一種水泥基灌漿材料及其制備方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水泥基灌漿材料及其制備方法和應(yīng)用，所述水泥基灌漿材料主要由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制成：水泥65％～80％，粉煤灰10％～25％，礦粉10％～15％，水灰比為0.3～0.5；以水泥、粉煤灰和礦粉總量為基準(zhǔn)，還包括0.4％～0.8％的高效減水劑、4％～8％膨脹劑、0.15％～0.2％的緩凝劑以及0.005％～0.01％的引氣劑。本發(fā)明還公開了所述水泥基灌漿材料的制備方法和應(yīng)用。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明水泥基灌漿材料應(yīng)用新穎，能夠在不影響既有鐵路線路的情況下，對(duì)有砟軌道進(jìn)行無砟化改造，對(duì)交通影響小，改造后的軌道穩(wěn)定性好，能夠滿足高鐵列車的行車要求，且具有施工周期短，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種水泥基灌漿材料及其制備方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種水泥基灌漿材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于高速鐵路有砟軌道向無砟軌道轉(zhuǎn)型的研究領(lǐng)域。【背景技術(shù)】
[0002]隨著高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)、既有線提速改造及重載鐵路的快速發(fā)展，作為鐵路重要基礎(chǔ)設(shè)施的軌道結(jié)構(gòu)需要不斷更新、技術(shù)不斷完善。高速鐵路的技術(shù)核心是高速度，它對(duì)軌道結(jié)構(gòu)就有了高平順性和高穩(wěn)定性的要求。世界高速鐵路的發(fā)展證實(shí)，，高速鐵路基礎(chǔ)工程如果使用常規(guī)的有砟軌道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，道砟粉化嚴(yán)重，線路維修頻繁，安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差，已不適應(yīng)目前鐵路發(fā)展的需要，因此結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)方法必須相應(yīng)改變。
[0003]在高速發(fā)展的今天，軌道交通已經(jīng)成為了主流的交通工具，特別是城市軌道交通， 而軌道交通現(xiàn)在基本都采用無砟軌道的技術(shù)進(jìn)行工，它相比于有砟軌道具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):(1)軌道穩(wěn)定性好、軌道幾何形位能持久保持、線路養(yǎng)護(hù)維修工作量顯著減少；(2)耐久性好、服務(wù)期長(zhǎng)；(3)平順性及剛度均勻性好；(4)無砟軌道結(jié)構(gòu)高度低，自重輕，可減輕橋梁二期恒載、降低隧道凈空，從而降低工程總造價(jià)；(5)道床整潔美觀，無高速運(yùn)行下的道砟飛濺。通過對(duì)客運(yùn)專線無砟軌道與有砟軌道的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，無砟軌道已成為客運(yùn)專線的發(fā)展趨勢(shì)。
[0004]目前的無砟軌道均是應(yīng)用于新建的客運(yùn)專線，而對(duì)于已建成的鐵路有砟軌道系統(tǒng)則需要頻頻維修，維修代價(jià)較高。因此，若存在一種在不改變?cè)需F路線路的基礎(chǔ)上對(duì)有砟軌道進(jìn)行無砟化轉(zhuǎn)變，具有很重大的工程意義。
[0005]目前，現(xiàn)有的水泥基材料灌漿技術(shù)多應(yīng)用于裂縫處理和修復(fù)等工程應(yīng)用中，或者是對(duì)于路基土的固化應(yīng)用。這些灌漿材料的流動(dòng)度和工作性均不能很好地滿足在級(jí)配碎石中的應(yīng)用效果，且硬化周期長(zhǎng)，成本較高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是對(duì)鐵路軌道系統(tǒng)發(fā)展革新，提供一種應(yīng)用于高鐵即有線路有砟向無砟軌道轉(zhuǎn)型的水泥基灌漿材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明方法新穎，對(duì)交通影響小，改造后的軌道穩(wěn)定性好，能夠滿足高鐵列車的行車要求，且具有施工周期短，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0007]技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開了一種水泥基灌漿材料，其主要由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制成:
[0008]水泥65%?80%，粉煤灰10%?25%，礦粉10%?15%，水灰比為0.3?0.5;(注: 水灰比指水與水泥、粉煤灰和礦粉總量的質(zhì)量比)
[0009]以水泥、粉煤灰和礦粉總量為基準(zhǔn)，還包括0.4 %?0.8 %的高效減水劑、4 %?8 % 膨脹劑、〇.15 %?0.2 %的緩凝劑以及0.005 %?0.01 %的引氣劑。
[0010]作為優(yōu)選，所述的水泥基灌漿材料主要由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制成:[0〇11 ] 水泥75%，粉煤灰15%，礦粉10%，水灰比為0.35;
[0012]以水泥、粉煤灰和礦粉總量為基準(zhǔn)，還包括0.5 %的高效減水劑、4 %膨脹劑、 〇.15 %的緩凝劑以及0.008 %的引氣劑。[0〇13] 作為另一種優(yōu)選，所述水泥為P.0 42.5超細(xì)水泥，水泥粒度分布為95%的粒子粒徑小于20ym，90 %的粒子粒徑小于15ym;[〇〇14]所述粉煤灰為I級(jí)粉煤灰，95 %的粒子粒徑小于12 ? 21mi，最大粒徑為26 ? 68mi ;
[0015]所述礦粉為球磨后的高爐礦渣粉；
[0016]所述高效減水劑為聚羧酸類減水劑;緩凝劑為酒石酸;膨脹劑為氧化鎂類膨脹劑； 引氣劑為三帖皂苷類引氣劑。
[0017]本發(fā)明還提供了所述水泥基灌漿材料的制備方法，包括以下步驟:
[0018](1)取水泥、粉煤灰、礦粉作為基礎(chǔ)膠凝材料，均勻混合攪拌，得灌漿材料粉劑；
[0019](2)取高效減水劑、膨脹劑、緩凝劑和引氣劑，與上述灌漿材料粉劑混合，加入80 % 的拌合水，慢速攪拌，均勻后，快速攪拌;然后再慢速攪拌，同時(shí)將剩余的拌合水完全倒入， 再慢速攪拌，即得。
[0020]步驟(2)具體如下:[0021 ](2)取高效減水劑、膨脹劑、緩凝劑和引氣劑，與上述灌漿材料粉劑混合，放入攪拌鍋中，加入80 %的拌合水，慢速攪拌2min，均勻后，快速攪拌lmin;然后再慢速攪拌，同時(shí)將剩余的拌合水完全倒入，再慢速攪拌lmin，即得。
[0022]本發(fā)明還提供了所述水泥基灌漿材料在有砟軌道向無砟軌道轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用，包括以下步驟:將所述水泥灌漿材料澆筑在有砟軌道的碎石表面，使其流入到碎石之間的縫隙中，然后進(jìn)行碾壓，使灌漿材料充分灌滿碎石縫隙，待表面已干內(nèi)部泥漿尚屬半濕狀態(tài)時(shí)， 進(jìn)行最終碾壓，使表面平整;最后進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，即可使有砟軌道變?yōu)闊o砟軌道。
[0023]作為優(yōu)選，所述最終碾壓次數(shù)為1-2次;所述自然養(yǎng)護(hù)天數(shù)為28天。
[0024]本發(fā)明應(yīng)用于高鐵即有線路有砟向無砟軌道轉(zhuǎn)型的水泥基灌漿材料，其機(jī)理如下:灌漿技術(shù)是一種包括巖士、混凝土等介質(zhì)的原位加固技術(shù)，即如何使低品質(zhì)的巖土等介質(zhì)變成高品質(zhì)的材質(zhì)，其實(shí)質(zhì)在于膠結(jié)、增強(qiáng)與加固。超細(xì)水泥漿液謀求粒子間的滲透灌漿，而不破壞其原有結(jié)構(gòu)。灌漿材料能否被送進(jìn)地層空隙并擴(kuò)展到足夠遠(yuǎn)的距離，既取決于地層中空隙的大小和形狀，又取決于漿材本身的性質(zhì).用來顯示這種性質(zhì)的一個(gè)綜合指標(biāo)稱為可灌性。由超細(xì)水泥形成的新拌水泥漿體，水泥顆粒懸浮在調(diào)和水中，這個(gè)懸浮體的結(jié)構(gòu)決定于水灰比值和水泥顆粒尺寸分布，同時(shí)它還決定于粒子間的作用力和固體表面對(duì)水的吸引，從而也就決定于固體表面的電荷、溶液中離子的類型和濃度以及固體對(duì)溶液吸附性。摻加一定的粉煤灰、礦粉能夠較大的改善水泥漿體的流動(dòng)性，有利于灌漿材料在碎石縫隙之間的流動(dòng);使用高效減水劑，能夠提高水泥漿體硬化后的強(qiáng)度，對(duì)改進(jìn)后的軌道結(jié)果穩(wěn)定性具有很好地效果;摻加膨脹劑能夠使水泥漿體在硬化過程中產(chǎn)生體積膨脹，使碎石結(jié)構(gòu)更加密實(shí);摻加一定的緩凝劑能夠保證漿體材料能夠滲入到較深的道砟底層，而不至于由于漿體凝結(jié)使得灌入深度不夠;摻加一定量的引氣劑，能夠提高水泥漿體的流動(dòng)性，也能夠改善其穩(wěn)定性。試驗(yàn)中，通過設(shè)計(jì)不同的試驗(yàn)配合比，確定出最優(yōu)的水泥灌漿材料配合比，該配合比下的水泥灌漿材料穩(wěn)定性好、流動(dòng)性高、施工效果好，能較好地應(yīng)用于鐵路有砟軌道的改造工程。
[0025]技術(shù)效果:相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明水泥基灌漿材料應(yīng)用新穎，能夠在不影響既有鐵路線路的情況下，對(duì)有砟軌道進(jìn)行無砟化改造，對(duì)交通影響小，改造后的軌道穩(wěn)定性好， 能夠滿足高鐵列車的行車要求，且具有施工周期短，成本低等優(yōu)點(diǎn)?！靖綀D說明】
[0026]圖1:粉煤灰摻量對(duì)灌漿材料的影響；
[0027]圖2:減水劑摻量對(duì)灌漿材料的影響；
[0028]圖3:灌漿材料膨脹率隨凝期變化規(guī)律。【具體實(shí)施方式】[〇〇29]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)解決方案。本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0030]實(shí)施例1
[0031]按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取原料，稱取P ? 0 42.5超細(xì)水泥75%，1級(jí)粉煤灰15%，礦粉為 10 % ;以水泥、粉煤灰、礦粉為基準(zhǔn)，稱取高效減水劑0.5 %，膨脹劑4 %，緩凝劑0.15 %，引氣劑0.008 %;水灰比為0.35。
[0032]高效減水劑為聚羧酸減水劑，膨脹劑為氧化鎂，緩凝劑為酒石酸，引氣劑為三萜皂苷。[〇〇33] 制備方法如下:
[0034](1)取水泥、粉煤灰、礦粉作為基礎(chǔ)膠凝材料，均勻混合攪拌，得灌漿材料粉劑；
[0035](2)取高效減水劑、膨脹劑、緩凝劑和引氣劑，與上述灌漿材料粉劑混合，放入攪拌鍋中，加入80 %的拌合水，慢速攪拌2min，均勻后，快速攪拌lmin;然后再慢速攪拌，同時(shí)將剩余的拌合水完全倒入，再慢速攪拌lmin，即得。[〇〇36]制備得到的水泥灌漿材料初始流動(dòng)度為15s，30min流動(dòng)度為24s，初凝時(shí)間為6h、 終凝時(shí)間為16h。[〇〇37] 實(shí)施例2[〇〇38]按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取原料，稱取P ? 0 42.5超細(xì)水泥80%，1級(jí)粉煤灰10%，礦粉為 10 % ;以水泥、粉煤灰、礦粉為基準(zhǔn)，稱取高效減水劑0.5 %，膨脹劑6 %，緩凝劑0.15 %，引氣劑0.005 %;水灰比為0.35。
[0039]高效減水劑為聚羧酸減水劑，膨脹劑為氧化鎂，緩凝劑為酒石酸，引氣劑為三萜皂苷。
[0040]制備方法同實(shí)施例1，制備得到的水泥灌漿材料初始流動(dòng)度為18s，30min流動(dòng)度為 31 s，初凝時(shí)間為5.5h、終凝時(shí)間為15h。[〇〇41 ] 實(shí)施例3[〇〇42]按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取原料，稱取P ? 0 42.5超細(xì)水泥65%，1級(jí)粉煤灰25%，礦粉為 10 % ;以水泥、粉煤灰、礦粉為基準(zhǔn)，稱取高效減水劑0.5 %，膨脹劑4 %，緩凝劑0.18 %，引氣劑0.01 %;水灰比為0.30。[〇〇43]高效減水劑為聚羧酸減水劑，膨脹劑為氧化鎂，緩凝劑為酒石酸，引氣劑為三萜皂苷。
[0044]制備方法同實(shí)施例1，制備得到的水泥灌漿材料初始流動(dòng)度為22s，30min流動(dòng)度為 32s，初凝時(shí)間為7h、終凝時(shí)間為17h。
[0045]實(shí)施例4
[0046]按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取原料，稱取P ? 0 42.5超細(xì)水泥75%，1級(jí)粉煤灰15%，礦粉為 10 % ;以水泥、粉煤灰、礦粉為基準(zhǔn)，稱取高效減水劑0.4 %，膨脹劑8 %，緩凝劑0.15 %，引氣劑0.008 %;水灰比為0.4。
[0047]高效減水劑為聚羧酸減水劑，膨脹劑為氧化鎂，緩凝劑為酒石酸，引氣劑為三萜皂苷。[〇〇48]制備方法同實(shí)施例1，制備得到的水泥灌漿材料初始流動(dòng)度為20s，30min流動(dòng)度為 27s，初凝時(shí)間為5h、終凝時(shí)間為16.5h。
[0049] 實(shí)施例5[〇〇5〇]按質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取原料，稱取P ? 0 42.5超細(xì)水泥75%，1級(jí)粉煤灰15%，礦粉為 10% ;以水泥、粉煤灰、礦粉為基準(zhǔn)，稱取高效減水劑0.8%，膨脹劑4%，緩凝劑0.2%，引氣劑0.008 %;水灰比為0.5。
[0051]高效減水劑為聚羧酸減水劑，膨脹劑為氧化鎂，緩凝劑為酒石酸，引氣劑為三萜皂苷。[〇〇52]制備方法同實(shí)施例1，制備得到的水泥灌漿材料初始流動(dòng)度為15s，30min流動(dòng)度為 25s，初凝時(shí)間為7h、終凝時(shí)間為18h。[〇〇53]本發(fā)明水泥基灌漿材料性能檢測(cè):
[0054]說明書附圖1為粉煤灰摻量對(duì)灌漿材料的影響。圖中各組試驗(yàn)中除粉煤灰摻量不同外，其余各組分摻量均相同。由圖可以看出，隨著粉煤灰摻量增加，灌漿材料的流動(dòng)度值先減小后增大，即流動(dòng)性先增強(qiáng)后減弱。粉煤灰摻量為15%時(shí)，灌漿材料的流動(dòng)性能最好。
[0055]說明書附圖2為減水劑(聚羧酸減水劑)摻量對(duì)灌漿材料的影響。圖中各組試驗(yàn)中除減水劑摻量不同外，其余各組分摻量均相同。由圖可以看出，隨著減水劑摻量增加，灌漿材料的流動(dòng)度值先減小后增大，即流動(dòng)性先增強(qiáng)后減弱。說明減水劑過量或少量均會(huì)影響漿體材料的流動(dòng)性能，當(dāng)減水劑摻量為〇.5 %時(shí)，灌漿材料的流動(dòng)性能最好。
[0056]實(shí)施例6本發(fā)明水泥基灌漿材料應(yīng)用
[0057]將本發(fā)明實(shí)施例1所得水泥灌漿材料澆筑在有砟軌道的碎石表面，使其流入到碎石之間的縫隙中，然后進(jìn)行碾壓，使灌漿材料充分灌滿碎石縫隙，待表面已干內(nèi)部泥漿尚屬半濕狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行最終碾壓，碾壓次數(shù)為1 -2次，使表面平整;最后進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)28天，即可使有砟軌道變?yōu)闊o砟軌道。
[0058]說明書附圖3為灌漿材料膨脹率隨凝期變化規(guī)律。由圖可以看出，5d之內(nèi)灌漿材料的膨脹率隨著凝期的增加而增加;7d之后膨脹率會(huì)隨著凝期延長(zhǎng)而緩慢降低，28d后基本趨于穩(wěn)定。說明灌衆(zhòng)材料施工28d后，材料的體積穩(wěn)定性基本達(dá)到最佳。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水泥基灌漿材料，其特征在于，其主要由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料制成:水泥65%?80%，粉煤灰10%?25%，礦粉10%?15%，水灰比為0.3?0.5;以水泥、粉煤灰和礦粉總量為基準(zhǔn)，還包括〇.4 %?0.8 %的高效減水劑、4 %?8 %膨脹 劑、0 ? 15%?0 ? 2%的緩凝劑以及0 ? 005%?0 ? 01 %的引氣劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥基灌漿材料，其特征在于，其主要由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料 制成:水泥75 %，粉煤灰15 %，礦粉10 %，水灰比為0.35;以水泥、粉煤灰和礦粉總量為基準(zhǔn)，還包括〇.5 %的高效減水劑、4 %膨脹劑、0.15 %的 緩凝劑以及〇.008 %的引氣劑。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥基灌漿材料，其特征在于，所述水泥為P ? 0 42.5超細(xì)水 泥，水泥粒度分布為95 %的粒子粒徑小于20wii，90 %的粒子粒徑小于15wii;所述粉煤灰為I級(jí)粉煤灰，95 %的粒子粒徑小于12.2 lwii，最大粒徑為26.68mi;所述礦粉為球磨后的高爐礦渣粉；所述高效減水劑為聚羧酸類減水劑;緩凝劑為酒石酸;膨脹劑為氧化鎂類膨脹劑；引氣 劑為三帖皂苷類引氣劑。4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述水泥基灌漿材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:(1)取水泥、粉煤灰、礦粉作為基礎(chǔ)膠凝材料，均勻混合攪拌，得灌漿材料粉劑；(2)取高效減水劑、膨脹劑、緩凝劑和引氣劑，與上述灌漿材料粉劑混合，加入80 %的拌 合水，慢速攪拌，均勻后，快速攪拌;然后再慢速攪拌，同時(shí)將剩余的拌合水完全倒入，再慢 速攪拌，即得。5.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述水泥基灌漿材料在有砟軌道向無砟軌道轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用，其 特征在于，包括以下步驟:將所述水泥灌漿材料澆筑在有砟軌道的碎石表面，使其流入到碎 石之間的縫隙中，然后進(jìn)行碾壓，使灌漿材料充分灌滿碎石縫隙，待表面已干內(nèi)部泥漿尚屬 半濕狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行最終碾壓，使表面平整；最后進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，即可使有砟軌道變?yōu)闊o砟軌道。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于，所述最終碾壓次數(shù)為1-2次;所述自然養(yǎng)護(hù) 天數(shù)為28天。
【文檔編號(hào)】C04B28/04GK105967596SQ201610303526
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】蔣金洋, 趙國堂, 佘偉, 潘利, 楊國濤
【申請(qǐng)人】東南大學(xué), 中國鐵路總公司