CN111117271A - 一种稳定有砟轨道道床的改性乳化沥青及其制备方法 - Google Patents

一种稳定有砟轨道道床的改性乳化沥青及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稳定有砟轨道道床的改性乳化沥青，按重量百分比包含以下组分：再生胶改性沥青45%~56%，皂液28%，水性环氧树脂13%~23%，速凝剂3%~4%。其中，所述的皂液有市面普通皂液中必备的乳化剂、蒸馏水外，为了提高复合改性乳化沥青与石料的粘结性，提高复合改性沥青的抗水损效果，本专利的皂液中特意添加了硅烷偶联剂。同时还公开了该复合改性乳化沥青的制备方法。本专利研发了一种稳定有砟轨道道床的改性乳化沥青，提高了有砟轨道的稳定性和耐久性，降低了工程造价，适合于高铁全路段铺筑。

Description

一种稳定有砟轨道道床的改性乳化沥青及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合改性乳化沥青及稳定有砟轨道道床领域，具体涉及一种稳定有砟轨道道床的改性乳化沥青及其制备方法。
背景技术
现有铁路常用的轨道结构分为有砟轨道和无砟轨道，其中有砟轨道弹性大，受力后的变形恢复性强，是一种常用于大温差地域的轨道结构。然而，该结构在火车快速通过时易因为空气动力学而产生飞砟现象，对列车行驶安全造成严重影响。相比之下，无砟轨道虽然被广泛应用于高铁专线，但是无砟轨道的弹性差破坏后抢修困难，且与隧道桥梁的轨下支承条件不同，当列车经过该区域时附加动力显著增大，对行驶稳定性、乘坐舒适性产生不利影响。为此，近年来铁路研者们尝试使用一些材料将有砟轨道的道砟稳定，例如专利201720594557.1将聚氨酯材料用于道砟固化，从而克服有砟轨道道砟飞溅的弊端，使轨道既具备有砟轨道的弹性又具备无砟轨道的稳定性和免维修性。已有研究表明，聚氨酯粘结强度低、韧性好,能达到喷涂后既防止飞砟又不影响捣固作业的效果，利用聚氨酯稳定有砟轨道还能在一定程度上增加道床阻力, 提高道床稳定性。然而，聚氨酯本身价格高昂且稳定道床前要求道砟干净、干燥，给施工作业增加额外的造价和负担，故一般只铺筑于长大钢桥、特殊地基以及养护维修困难区段等。因此，为了增加有砟轨道稳定施工的简便性及降低道砟固化成本，实现有砟轨道全路段稳定化的目标，迫切需要研发出新型稳定有砟轨道道床材料。
乳化沥青在常温下流变性好，粘度低且价格低廉，是实现冷修补，提高强度的重要材料，但普通乳化沥青初期强度低、耐老化性差，固化时间较慢，单独应用于有砟轨道道床中会产生稳定效果不佳且下渗至道床底部还未凝固的问题。根据中国专利200610036564.6阐述，环氧树脂热稳定性好，黏结力强，速凝后强度显著提高，采用环氧树脂对乳化沥青进行改性不仅能改善沥青与石料的粘结性，还能缩短乳化沥青的固化时间。因此，可以考虑在乳化沥青中添加环氧树脂。高速铁路路基设计使用年限100年，而公路使用年限为15年，可见铁路对于乳化沥青的耐久性的要求更高，故应该从使用年限角度对固化道砟用的乳化沥青进行***性设计。研究表明，含有深度降解胶粉的再生胶改性沥青在老化过程中，胶粉中的部分炭黑析出附在沥青表面，能在一定程度上对沥青起到防老化作用。因此，本发明针对现有稳定有砟轨道道床材料的不足，考虑采用再生胶改性沥青作为基础沥青，对其乳化后再进行适用于有砟道床的改性，使其具有较高的强度和稳定性，同时抗老化性显著提高，应用于有砟道床的前景广阔。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于稳定有砟轨道道床的复合改性乳化沥青及其制备方法，以解决现有稳定有砟轨道道床材料的不足，提高有砟轨道轨道的安全性，降低工程造价。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案。
一种稳定有砟轨道道床的复合改性乳化沥青，按重量百分比包含以下组分：再生胶改性沥青45%~56%，皂液28%，水性环氧树脂13%~23%，速凝剂3%~4%。其中，所述皂液包括乳化剂、蒸馏水、硅烷偶联剂。
本发明提供的改性乳化沥青中，所述再生胶沥青是由轮胎胶粉经螺杆挤出脱硫制备的再生胶经过湿法改性制备的，再生胶溶胶含量不低于8%，再生胶占沥青重量的20%。
本发明提供的改性乳化沥青中，所述皂液主要组分及其比例如下：乳化剂：硅烷偶联剂：蒸馏水=1.1：0.4：26.5。本发明提供的改性乳化沥青中，所述皂液的PH值为2~3。
本发明提供的改性乳化沥青中，所述乳化剂为阳离子快裂型乳化剂。
本发明提供的改性乳化沥青中，所述水性环氧树脂的组成成分及重量比例如下：环氧树脂82%~87%，乳化剂13%~18%。
本发明提供的改性乳化沥青中，所述环氧树脂为高分子量的环氧树脂，各项性能指标如下：环氧量（eq/100g）:0.42~0.54 ，黏度（25℃）(Pa.s):0.015~0.03，固含量>58%。高分子量的环氧树脂与乳化剂的相容性较好，可提高水性环氧树脂的稳定性。
本发明提供的改性乳化沥青中，所述速凝剂是一种硫酸铝型液体速凝剂，主要成分为硫酸铝、硫酸镁、有机胺、羟基羧酸、有机醇、无机酸。速凝剂能使水性环氧树脂迅速凝结形成交联网状结构，缩短工程周期。
本发明提供的改性乳化沥青中，采用先乳化后改性的方式进行制备，制备方法包含以下步骤：
（1）将乳化剂、硅烷偶联剂和蒸馏水按照比例配成皂液，加热到70℃备用；
（2）将再生胶改性沥青放入烘箱中升温至140~150℃备用；
（3）将加热的皂液缓慢倒入胶体磨中，高速剪切30s；
（4）通入再生胶改性沥青，高速剪切1~2min后制得乳化沥青，控制剪切速度在500~1000r/min；
（5）按比例将水性环氧树脂加入乳化沥青中搅拌混合均匀得组分A，控制搅拌速度500~1000r/min；
（6）再将速凝剂即组分B加入组分A中，搅拌混合制得环氧树脂改性乳化沥青。
本发明具有以下优势：
（1）本专利研发了一种稳定有砟轨道道床的改性乳化沥青，提高了有砟轨道的稳定性和耐久性，降低了工程造价，适合于高铁全路段铺筑。
（2）本专利所用的再生胶改性沥青中含有炭黑成分，能有效阻隔紫外线，提高改性乳化沥青的抗老化性。
（3）本专利采用环氧树脂对乳化沥青进行改性，充分利用环氧树脂粘接强度高、化学稳定性好、收缩率低的优势，有效提高乳化沥青的储存稳定性，粘结强度和防水性。
（4）为使改性乳化沥青下渗到有砟轨道道床底部时正好停止下渗，完成凝固，必须控制改性乳化沥青的下渗速度与凝固速度。本专利采用快裂型乳化剂并添加速凝剂，使改性乳化沥青下渗后能快速破乳凝固，停止下渗。
（5）本专利为使改性乳化沥青下渗到有砟轨道道床底部，将道床进行整体稳定，采用阳离子快裂型乳化剂。阳离子乳化剂会使沥青微粒上带有阳离子电荷，有助于沥青微粒吸附在集料表面，提高改性乳化沥青与集料的粘附性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
下面通过实施例进一步说明本发明，而本发明权利要求的保护范围不受实施例的限制。
实施例1
一种稳定有砟轨道道床的复合改性乳化沥青，按重量百分比包含以下组分：再生胶改性沥青45%，皂液28%，水性环氧树脂23%，速凝剂4%。其中，所述的皂液有市面普通皂液中必备的乳化剂、蒸馏水外，为了提高复合改性乳化沥青与石料的粘结性，提高复合改性沥青的抗水损效果，本专利的皂液中特意添加硅烷偶联剂。
本发明提供的改性乳化沥青中，所用的再生胶沥青是由轮胎胶粉经螺杆挤出脱硫制备的再生胶经过湿法改性制备的，再生胶溶胶含量为8%，再生胶占沥青重量的20%。
本发明提供的改性乳化沥青中，所用的皂液主要组分及其比例如下：乳化剂：硅烷偶联剂：蒸馏水=1.1：0.4：26.5。皂液的PH值为2。乳化剂为阳离子快裂型乳化剂。
本发明提供的改性乳化沥青中，所用的水性环氧树脂的组成成分及重量比例如下：环氧树脂82%，乳化剂18%。
本发明提供的改性乳化沥青中，所用的环氧树脂为高分子量的环氧树脂，各项性能指标如下：环氧量（eq/100g）: 0.54 ,黏度（25℃）(Pa.s): 0.03，固含量>58%。高分子量的环氧树脂与乳化剂的相容性较好，可提高水性环氧树脂的稳定性。
本发明提供的改性乳化沥青中，所用的速凝剂是一种硫酸铝型液体速凝剂，主要成分为硫酸铝、硫酸镁、有机胺、羟基羧酸、有机醇、无机酸。速凝剂能使水性环氧树脂迅速凝结形成交联网状结构，缩短工程周期。
实施例2
本实施例中，再生胶改性沥青56%，皂液28%，水性环氧树脂13%，速凝剂3%。
其中，皂液的PH值为2。
其中，环氧树脂87%，乳化剂13%。
其中，环氧树脂，各项性能指标如下：环氧量（eq/100g）:0.42 ,黏度（25℃）(Pa.s):0.015，固含量>58%。其余与实施例1相同。
实施例3
本实施例中，再生胶改性沥青50%，皂液28%，水性环氧树脂18%，速凝剂4%。
其中，环氧树脂85%，乳化剂15%。
其中，再生胶溶胶含量为9%。其余与实施例1相同。
实施例4
实施例1-3的改性乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：
（1）将乳化剂、硅烷偶联剂和蒸馏水按照比例配成皂液，加热到70℃备用；
（2）将45质量份再生胶改性沥青放入烘箱中升温至140℃备用；
（3）将加热的皂液缓慢倒入胶体磨中，高速剪切30s；
（4） 通入再生胶改性沥青，高速剪切1min后制得乳化沥青，控制剪切速度在1000r/min；
（5） 将23质量份水性环氧树脂乳液加入乳化沥青中搅拌混合均匀得组分A，控制搅拌速度1000r/min；
（6）再将4质量份速凝剂即组分B加入组分A中，搅拌混合制得环氧树脂改性乳化沥青。
实施例5
实施例1-3的改性乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：
（1）将乳化剂、硅烷偶联剂和蒸馏水按照比例配成皂液，加热到70℃备用；
（2）将51质量份再生胶改性沥青放入烘箱中升温至150℃备用；
（3）将加热的皂液缓慢倒入胶体磨中，高速剪切30s；
（4） 通入再生胶改性沥青，高速剪切1min后制得乳化沥青，控制剪切速度在1000r/min；
（5）将18质量份水性环氧树脂乳液加入乳化沥青中搅拌混合均匀得组分A，控制搅拌速度1000r/min；
（6）再将3质量份速凝剂即组分B加入组分A中，搅拌混合制得环氧树脂改性乳化沥青。
实施例6
实施例1-3的改性乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：
（1）将乳化剂、硅烷偶联剂和蒸馏水按照比例配成皂液，加热到70℃备用；
（2）将56质量份再生胶改性沥青放入烘箱中升温至150℃备用；（3）将加热的皂液缓慢倒入胶体磨中，高速剪切30s；
（4） 通入再生胶改性沥青，高速剪切2min后制得乳化沥青，控制剪切速度在500r/min；
（5）将13质量份水性环氧树脂乳液加入乳化沥青中搅拌混合均匀得组分A，控制搅拌速度500r/min；
（6）再将3质量份速凝剂即组分B加入组分A中，搅拌混合制得环氧树脂改性乳化沥青。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种稳定有砟轨道道床的改性乳化沥青，其特征在于，按重量百分比包含以下组分：再生胶改性沥青45%~56%，皂液28%，水性环氧树脂13%~23%，速凝剂3%~4%；其中，所述的皂液包括乳化剂、蒸馏水、硅烷偶联剂。
2.根据权利要求1所述的改性乳化沥青，其特征在于，所述再生胶改性沥青是由轮胎胶粉经螺杆挤出脱硫制备的再生胶经过湿法改性制备的，再生胶溶胶含量不低于8%，再生胶占沥青重量的20%。
3.根据权利要求1所述的改性乳化沥青，其特征在于，所述水性环氧树脂的组成成分及重量比例如下：环氧树脂82%~87%，乳化剂13%~18%。
4.根据权利要求3所述的改性乳化沥青，其特征在于，所述环氧树脂为高分子量的环氧树脂，各项性能指标如下：环氧量（eq/100g）:0.42~0.54 ,黏度（25℃）(Pa.s):0.015~0.03，固含量>58%。
5.根据权利要求1所述的改性乳化沥青，其特征在于，所述速凝剂为硫酸铝型液体速凝剂，成分包括硫酸铝、硫酸镁、有机胺、羟基羧酸、有机醇、无机酸。
6.根据权利要求1-6中任一项所述的改性乳化沥青的制备方法，其特征在于，采用先乳化后改性的方式进行制备，包含以下步骤：
（1）将乳化剂、硅烷偶联剂和蒸馏水按照比例配成皂液，加热到70℃备用；
（2）将再生胶改性沥青放入烘箱中升温至140~150℃备用；
（3）将加热的皂液缓慢倒入胶体磨中，高速剪切30s；
（4）通入再生胶改性沥青，高速剪切1~2min后制得乳化沥青，控制剪切速度在500~1000r/min；
（5）按比例将水性环氧树脂加入乳化沥青中搅拌混合均匀得组分A，控制搅拌速度500~1000r/min；
（6）再将速凝剂即组分B加入组分A中，搅拌混合制得环氧树脂改性乳化沥青。
7.根据权利要求7所述的改性乳化沥青的制备方法，其特征在于，所述皂液的PH值为2~3。
8.根据权利要求7所述的改性乳化沥青的制备方法，其特征在于，所述皂液组分及其比例如下：乳化剂：硅烷偶联剂：蒸馏水=1.1：0.4：26.5。
9.根据权利要求7所述的改性乳化沥青的制备方法，其特征在于，所述乳化剂为阳离子慢裂型乳化剂。
10.根据权利3-4中任一项所述的水性环氧树脂在制备改性乳化沥青的用途。
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