[发明专利]一种用于高温复杂工况的水泥沥青砂浆及其制备、施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑材料及其制备方法、施工方法，特别是涉及一种高温下用于高速铁路板式无砟轨道充填层的水泥沥青砂浆(CA砂浆)及其制备方法，以及其施工方法。

背景技术

水泥沥青砂浆是一种应用于高速铁路板式无砟轨道充填层的关键结构材料，主要由水泥、乳化沥青、细骨料及各种外加剂组成，主要起弹性减振、调整轨道精度、支撑列车重量的作用，对保证轨道平顺性及运行舒适性、安全性起着重要的作用。

水泥沥青砂浆的可工作时间是保证砂浆施工顺利进行的关键指标，而水泥沥青砂浆的工作性能受原材料、配方及温度的影响很大，特别是在高温下砂浆可工作时间明显缩短，严重时甚至失去工作性。因此，在水泥沥青砂浆暂行技术规范中，对水泥沥青砂浆的原料温度及砂浆温度都有着严格的要求(原料储存温度及施工温度范围为5～35℃)。但实际施工中，某些炎热地区的夏季平均气温就已达到35℃，这对水泥沥青砂浆的施工性能提出了严峻的要求，水泥沥青砂浆必须在高温下仍具有良好的工作性能，以保证施工进度，节约施工成本，确保施工质量。

高温天气下水泥沥青砂浆的工作性能损失需要从材料本身及现场施工工艺两方面来解释。从材料角度来说，在新拌水泥沥青砂浆中，水泥颗粒及沥青颗粒是呈悬浮状态分布的，此时体系中同时进行着水泥水化及乳化沥青破乳两个反应：

1、水泥水化

水泥颗粒遇水后，水泥颗粒表面很快发生水化反应，Ca²⁺与OH^-进入溶液，而在水泥颗粒表面形成带负电的富硅层，Ca²⁺被吸附到水泥颗粒表面从而形成双电层结构，而双电层产生的Zeta电势使水泥颗粒在悬浮液中保持稳定，但水泥颗粒会继续与水不断反应，这样使得颗粒周围的溶液很快饱和。当达到一定的过饱和度后，Ca(OH)₂析晶，双电层效应减弱或消失，不断增多的水化产物的相互接触连结形成凝胶体。水泥浆逐渐失去塑性，出现凝结现象。

2、乳化沥青的破乳

水泥水化不可避免的对乳化沥青稳定性产生不利影响，主要包括如下几方面：首先水泥水化会消耗大量自由水，使乳化沥青固含量升高，沥青颗粒间的空间被压缩，颗粒相互聚集容易产生团聚的现象；此外，水泥水化产生的Ca²⁺、Al³⁺会对乳化沥青的双电层结构产生不利影响，使Zeta电位向等电点方向改变，沥青颗粒间的静电斥力减弱，从而使沥青颗粒相互聚并破乳。

温度升高会显著促进水泥的水化速度，促进水泥凝结及乳化沥青破乳，进而明显缩短了水泥沥青砂浆的可工作时间。

从现场施工工艺来说，水泥沥青砂浆的流动状态还与板腔的预湿状态有关。水泥沥青砂浆是种高流态的灌浆材料，特别是对II型砂浆而言，砂浆是依靠自身重力在板下6.25*2.45*0.03m³的狭长空间流动，空间上下部分均为预制混凝土，为保证灌注质量，在灌注之前需对板腔空间进行润湿，润湿的状态与效果对水泥沥青砂浆的流动有重要的影响。润湿不足，会使砂浆流动困难，且使砂浆容易与混凝土表面的气孔发生气液交换，而在砂浆内部形成贯穿气孔；润湿过度，会使板腔内砂浆的自由水增大，容易产生浮浆、砂浆分层及自由水蒸发引起的大面积气泡空腔，影响板下砂浆灌注质量。而在高温炎热天气下，轨道板及底座板的温度可达到60℃，这就使得预湿程度更加难以控制。

此外，砂浆的灌注节奏控制对砂浆的灌注效果及施工性能有重要的影响。之前的普通灌注技术其灌注节奏及灌注效果不可控，特别是在高温天气这种复杂工况下，如果灌注速度与节奏控制不好，特别容易出现浮浆、贯穿孔及气泡空腔等缺陷。

现已公开的有关水泥沥青砂浆专利中，涉及到高温下水泥沥青砂浆施制备及施工技术的专利较少。中国专利201110042766.2介绍了一种耐高温的水泥沥青砂浆。申请者认为影响水泥沥青砂浆流动性损失的关键因素是乳化沥青的稳定性，而水泥水化产生的Ca²⁺、Mg²⁺会对乳化沥青产生较大的破坏作用。因此申请者通过加入少量螯合剂与水泥水化产生的Ca²⁺、Al³⁺发生螯合反应，在较长时间内保持砂浆中离子的浓度，从而保持乳化沥青的稳定性，提高水泥沥青砂浆的耐温性能。