一种抗冻型乳化沥青水泥砂浆材料的制备方法与流程

2021-01-31 02:01:38|

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本发明涉及一种抗冻型乳化沥青水泥砂浆材料的制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术：

乳化沥青水泥砂浆(ca砂浆)是crtsⅱ型板式轨道中轨道板与混凝土底座之间的填充层，是由水泥和沥青两种胶凝材料胶结硬化而形成的一种新型有机无机的复合灌浆材料，是以水泥、乳化沥青、特定级配细骨料、膨胀剂、引气剂和外加剂等为主要原料，经过现场机械拌制而成的。乳化沥青水泥砂浆垫层处于混凝土底座或水硬性支承层之间，在crtsⅱ型板式无砟轨道中主要起调平减振的作用。除此之外，其主要作用还有：

（1）填充轨道板和底座之间的施工间隙，以稳定上部结构；

（2）利用材料特性，调节轨道结构的平整性，提高施工效率；

（3）承受来自竖向、纵向和横向等三个方向的荷载，同时将荷载分散转移到底座和限位装置上。

水泥砂浆具有足够强度和耐久性，但是弹性较差，抗弯拉能力弱；沥青材料是使用最为广泛的筑路材料，粘弹性好，但强度较低，两者形成的ca砂浆兼具了刚和柔的特点。但是，由于沥青本身温度敏感性大，低温柔初性降低，通过对已建成使用的轨道板砂浆垫层调查研究结果来看，在气候寒冷且低温持续时间长的北方地区，ca砂浆容易出现剥落、碎裂等破坏现象，所以开展关于ca砂浆低温性能的试验研究具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题：针对现有沥青本身温度敏感性大，低温柔初性降低，通过对已建成使用的轨道板砂浆垫层调查研究结果来看，在气候寒冷且低温持续时间长的北方地区，ca砂浆容易出现剥落、碎裂等破坏现象，提供了一种抗冻型乳化沥青水泥砂浆材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份钠基膨润土、1～2份双十八烷基二甲基氯化铵和25～30份无水乙醇置于烧杯中，搅拌混合并静置，过滤并收集滤饼，真空干燥并研磨过筛，得过筛粉末，按质量比1:2，将过筛粉末与聚醚n-330搅拌混合并添加至研钵中，研磨分散并收集分散浆液，将分散浆液过滤，收集得插层复合混合液；

（2）按重量份数计，分别称量45～50份甲苯二异氰酸酯、10～15份聚醚n-220、10～15份聚醚n-330置于三口烧瓶中，再保温反应，得预聚体溶胶液；

（3）按重量份数计，分别称量45～50份插层复合混合液、10～15份碳酸钙晶须和1～2份硅烷偶联剂材料置于搅拌机中，搅拌混合并球磨过筛，收集过筛浆液并按重量份数计，分别称量45～50份过筛浆液、65～80份预聚体溶胶液和10～15份固化剂置于搅拌机中，待搅拌混合完成后，浇注至模具中并置于烘箱内，保温固化20～24，得改性颗粒；

（4）取改性颗粒并将其研磨过筛，收集球磨粉末，将稳定剂ras-4、球磨粉末添加至沥青中搅拌混合，剪切处理，待剪切完成后，再按质量比1:15，将沥青乳化剂添加至剪切沥青中，搅拌混合并再在140～150℃下搅拌混合2～3h，得改性乳化沥青；

（5）按重量份数计，分别称量45～50份改性乳化沥青、35～40份水泥、35～40份水、85～90份砂、0.1～0.2份铝粉、0.2～0.3份消泡剂和0.2～0.3份引气剂置于搅拌机中，搅拌混合即可制备得所述的抗冻型乳化沥青水泥砂浆材料。

所述的过筛粉末粒径为200目。

所述的分散浆液过滤采用的是0.25～0.28μm的筛网。

所述的预聚体溶胶液保温反应温度为80～85℃。

所述的保温固化温度为85～90℃。

所述的剪切处理剪切时间为40～50min。

所述的稳定剂ras-4、球磨粉末和沥青混合剪切质量比为1：3：10。

所述的固化剂可优选为固化剂固化剂dmtda。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明技术方案通过乳化沥青微原料制备ca砂浆材料，由于采用乳化剂制备乳化沥青，使添加至乳化沥青中的改性材料具有优异的分散性能，使其稳定性能大大提高，同时本发明技术方案采用膨润土为原料进行改性制备，膨润土片层上的羟基与聚氨酯分子链的极性基团相互作用，增大了膨润土与聚氨酯之间的相互作用，使聚氨酯分子链能较好地插入到膨润土片层之间，撑开片层间距，进而使膨润土分散在聚氨酯基体中，这样的制备的复合材料，在材料内部填充过程中具有优异的相容性能，使膨润土片层与聚氨酯之间的界面相互作用增强从而能破坏膨润土团聚体，促进其在基体中的分散，而且，经过插层聚合后，聚氨酯分子链固定在膨润土片层间，在聚氨酯基体中起到了交联点的作用，达到既增强又增韧的效果，同时相容性性能的增加，亦有利于提高材料力学性能；

（2）在本发明技术方案中，通过制备的复合弹性体材料进行填充改性，弹性体颗粒与沥青接触后发生溶胀作用，首先能吸收渐青中的轻质油分，使得饱和分和芳香分含量降低，胶质和满青质含量相对上升，沥青各组分的平衡发生移动，但是沥青本身为了保持稳定的胶体结构同样需要饱和分和芳香分，于是在改性渐青中将形成争夺这部分组分的倾向，最终形成一种新的平衡体系，首先弹性体材料的添加，有效提升渐青的塑性同时将其优越的性能传递到基质渐青，使得改性体系低温抗变形能力增强，同时本发明技术方案在材料内部添加了改性的硫酸钙晶须，硫酸钙晶须材料在材料内部形成有效的分散缠结，进一步改善材料的分散行性能，同时，其形成的三位网络结构，有效提高材料的力学性能和韧性强度。

具体实施方式

按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份钠基膨润土、1～2份双十八烷基二甲基氯化铵和25～30份无水乙醇置于烧杯中，搅拌混合并静置6～8h，过滤并收集滤饼，真空干燥并研磨过200目筛，得过筛粉末；按质量比1:2，将过筛粉末与聚醚n-330搅拌混合并添加至研钵中，研磨分散并收集分散浆液，将分散浆液置于0.25～0.28μm的筛网中过滤，收集得插层复合混合液；按重量份数计，分别称量45～50份甲苯二异氰酸酯、10～15份聚醚n-220、10～15份聚醚n-330置于三口烧瓶中，再在80～85℃下保温搅拌混合3～5h，得预聚体溶胶液；按重量份数计，分别称量45～50份插层复合混合液、10～15份碳酸钙晶须和1～2份硅烷偶联剂材料置于搅拌机中，搅拌混合并球磨过500目筛，收集过筛浆液并按重量份数计，分别称量45～50份过筛浆液、65～80份预聚体溶胶液和10～15份固化剂dmtda置于搅拌机中，控制搅拌混合速率为850～1100r/min，待搅拌混合完成后，浇注至模具中并置于烘箱内，控制烘箱温度为85～90℃，保温固化20～24，得改性颗粒；取改性颗粒并将其研磨过500目筛，收集球磨粉末并按质量比1：3：10，将稳定剂ras-4、球磨粉末添加至140～150℃沥青中搅拌混合，控制剪切时间为40～50min，待剪切完成后，再按质量比1:15，将沥青乳化剂添加至剪切沥青中，搅拌混合并再在140～150℃下搅拌混合2～3h，得改性乳化沥青；再按重量份数计，分别称量45～50份改性乳化沥青、35～40份水泥、35～40份水、85～90份砂、0.1～0.2份铝粉、0.2～0.3份消泡剂和0.2～0.3份引气剂置于搅拌机中，搅拌混合即可制备得所述的抗冻型乳化沥青水泥砂浆材料。

实施例1

实施例2

实施例3

将本发明制备的砂浆材料和对照组（未添加改性颗粒制备的砂浆材料）进行抗冻性能测试，具体测试如下表表1所示：

测试方案：

按《ii型ca砂浆暂行技术条件》中规定的方法成型，标准养护24h拆模后，然后采用保鲜膜进行包覆处理，在绝湿状态下继续养护至7d后进行切割加工。考虑到实际工程中硬化ca砂浆一般为非饱水状态，试验时考虑浸水状态和非浸水状态(绝湿状态)两种情况下的抗冻性能。

浸水状态下的试件进行抗冻测试时，直接按《ii型ca砂浆暂行技术条件》中规定的方法进行。

绝湿状态下的ca砂浆抗冻测试时，将经保鲜膜包裹处理的ca砂浆试件置于冻融试验箱中，在未浸水状态下进行冻融循环实验。

每8次冻融循环为1个周期，每个周期测1次数据。另成型试件尺寸为40mm×40mm×160mm的2组试件，参照《普通混凝土长期性能和耐久性能》(gb/t50082-2009)中规定的“快冻法”进行实验，试验设备为kdr-v9混凝土快速冻融试验机和dt-w18动弹仪。

试件浇注成型后，采用混凝土试块覆盖于表面，然后置于标准养护室中标准养护24h后拆模，1组拆模后的试件采用保鲜膜进行包覆处理，继续标准养护至28d后进行抗冻性能测试；另一组ca砂浆试件绝湿养护24d，然后继续置于水中养护4d后进行抗冻性能测试。

表1性能对照表

由上表可知本发明制备的砂浆材料具有优异的抗冻性能和优异的结构强度。