本發(fā)明涉及建筑材料，具體涉及一種鐵路軌道結(jié)構(gòu)混凝土超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、高速列車荷載長期往復(fù)、頻繁制動(dòng)荷載作用下，軌道結(jié)構(gòu)混凝土?xí)a(chǎn)出各種病害或傷損(如裂紋、離縫，剝離掉塊等)，嚴(yán)重影響軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、平順性和耐久性。為了有效修補(bǔ)結(jié)構(gòu)裂縫、延長結(jié)構(gòu)服役壽命，研發(fā)高性能修補(bǔ)材料意義重大。
2、軌道結(jié)構(gòu)混凝土承受來自高速列車的反復(fù)強(qiáng)制動(dòng)荷載，要求修補(bǔ)材料與舊混凝土界面具有高粘結(jié)強(qiáng)度。通過添加聚合物可提高界面粘結(jié)強(qiáng)度，但運(yùn)營一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)修補(bǔ)材料與舊混凝土界面產(chǎn)生裂縫，即界面區(qū)抗剪切強(qiáng)度不足。
3、另外，在鐵路運(yùn)營時(shí)，用于維護(hù)的“天窗時(shí)間”很短，在不影響鐵路運(yùn)營的情況下，需修補(bǔ)材料的抗壓強(qiáng)度2小時(shí)達(dá)到20mpa以上，特殊條件時(shí)則要求更高，以滿足通車的要求。而硅酸鹽水泥修補(bǔ)材料早期抗壓強(qiáng)度低，不滿足強(qiáng)度要求，且收縮較大，硫鋁酸鹽水泥修補(bǔ)材料的早期強(qiáng)度高，但脆性較大，無法抵抗高速列車的沖擊疲勞荷載作用。中國專利cn111533517a報(bào)道了一種用于高速鐵路混凝土軌道板的快速修補(bǔ)砂漿，采用硫鋁酸鹽水泥、硅酸鹽水泥或超細(xì)水泥復(fù)配，快速修補(bǔ)砂漿2h抗壓強(qiáng)度就達(dá)到21mpa以上，1d抗壓強(qiáng)度在42mpa以上，28天時(shí)抗壓強(qiáng)度可達(dá)70mpa；砂漿的抗折強(qiáng)度在2h、1d和28d時(shí)分別可以達(dá)到4.3mpa以上、6.3mpa以上以及11.7mpa以上。但該專利報(bào)道的修補(bǔ)砂漿抗折強(qiáng)度較低，無法滿足未來超高速鐵路、地鐵等列車的高強(qiáng)高頻次沖擊荷載作用。
4、綜上所述，用于鐵路軌道混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)材料需具有低粘度、超早強(qiáng)、界面粘結(jié)強(qiáng)度高、耐疲勞等特點(diǎn)。而現(xiàn)有修補(bǔ)材料與方法難以滿足上述要求，隨著我國鐵路交通的快速發(fā)展，既有線路的維修改造成為鐵路交通的核心問題之一，因此該材料有巨大的市場前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種鐵路軌道結(jié)構(gòu)混凝土超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿及其制備方法與應(yīng)用。通過多元膠凝材料復(fù)合技術(shù)、聚合物乳液改性技術(shù)、納米材料晶種早強(qiáng)技術(shù)、混雜纖維增韌技術(shù)、植抗剪筋技術(shù)，提高了修補(bǔ)材料早期強(qiáng)度、韌性以及界面抗剪能力。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
3、一種鐵路軌道結(jié)構(gòu)混凝土超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，其原料組分包括：超細(xì)硅酸鹽水泥20～40份、硫鋁酸鹽水泥60～80份、礦物摻合料5～10份、石英砂160～200份、纖維1～3份、樹脂乳液2～6份、固化劑1～3份、早強(qiáng)劑1～5份、流變助劑0.001～0.005份、消泡劑0.01～0.03份、減水劑3-5份、水15～30份。
4、本發(fā)明中，上述的修補(bǔ)砂漿還可由上述原料組成。
5、進(jìn)一步地，所述水泥為超細(xì)硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥混合物。
6、進(jìn)一步地，所述樹脂乳液為水性環(huán)氧樹脂或聚丙烯酸樹脂乳液。
7、進(jìn)一步地，所述砂為砂為粒徑2.36mm以下的級(jí)配石英砂。
8、進(jìn)一步地，所述礦物摻合料為硅灰、s95級(jí)礦粉、粉煤灰中的一種或兩種。
9、進(jìn)一步地，所述纖維為鋼纖維和玄武巖纖維。
10、進(jìn)一步地，所述的固化劑為多元胺固化劑、改性脂肪胺固化劑、酚醛胺固化劑的一種或兩種。
11、進(jìn)一步地，所述的消泡劑為有機(jī)硅類消泡劑。
12、進(jìn)一步地，所述的減水劑為聚羧酸類高效減水劑，減水率大于25％。
13、進(jìn)一步地，所述早強(qiáng)劑為納米c-s-h晶種、納米二氧化硅、三乙醇胺中的一種或兩種。
14、進(jìn)一步地，所述水為城市自來水。
15、進(jìn)一步地，所述流變助劑為可分散乳膠粉或羥甲基纖維素醚。
16、一種鐵路軌道結(jié)構(gòu)混凝土超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的制備方法，其包括以下步驟：
17、將樹脂乳液、固化劑、消泡劑、減水劑和水先混合60s，備用；再將水泥、礦物摻合料、石英砂、纖維、早強(qiáng)劑和流變助劑加入混合液中，攪拌均勻，得到所述修補(bǔ)砂漿。
18、上述的鐵路軌道結(jié)構(gòu)混凝土超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿在鐵路軌道結(jié)構(gòu)混凝土修補(bǔ)中的應(yīng)用。
19、進(jìn)一步地，所述應(yīng)用包括以下步驟：修補(bǔ)區(qū)域鑿除、除塵，鉆孔植筋，模具安裝、澆筑，拆模。
20、進(jìn)一步地，所述植筋選用鋼筋或玄武巖纖維筋。
21、本發(fā)明利用硫鋁酸鹽水泥快速水化生成的鈣礬石及高水化熱提高硅酸鹽水泥的早期強(qiáng)度，降低了凝結(jié)硬化時(shí)間。利用礦物摻合料的二次水化作用保障了后期強(qiáng)度穩(wěn)定增長。樹脂乳液通過乳化技術(shù)降低了聚合物的粘度，提高了其與水泥體系的相容性，有利于改善復(fù)合膠凝體系的流動(dòng)性。聚合物固化后，大分子鏈上的極性官能團(tuán)增強(qiáng)了界面粘結(jié)強(qiáng)度。利用納米c-s-h晶種和納米二氧化硅的成核效應(yīng)，加速膠凝體系的水化速率，同時(shí)納米材料發(fā)揮顆粒填充作用，進(jìn)一步提高了膠凝體系的早期強(qiáng)度。利用鋼纖維和短切纖維的混雜協(xié)同增韌原理，提高修補(bǔ)材料的韌性，鋼纖維由于彈性模量高，變形能力較弱，可發(fā)揮微加筋作用，短切纖維變形能力強(qiáng)，緩解裂縫集中應(yīng)力，抑制裂縫產(chǎn)生，從而抵抗高速列車的高強(qiáng)沖擊荷載作用。利用植筋提高修補(bǔ)材料與舊混凝土界面的抗剪承載力，腐蝕環(huán)境下選用高耐蝕玄武巖纖維筋，進(jìn)而提高新舊混凝土界面抵抗沖擊荷載的能力。
22、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：
23、本發(fā)明通過多元膠凝材料復(fù)合技術(shù)、聚合物乳液改性技術(shù)、納米材料晶種早強(qiáng)技術(shù)、混雜纖維增韌技術(shù)、植筋抗剪技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了修補(bǔ)材料的自流平、高早強(qiáng)、高抗折、低收縮、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，修補(bǔ)后界面可抵抗高速列車沖擊荷載的強(qiáng)剪切作用。本發(fā)明技術(shù)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)顯著，可為橋梁、道路、機(jī)場等基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)提供材料與技術(shù)支撐。
1.一種鐵路軌道結(jié)構(gòu)混凝土超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿，其特征在于，按重量份計(jì)，其組分含量包括：超細(xì)硅酸鹽水泥20～40份、硫鋁酸鹽水泥60～80份、礦物摻合料5～10份、石英砂160～200份、纖維1～3份、樹脂乳液2～6份、固化劑1～3份、早強(qiáng)劑1～5份、流變助劑0.001～0.005份、消泡劑0.01～0.03份、減水劑3-5份、水15～30份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固化劑為多元胺固化劑、改性脂肪胺固化劑、酚醛胺固化劑的一種或兩種；所述的消泡劑為有機(jī)硅類消泡劑；所述的減水劑為聚羧酸類減水劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路軌道結(jié)構(gòu)混凝土超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿，其特征在于，所述樹脂乳液為水性環(huán)氧樹脂乳液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路軌道結(jié)構(gòu)混凝土超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿，其特征在于，所述礦物摻合料為硅灰、s95級(jí)礦粉、粉煤灰中的一種或兩種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路軌道結(jié)構(gòu)混凝土超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿，其特征在于，所述纖維為鋼纖維和玄武巖纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路軌道結(jié)構(gòu)混凝土超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿，其特征在于，所述早強(qiáng)劑為納米c-s-h晶種、納米二氧化硅、三乙醇胺中的一種或兩種；所述流變助劑為可分散乳膠粉或羥甲基纖維素醚。
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的鐵路軌道結(jié)構(gòu)混凝土超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
8.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的鐵路軌道結(jié)構(gòu)混凝土超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿在鐵路軌道結(jié)構(gòu)混凝土修補(bǔ)中的應(yīng)用。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟：待修補(bǔ)區(qū)域鑿除、除塵，鉆孔植筋，模具安裝、澆筑，拆模。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述植筋選用鋼筋或玄武巖纖維筋。