[发明专利]一种阳离子型乳化改性沥青及在板式无砟轨道中的应用

说明书

技术领域

本发明公开了一种阳离子型乳化改性沥青及在板式无砟轨道中的应用，特别适用于严寒地区CRTS I型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆充填层的应用，制备的水泥乳化沥青砂浆具有优良的低温抗裂性，属于板式无砟轨道建造和建筑材料交叉技术领域。

背景技术

CRTSI型(单元)板式无砟轨道是我国时速在300km以上的高速铁路所采用的无砟轨道结构形式之一，它由钢轨与扣件、预制混凝土轨道板、水泥乳化沥青砂浆充填层、混凝土底座板等部件构成，形成自上而下的层叠结构。水泥乳化沥青砂浆充填层采用袋注法施工，将乳化沥青、水泥、砂子、水和一些添加剂拌合成新拌水泥乳化沥青砂浆，并将其注入放置在轨道板与底座板间空隙的灌注袋中，硬化后形成厚度为40～60mm的砂浆充填层，它们主要起调整、支撑、传力和缓冲等作用，是板式无砟轨道结构中的重要部件，对高速铁路板式轨道结构的平顺性、列车运营的舒适性与安全性、轨道结构动力学和耐久性等起至关重要的作用。因此，其性能必须满足CRTS I型板式轨道结构动力学的要求。

为满足CRTS I型板式轨道结构动力学要求，用于CRTS I型板式轨道的水泥乳化沥青砂浆须具有优良的弹韧性——低弹性模量、高延性，且在板式轨道服役环境中能长期保持优良的弹韧性，亦即，需用低弹模高延性水泥乳化沥青砂浆灌注CRTS I型板式轨道结构中40～60mm厚的充填层。水泥乳化沥青砂浆的弹韧性主要来自沥青相，沥青相含量越大，其弹韧性越好，弹模越低，延性越高。所以，低弹模高延性水泥乳化沥青砂浆中沥青组分的体积百分数较高，一般超过50％。从微细观结构上看，低弹模高延性水泥乳化沥青砂浆是以沥青相为连续相，水泥水化物和砂子为分散相的复合砂浆，其力学性能具有沥青材料的粘弹性特征。沥青材料的粘弹性特征表现在两个方面，其一是力学性能的时间依赖性，其强度与弹模或延展性与荷载作用时间或动载频率有关，作用时间或频率越快，延展性较小，并表现较高的强度和弹模，反之，随着作用时间延长和频率减小，其延展性增大，并表现较低的强度和弹模；其二是力学性能的温度依赖性，其强度与弹模或延展性与温度有关，温度越高，强度和弹模越小，延展性越大，反之，温度越低，强度和弹模越大，延展性越小。例如，当温度从60℃降到-40℃时，道路石油沥青的动弹复合模量可增加3～6个数量级，由粘稠性流体转变为硬脆性玻璃体。因此，在常温下具有优良弹韧性的沥青材料，在低温下就可转变为无延展性或延展性很小的硬脆固体。同样，用道路石油沥青制备的乳化沥青，再将其与水泥、砂子、水和一些添加剂拌制水泥乳化沥青砂浆，其弹韧性也会随温度降低而逐渐变差，甚至丧失弹韧性，表现显著地硬脆性。其弹性模量由要求的100～300MPa(常温下)，在低温下就可增加几倍乃至十几倍，不能满足CRTS I型板式无砟轨道结构动力学的要求，因而影响高速铁路的运行安全性和舒适性。我国东北和西北地区的最低气温低于-40℃，尤其是沈阳以北地区，最低气温在-40℃以下。已有试验段表明，严寒地区板式轨道结构中水泥乳化沥青砂浆充填层开裂是主要劣化现象之一，其根本原因是水泥乳化沥青砂浆的低温弹韧和抗裂性较差。所以，为提高我国严寒地区高速铁路和铁路客运专线的运行安全性、舒适性和耐久性，迫切需要解决水泥乳化沥青砂浆低温弹韧性的技术难题。

要改善用于严寒地区的CRTS I型板式轨道结构中的水泥乳化沥青砂浆低温弹韧和抗裂性，就不能采用现有石油沥青制备的乳化沥青，必须采用乳化改性沥青或改性乳化沥青来制备水泥乳化沥青砂浆，重点是减小硬化水泥乳化沥青砂浆中由沥青乳粒形成的沥青凝聚膜力学性能的温度敏感性。