铁路、客运专线、城际铁路板式无砟轨道。
本发明的另一目的是提供所述乳化浙青的制备方法。本发明用于实现上述目的的技术方案如下:一种用于高速铁路、客运专线、城际铁路CRTS I型和CRTS II型板式无砟轨道的乳化浙青，以质量份数计，该乳化浙青包含:基质浙青或改性浙青55 65份；水35 45份；阳离子型乳化剂0.4 1.5份；非离子型乳化剂0.3 1.2份；两性离子型乳化剂0.2 1.2份；矿物乳化剂0.2 0.8份；稳定剂0.05 0.3份；增稠剂O 0.2份；pH调节剂O 2.0份；以及由烷基胺与聚羧酸型表面活性剂复合而成的极性调节剂总计0.1 1.2份。在本发明所述的乳化浙青中，优选地，所述基质浙青为满足GB/T15180-2010的70# 110#重交通道路石油浙青。优选地，所述改性浙青为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性浙青和/或丁苯橡胶(SBR)改性浙青。本发明浙青材料的选择与乳化浙青、水泥乳化浙青砂浆使用的地区气候环境条件相适应。在本发明所述的乳化浙青中，优选地，所述阳离子型乳化剂选自烷基胺、酰胺、胺化木质素和季铵盐及其衍生物中的一种或几种，优选为牛脂基丙撑二胺、胺化木质素、双辛/癸基二甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化胺、月桂酸丙撑二胺中的一种或几种；所述非离子型乳化剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪酸多元醇中的一种或几种，优选为聚合度30的烷基壬基酚聚氧乙烯醚、聚合度30的聚氧乙烯醚、聚合度40的辛基酚聚氧乙烯醚、聚合度40的辛基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种；所述矿物乳化剂选自粘土、陶土、气相二氧化硅和膨润土中的一种或几种；所述两性离子型乳化剂选自氨基酸型、甜菜碱型和咪唑啉型中的一种或几种，优选为烷基链长为10个碳原子的烷基叔胺盐、烷基链长16个碳原子的烷基二甲基甜菜碱、烷基链长10个碳原子的烷基咪唑啉、月桂酰胺基丙基甜菜碱中的一种或几种。在本发明的乳化浙青中，所述稳定剂为可溶性氯化物盐、硫酸盐、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。其可以通过调整浙青颗粒周围双电层的离子电位差，增加颗粒之间的排斥力，增强乳化浙青的稳定性。在本发明的乳化浙青中，所述pH值调节剂可以是酸或碱。其中，酸为盐酸、硫酸、硝酸、冰醋酸和柠檬酸中的一种或几种；碱为氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠中的一种或几种。其可以通过调节乳化剂溶液的酸碱度，调节浙青的乳化效果以及浙青颗粒表面双电层的离子强度，从而使乳化浙青具有良好的稳定性。在本发明的 乳化浙青中，所述增稠剂选自聚丙烯酸酯、纤维素、纤维素醚、聚醚和缔合型聚氨酯中的一种或几种，优选为分子量40000的羟乙基纤维素醚、缔合型聚氨酯、分子量60000的聚醚、分子量80000的纤维素醚中的一种或几种。增稠剂的加入一方面会使体系的粘度上升，减缓了浙青颗粒的聚结速度；另一方面是吸附在浙青颗粒表面，通过空间位阻效应使得浙青颗粒处于良好的分散状态。在本发明的乳化浙青中，在所述由烷基胺与聚羧酸型表面活性剂复合而成的极性调节剂中，根据使用条件的不同，以质量份数计，烷基胺O 0.3份，聚羧酸型表面活性剂0.1 1.2份。所述烷基胺优选为烷基链长16个碳原子的烷基胺和/或氢化牛脂胺；所述聚羧酸型表面活性剂优选为聚酯型结构的聚羧酸和/或聚醚型结构的聚羧酸。其作用在于通过改变乳化浙青中乳化剂的离子电荷强度，有效地调节乳化剂与集料的亲和性，实现乳化浙青破乳速度的可控性，进而保证乳化浙青破乳与水泥等胶凝材料水化的协调进行，从而保证制得CRTS I型和CRTS II水泥乳化浙青砂浆的可工作性能、力学性能以及耐久性能
坐寸ο本发明的另一目的提供了上述乳化浙青的制备方法，该制备方法包括以下步骤:(I)将基质浙青或改性浙青加热至熔融备用；(2)将乳化剂、增稠齐U、稳定剂和极性调节剂加入到水中搅拌溶解，用pH调节剂调节所得乳液的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)得到的乳液在乳化机中混合乳化，所述乳化机的转速优选为10000 ±2000rpm。在所述步骤(I)中，所述基质浙青或改性浙青先10(TC脱水，然后加热至熔融；优选地，所述基质浙青加热至熔融的温度为110°c -140°c，更优选为120°C _130°C ;所述改性浙青加热至熔融的温度为140°C _180°C，更优选为155°C _165°C。在所述步骤(2)中，优选地，所述水的温度为50°C _80°C，更优选为60°C _70°C;所述乳液调节PH值后的温度为55°C -65°C。在所述步骤(3)中，优选地，所述乳化浙青经搅拌冷却至温度低于35°C后使用。
本发明提供的乳化浙适应性好，储存稳定性高，能够满足较低、常温以及较高温度环境下的储存以及使用。本发明提供的乳化浙青与水泥等胶凝材料能够在不同的浙青/水泥质量比条件下均具有良好的拌和效果，而且制备的CRTS I型和CRTS II型水泥乳化浙青砂浆均能具有良好的可工作性能，填充饱满、材料无分层离析现象，力学性能优良、耐久性好等，满足板式无砟轨道现场施工要求。本发明提供的乳化浙青性能满足表I的要求。并且，实验证明，采用本发明提供的乳化浙青与水泥等其他原材料配制的CRTS I型和CRTS II型水泥乳化浙青砂浆分别满足《客运专线铁路CRTS I型板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆暂行技术条件》和《客运专线铁路CRTS II型板式无砟轨道水泥乳化浙青砂浆暂行技术条件》中的各项技术要求。采用本发明提供的乳化浙青制备的CRTS I型和CRTS II型水泥乳化浙青砂浆能够较好的适用于温暖、寒冷、严寒地区高速铁路、客运专线、城际铁路板式无砟轨道，并且能够在低温、严寒以及高温等环境下施工或使用。表I本发明乳化浙青性能指标
权利要求
1.一种用于高速铁路、客运专线、城际铁路CRTS I型和CRTS II型板式无砟轨道的乳化浙青，以质量份数计，该乳化浙青包含:基质浙青或改性浙青55飞5份；水35 45份；阳离子型乳化剂0.r1.5份；非离子型乳化剂0.3^1.2份；两性离子型乳化剂0.2^1.2份；矿物乳化剂0.2^0.8份；稳定剂0.05、.3份；增稠剂(Γ0.2份；pH调节剂(Γ2.0份；以及由烷基胺与聚羧酸型表面活性剂复合而成的极性调节剂总计0.Γ1.2份。
2.根据权利要求1所述的乳化浙青，其特征在于，所述基质浙青是满足GB/T15180-2010的70IT110#重交通道路石油浙青；所述改性浙青为苯乙烯_ 丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性浙青和/或丁苯橡胶(SBR)改性浙青。
3.根据权利要求1或2所述的乳化浙青，其特征在于，所述阳离子型乳化剂选自烷基胺、酰胺、胺化木质素和季铵盐及其衍生物中的一种或几种，优选为牛脂基丙撑二胺、胺化木质素、双辛/癸基二甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化胺、月桂酸丙撑二胺中的一种或几种；所述非离子型乳化剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪酸多元醇中的一种或几种，优选为聚合度30的烷基壬基酚聚氧乙烯醚、聚合度30的聚氧乙烯醚、聚合度40的辛基酚聚氧乙烯醚、聚合度40的辛基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种；所述矿物型乳化剂选自粘土、陶土、气相二氧化硅和膨润土中的一种或几种；所述两性离子型乳化剂选自氨基酸型、甜菜碱型、咪唑啉型中的一种或几种，优选为烷基链长为10个碳原子的烷基叔胺盐、烷基链长16个碳原子的烷基二甲基甜菜碱、烷基链长10个碳原子的烷基咪唑啉、月桂酰胺基丙基甜菜碱中的一种或几种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的乳化浙青，其特征在于，所述稳定剂为可溶性氯化物盐、硫酸盐、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。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的乳化浙青，其特征在于，所述pH值调节剂为酸或碱；其中，酸为盐酸、硫酸、硝酸、冰醋酸和柠檬酸中的一种或几种；碱为氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠中的一种或几种。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的乳化浙青，其特征在于，所述增稠剂选自聚丙烯酸酯、纤维素、纤维素醚、聚醚和缔合型聚氨酯中的一种或几种，优选为分子量40000的羟乙基纤维素醚、缔合型聚氨酯、分子量60000的聚醚、分子量80000的纤维素醚中的一种或几种。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的乳化浙青，其特征在于，在所述由烷基胺与聚羧酸型表面活性剂复合而成的极性调节剂中，以质量份数计，烷基胺(Γ0.3份，聚羧酸型高分子表面活性剂0.Γ1.2份； 优选地，所述烷基胺为烷基链长16个碳原子的烷基胺和/或氢化牛脂胺；所述聚羧酸型表面活性剂为聚酯型结构的聚羧酸和/或聚醚型结构的聚羧酸。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的乳化浙青的制备方法，该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、稳定剂和极性调节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)得到的乳液在乳化机中混合乳化，其中，所述乳化机的转速优选为10000 ±2000rpm。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(I)中，所述基质浙青或改性浙青先100°C脱水，然后加热至熔融； 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155°C _165°C。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述水的温度为50°C -80°C，优选为60°C -70°C ;所述乳液调节pH值后的温度为55°C _65°C。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，优选地，所述乳化浙 青经搅拌冷却至温度低于35°C后使用。
全文摘要
本发明提供一种用于高速铁路、客运专线、城际铁路CRTSⅠ型和CRTSⅡ型板式无砟轨道的乳化沥青及其制备方法。以质量份数计，该乳化沥青包含基质沥青或改性沥青55~65份；水35~45份；阳离子型乳化剂0.4~1.5份；非离子型乳化剂0.3~1.2份；两性离子型乳化剂0.2~1.2份；矿物乳化剂0.2~0.8份；稳定剂0.05~0.3份；增稠剂0 ~0.2份；pH调节剂0~2.0份；以及由烷基胺与聚羧酸型表面活性剂复合而成的极性调节剂总计0.1~1.2份。该乳化沥青除具有良好的储存稳定性和适应性外，最显著的特点是实现了一种乳化沥青同时配制CRTSⅠ型和CRTSⅡ型两种水泥乳化沥青砂浆，并且制得的两种砂浆可工作性能、力学性能以及耐久性能良好，适用于板式无砟轨道，尤其是高速铁路、客运专线、城际铁路板式无砟轨道。
文档编号C08L9/06GK103232710SQ20131015880
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月2日 优先权日2013年5月2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