一种温度敏感性低的水泥乳化沥青砂浆

摘要

本发明涉及一种温度敏感性低的水泥乳化沥青砂浆，包括如下重量份的组分：水泥100份，乳化沥青35~45份，细骨料135~175份，铝粉0.005~0.02份，水25~35份，减水剂0.1~0.6份，缓凝剂0.05~0.4份，早强剂0.01~0.2份。本发明具有温度敏感性低的特点即砂浆既耐高温又可抗泌水，在材料温度及材料温度显著升高的情况下，砂浆拌合时的用水量无明显增加，新拌砂浆的可工作时间缩短较小，并且不会发生任何分离、泌水的情况。其意义在于，在昼夜温差大地季节或地区，降低施工中因温度（环境、原材料）变化对砂浆状态影响并减少对砂浆配合比进行调整的频次，有利于提高施工质量，减少各项浪费，这也对砂浆的设计耐久性提供保障。

权利要求

1.一种温度敏感性低的水泥乳化沥青砂浆，其特征在于它包括如下重量份的组分：

水泥100份，乳化沥青35～45份，细骨料135～175份，铝粉0.005～0.02份，水25～

35份，减水剂0.1～0.6份，缓凝剂0.05～0.4份，早强剂0.01～0.2份；所述水泥为硅酸盐水泥或硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥的混合物；采用硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥的混合物时，硫铝酸水泥用量不超过总水泥用量的10％；所述缓凝剂选自硼酸、硼酸钠、硼酸钾中的一种以上任意比例的混合物；所述早强剂选自氯化锂、碳酸锂或氢氧化锂中的一种以上任意比例的混合物。

说明书

一种温度敏感性低的水泥乳化沥青砂浆

技术领域

[0001] 本发明属于道路用建筑材料领域，具体涉及一种温度敏感性低的水泥乳化沥青砂浆适用于城际高速铁路、城市高速铁路和城市地铁等无砟轨道工程。

背景技术

[0002] 乳化沥青水泥砂浆(CA砂浆)是由水泥、乳化沥青为主要原料，添加其他辅助性成分在常温下经一定搅拌工艺制备而成，是板式无砟轨道的重要组成部分，一方面可使轨道具有合理的弹性，另一方面便于调整轨道施工误差，因此水泥沥青砂浆这一弹性减振材料的使用对于提高列车高速行驶的安全性与乘坐的舒适性均具有非常重要的作用。此外，与高弹性橡胶材料相比，它还具有与轨道板底面接触好、方便施工、性价比高等优点，因此，目前国内高速铁路的建设都采用这一技术手段。国内乳化沥青砂浆技术主要分为两种：其中I型起源于日本；II型起源于德国。

[0003] CA砂浆目前普通存在温度敏感性高的特点：一方面，在气温或材料温度较高时，砂浆用水量显著增加，可工作时间明显缩短(流动性损失快)，可能会出现搅拌或灌注过程中出现砂浆丧失流动性的情况；另一方面，当气温或原材料温度较低的情况下砂浆用水量减小，凝结时间显著延长，导致泌水的产生。当温度条件发生改变时，现场如不及时调整配合比，不仅会导致材料、人工等资源的浪费，而且会耽误工期并带来工程质量隐患，另外，现场调整幅度过大可能导致配合比超出已验证范围，这也是一项重大隐患。

[0004] 尽管美国专利(US006114418A)涉及提高CA砂浆的耐温性能，但效果并不明显，而掺加缓凝剂虽然可以提高CA砂浆的耐高温性能，却只能同时提高了砂浆适宜工作温度范围的上下限，并不能改变CA砂浆温度敏感的特性，当温度降低时，往往会增加砂浆泌水、离析的风险。在昼夜温差大的地区与季节，并不能改变需要频繁调节砂浆状态以保证施工进度与质量的现状。

[0005] 要消除上述隐患，必须从CA砂浆温度敏感性着手，增加其温度适应范围，降低现在配合比调整的必要频次。

发明内容

[0006] 本发明要解决的技术问题是现有乳化沥青水泥砂浆普通存在温度敏感性高的问题，提供了一种温度敏感性低的水泥乳化沥青砂浆材料。

[0007] 水泥水化是引起水泥乳化沥青砂浆一系列反应的起点，并且水泥水化时放出大量水化热，当温度升高时，水泥水化放热加快，同时促使砂浆温度进一步升高，也进一步加快了水泥水化，当砂浆体积很大时，热量不易向空气中散发，这一促进作用更加显著。由此可见，温度升高会引起一系列连锁反应，导致反应速度及温度大幅提高，导致砂浆流动性迅速损失。

[0008] 如仅从解决耐温性能的角度出发，采用一般的缓凝剂延缓水泥水化放热就可以起到延长其工作时间的目的，但如果这种配方遇到降温，往往会导致砂浆长时间不凝结导致砂浆离析、泌水等病害的产生，属于解决了一种问题却带来了另一种问题的办法，不能从根本上解决CA砂浆温度敏感性高的缺点。

[0009] 申请人经研究认为，要解决CA砂浆温度敏感性高的缺点，必须调节CA砂浆中水泥水化的进程，而不是一味的缓凝或早强。一种温度敏感性低的CA砂浆应该具备前期(灌注前)水化速度缓慢(保证流动性)，中后期(灌注后)水化迅速(保证正常凝结)的特点。灌注前水化越慢，发热量越小，温度变化引起的连锁反应也就越小，就越容易在较大温度范围保证足够的工作时间；而在灌注施工后，水泥水化加速，使砂浆在合适的时间凝固，就可以避免离析、泌水等现象的产生。

[0010] 众所周知，C3A是水泥中水化最快，放热量最高的矿物成分，在水泥中大约占7％～15％。因此，能控制该矿物的水化就可以很好的控制其水化发热过程。可以通过掺加相应的缓凝剂或早强剂抑制或促进其水化速率。但是同时使用这两种手段需要处理一个矛盾，就是如何让两种作用在不同的时间发生作用。申请人经研究发现使用硼酸或硼酸盐作为缓凝剂可以使用迅速与C3A反应生成硼酸钙并且包裹在C3A表面，阻碍其它物质与水泥接触，降低反应速率，在反应过程中，水泥水化产物会使包裹层破裂，而C3A将再与硼酸(盐)生成新的包裹物，直至硼酸(盐)全部参与反应，在此之后早强剂就可以与充分与水泥接触发挥其促进水化的作用。早强剂选择应优先选取对C3A水化有显著促进的物质，使用砂浆在需要凝结的时间内迅速发生作用，在较短时间内失去流动性并最终凝结，而对仅对C2S等起主要作用的的早强剂难以达到上述效果。为进一步提高后期水泥水化的放热量和放热速度，加速其凝结过程，可以掺加少量硫铝酸盐水泥，以提高C3A的含量，也可采用其它方法实现后期放热量和放热速度的提升。

[0011] 基于上述研究，申请人一种温度敏感性低的水泥乳化沥青砂浆材料，该材料它包括如下重量份的组分：

[0012] 水泥100份，乳化沥青35～45份，细骨料135～175份，铝粉0.005～0.02份，水25～35份，减水剂0.1～0.6份，缓凝剂0.05～0.4份，早强剂0.01～0.2份。

[0013] 将上述材料混合搅拌均匀即可制得本发明。

[0014] 本发明在常温(5℃-28℃)下的用水量为25～31份，高温(28℃-40℃)下的用水量为28～35份。

[0015] 上述细骨料指的是4.75mm以下的骨料，俗称砂。

[0016] 上述铝粉在本发明中主要起补偿变形的作用，优选200目鳞片状铝粉，也可以通过其它粒径和形状的铝粉达到这一目的。

[0017] 上述水泥为硅酸盐水泥或硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥的混合物；采用硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥的混合物时，硫铝酸水泥用不量不超过总水泥用量的10％。掺硫铝酸盐水泥的目的主要是增加后期水化放热量和放热速度，本发明不排斥其它可以达到这一目的的途径。

[0018] 上述的缓凝剂选自硼酸、硼酸钠(硼砂)、硼酸钾中的任意一种或一种以上任意比例的混合物，以及其它可以通过生产包裹物来延缓水泥水化的缓凝物质。

[0019] 上述早强剂选自氯化锂、碳酸锂或氢氧化锂中的一种或一种以上任意比例的混合物，也可采用其它对C3A水化促进效果较强的早强成分。

[0020] 本发明与普通CA砂浆相比，具有温度适应范围广的特点，表现为由温度变化引起的用水量变化、外加剂用量变化小，具有耐高温、抗离析泌水能力强的优点。

[0021] 普通CA砂浆温度每变化5℃时，用水量约变化5kg/m3，外加剂用量约变化0.3～3 3
0.6kg/m ；而本发明的CA砂浆在同样条件下用水量变化不超过3kg/m，外加剂用量不超过
3
0.3kg/m。

[0022] 上述减水剂为高效聚羧酸减水剂，减水率约30％。

附图说明

[0023] 图1为本发明实施例与对比例的水化放热曲线对比图。

具体实施方式

[0024] 为了更好的说明本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于此。

[0025] 为了模拟实际施工中砂浆经受的不同温度环境，各例分别在常温(20℃)和高温(40℃)的条件下的相关性能进行对比。由于水泥沥青砂浆在高温下要达到规定的流动性，用水量相对于常温用水量必然有所增加，表1、表2中分别列出了砂浆在常温和高温两种条件下的用水量。

[0026] 水泥乳化沥青砂浆对比例和实施例配合比(单位为重量份)分别如表1、表2：

[0027] 表1水泥乳化沥青砂浆对比例配合比

[0028]

[0029] 表2水泥乳化沥青砂浆实验例配合比

[0030]

[0031] 按表中有代表性的对比例与实施例制备的水化放热曲线具有如图1特征。

[0032] 表3、表4分别列出表1、表2了中各例在常温和高温下的实施效果。

[0033] 表中，流动度与扩展度为新拌砂浆的测试结果，参照《客运专线铁路CRTS II型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件科技基[2008]74号》进行，用于统一砂浆的初始性能。

[0034] 泌水率参照GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准，调整部分细则进行；分离度参照《客运专线铁路CRTS II型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件科技基[2008]74号》附录G进行，与砂浆的服役性能关系密切。

[0035] 可工作时间指砂浆从搅拌完成起开始计时到最后一次1L砂浆能完全通过流动度测定仪结束所经历的时间，每15min进行一次测试。当砂浆不能完全通过流动度测定仪时，记录可以通过的量，这一指标是决定施工能否顺利进行的重要因素(尤其在高温条件下)。

[0036] 表3对比例常温实施效果

[0037]

[0038] 表4实施例常温实施效果

[0039]

[0040] 结合图1中对比例2及该例的实施效果，可以发现当单掺硼砂时，水泥沥青砂浆合程发热量显著下降，具有这一特征的配方有较好的耐温能力，但是可能出现长时间不凝结的情况，使砂浆产生泌水、离析和分离度增加的现象，并直接导致砂浆服役能力的下降；而实施例1、实施例4水化的放热曲线前期水化热低，具有耐高温的特征，而后期放热量与对比例1类似，甚至快于对比例1，具有正常凝结(无病害)的特征。同时可以发现，实施例因温度引起的用水量变化量明显少于对比例。

[0041] 综上所述，本发明相比于一般的水泥沥青砂浆具有优异的温度适应性。