[发明专利]一种用于高速铁路板式无砟轨道充填层的聚合物水泥砂浆

说明书

技术领域

本发明属于轨道交通工程材料领域，具体涉及一种用于高速铁路板式无砟轨道充填层的聚合物水泥砂浆。

背景技术

板式无砟轨道因其具有轨道平顺性高、刚度均匀性好、稳定性强等特点，成为我国时速300公里高速铁路采用的主要轨道结构型式，板式无砟轨道结构主要由预制轨道板、充填层、混凝土底座或水硬性支承层、钢轨扣件等构成。目前，应用最广泛的充填层材料是水泥乳化沥青砂浆。其中，水泥乳化沥青砂浆充填层层是关键结构部位，其主要功能为填充、支撑、承力、传力以及提供适当弹韧性，其性能对轨道结构的耐久性、列车运行的舒适性以及线路运营维护的难易性有直接的影响。因此，水泥乳化沥青砂浆垫层的耐久性对板式轨道结构的行车安全性及其使用寿命起到至关重要的作用。

工程实践表明，水泥乳化沥青砂浆材料因其特殊的性能，属于无砟轨道结构中的薄弱部位，在高速铁路服役过程中易于劣化损伤。从日本新干线运营经验来看，多数无砟轨道结构病害出现在水泥乳化沥青砂浆充填层。水泥乳化沥青砂浆主要存在以下问题：(1)与混凝土粘结力不足，造成易与轨道板或底座板混凝土出现离缝等病害；(2)耐久性不足，导致水泥乳化沥青砂浆在服役过程中易出现剥落等病害；(3)韧性不足，特别是低温下韧性较差，造成水泥乳化沥青砂浆易出现裂缝等病害。因此，为提高无砟轨道充填层的服役寿命，有必要研制一种耐久性更好的充填层材料。同时，对于已经出现的病害的充填层，由于高速铁路维修天窗时间短，为不影响行车，水泥乳化沥青砂浆充填层的修复材料必须具有快速固化的特点，同时其性能必须与水泥乳化沥青砂浆的性能相匹配。

聚合物水泥砂浆具有粘结强度高、材料韧性好、抗裂性好等优点，在混凝土结构修补方面得到了应用。但目前的聚合物水泥砂浆技术还存在以下问题，导致其不能直接应用于高速铁路无砟轨道结构充填层：(1)水泥乳化沥青砂浆充填层对材料性能有严格要求，特别是在弹性模量方面，单元板式无砟轨道要求弹性模量为100-300MPa，纵联板式无砟轨道要求弹性模量为7000-10000MPa，目前的聚合物水泥砂浆的弹性模量远高于充填层材料的要求，导致其性能与充填层要求不匹配，不能应用于无砟轨道充填层；(2)成本过高，为达到较好的韧性，往往需要添加较大量的聚合物，导致其成本过高，影响其推广应用；(3)收缩较大，在聚合物砂浆硬化过程中，聚合物破乳交联过程中会产生较大的收缩变形；(4)应用于“天窗时间”内充填层修复时，早期强度(2h)不足，无法满足快速修复后的通车要求。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供了一种性能与无砟轨道充填层材料性能要求匹配，具有较好耐久性和抗裂性，粘结力高，成本低，可用作高速铁路板式无砟轨道充填层材料的新型聚合物水泥砂浆，本发明的另一个目的是提供聚合物水泥砂浆作为板式无砟轨道充填层病害的修补材料。

本发明的技术方案：为了实现以上目的，本发明提供了一种用于高速铁路板式无砟轨道充填层的聚合物水泥砂浆，该聚合物水泥砂浆由干料和液料两部分组成，所述固料由下列重量分数的原料组成：

胶凝材料组分 100份

弹性调整组分 1-15份

膨胀组分 5-20份

内养护组分 0.01-0.5份

骨料组分 80-130份

凝结调节组分 0.01-2份

所述液料由下列重量分数的原料组成：

聚合物乳液 100份

减水剂 0.5-2份

消泡剂 0.1-1份

引气剂 0.01-0.5份

水 100-200份

干料和液料的质量比为：100∶15-25；

上述胶凝材料组分为水泥与辅助胶凝材料的混合物，其中水泥40-80份，辅助胶凝材料20-60份。

上述胶凝材料组分为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、高铝水泥、抗硫酸盐水泥中一种或两种以上的混合物。

上述辅助胶凝材料为粉煤灰、矿粉、硅灰、偏高岭土、石灰石粉、钢渣粉、磷渣粉、锂渣粉、硅微粉中的一种或两种以上的混合物。

上述弹性调整组分为橡胶粉、聚苯乙烯再生颗粒、玻化微珠、磺化沥青粉、橡胶颗粒、塑料颗粒中的一种或两种以上的混合物。

上述膨胀组分为硫铝酸钙膨胀剂、氧化镁膨胀剂、氧化钙膨胀剂中的一种或多种与铝粉的混合物。

上述内养护组分为丙烯酰胺类吸水树脂、丙烯酸钠盐类吸水树脂、淀粉类吸水树脂中的一种或两种以上的混合物。

上述骨料组分为石英砂、河砂、机制砂、尾砂中的一种或两种以上的混合物。