專利名稱：一種用于嚴寒地區板式無砟軌道的乳化瀝青及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種用于嚴寒地區板式無砟軌道的乳化浙青及其制備方法，具體涉及一種用于制備嚴寒地區高速鐵路、客運專線、城際鐵路板式無砟軌道水泥乳化浙青砂漿的乳化浙青及其制備方法。
背景技術：
目前我國正處于大規模高速鐵路建設時期，在鐵道部公布的2萬公里高速鐵路、客運專線以及城際鐵路中，板式無砟軌道有4000多公里，已成為我國高速鐵路主要的軌道結構形式之一。其中，水泥乳化浙青砂漿是板式無砟軌道的關鍵組成部分，一方面其起到填充、支撐、承力、傳力，提供適當的彈韌性的作用，另一方面其便于調整軌道施工誤差，大大簡化了后期的運營維護。因此，水泥乳化浙青砂漿的性能對列車高速行駛的安全性與乘坐的舒適性均有直接的影響。水泥乳化浙青砂漿主要由乳化浙青、水泥、砂子、聚合物乳液等組成，其中，乳化浙青是水泥乳化浙青砂漿的關鍵組成材料之一，其性能直接影響著水泥乳化浙青砂漿的工作性能和耐久性能。高速鐵路和客運專線板式無砟軌道水泥乳化浙青砂漿用乳化浙青區別于公路用乳化浙青，除了應 具有良好的貯存穩定性、勻質性等常規性能外，還應具有與強堿性的水泥砂漿體系良好的相容性、穩定性，良好的流動性和施工性能，以及不明顯影響水泥水化速度等性能。雖然近幾年陸續公開了一些關于高速鐵路水泥乳化浙青砂漿用乳化浙青的一些專利，但目前尚無相關專利涉及嚴寒地區板式無砟軌道水泥乳化浙青砂漿用乳化浙青。隨著高速鐵路建設的發展，我國東北、西北等廣大地區，尤其是地理緯度上沈陽以北的地區，修建高速鐵路、客運專線已經提上日程，因而適用于嚴寒地區高速鐵路、客運專線、城際鐵路板式無砟軌道水泥乳化浙青砂漿用乳化浙青的研發顯得更為迫切。

發明內容
本發明的目的是提供一種用于制備嚴寒地區板式無砟軌道水泥乳化浙青砂漿的乳化浙青。該乳化浙青具有穩定性高、溫度適應性好、材料適應性廣、與水泥、砂子混合后不顯著影響水泥的水化，與骨料的粘附力強等優點，適用于板式無砟軌道，尤其是嚴寒地區CRTS I型高速鐵路、客運專線、城際鐵路板式無砟軌道。本發明的另一目的是提供所述乳化浙青的制備方法。本發明用于實現上述目的的技術方案如下一種用于嚴寒地區板式無砟軌道的乳化浙青，以質量份數計，該乳化浙青包含基質浙青或改性浙青55-65份；水35-45份；穩定劑0. 1-1. 0份；增稠劑0-1. 0份；pH調節劑0-2. 0份；界面改性劑0. 1-1. 5份；以及陽離子型乳化劑0. 6-1. 8份、非離子型乳化劑
0.4-1. 2份和任選的兩性離子型乳化劑0-1. 0份與礦物乳化劑0-0. 6份，并且所述乳化劑總計1. 0-4. 0 份。
在本發明所述的乳化浙青中，優選地，所述基質浙青為50#-130#重交通道路石油浙青；更優選地，所述基質浙青為70#-90#重交通道路石油浙青。優選地，所述改性浙青選自天然橡膠改性浙青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性浙青、丁苯橡膠改性浙青、氯丁橡膠改性浙青、順丁橡膠改性浙青和丁基橡膠改性浙青中的一種或幾種；更優選地，所述改性浙青為SBS改性浙青和/或丁苯橡膠改性浙青。在CRTS I型水泥乳化浙青砂衆中，浙青成為連續相，是結構中的主體成分，浙青性能直接影響其與水泥、砂子等之間的界面狀態，本發明浙青材料的選擇與乳化浙青、水泥乳化浙青砂漿使用的嚴寒地區氣候環境條件相適應。 在本發明的乳化浙青中，所述乳化劑是把浙青制備成乳化浙青并賦予乳化浙青特殊性能的關鍵組分。本發明的乳化劑是把陽離子型乳化劑、非離子型乳化劑以及任選的兩性離子型乳化劑和礦物乳化劑按照所述比例混合在一起的復合乳化劑。該復合乳化劑制備的乳化浙青呈現出慢裂屬性，這對于乳化浙青性能非常重要，其原因在于水泥乳化浙青砂漿是有機-無機復合體系，乳化浙青與水泥是組成材料中的主要活性組分，水泥的水化程度直接影響著砂漿的整體骨架結構，而水泥水化是一個逐步進行的過程，因而在制備乳化浙青時采用慢裂屬性的乳化劑，以保證乳化浙青破乳與水泥水化的協調進行，若破乳速度過快，則會導致水泥未完全水化即被浙青所包裹，從而使得砂漿無法形成連續穩定的整體結構，難以保證砂漿的使用性能及使用壽命。其中，優選地，所述陽離子乳化劑選自烷基胺、酰胺、咪唑啉、環氧乙烷二胺、胺化木質素和季銨鹽中的一種或幾種。所述非離子乳化劑選自聚氧乙烯型、多元醇型和聚醚型中的一種或幾種。所述礦物乳化劑選自粘土、陶土、膨潤土和石灰中的一種或幾種。所述兩性離子型乳化劑選自氨基酸型、羧酸基甜菜堿、磺基甜菜堿、磷酸脂甜菜堿、咪唑啉型中的一 種或幾種。在本發明的乳化浙青中，所述穩定劑優選為無機鹽類，如可溶性氯化物鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽中的一種或幾種，優選為氯化鈣、氯化鈉、氯化銨、硫酸鈉和硅酸鈉中的一種或幾種。所述穩定劑可以通過調整浙青顆粒周圍雙電層的離子電位差，增加顆粒之間的排斥力，增強乳化浙青的穩定性。在本發明的乳化浙青中，所述pH值調節劑可以是酸或堿。其中，酸可以為無機酸和/或有機酸，例如鹽酸、硫酸、硝酸、冰醋酸、檸檬酸、脂肪酸和水楊酸中的一種或幾種。堿可以為強堿性物質和/或弱堿性物質，例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉和碳酸氫鈉中的一種或幾種。其可以通過調節乳化劑溶液的酸堿度，調節浙青的乳化效果以及浙青顆粒表面雙電層的離子強度，對于制備本發明所述用途的乳化浙青具有重要的作用。在本發明的乳化浙青中，所述增稠劑可以是天然或合成的化合物，可以選自淀粉、明膠、胺類、聚乙烯醇、纖維素、聚丙烯酸鹽、聚醚、聚氨酯和聚脲中的一種或幾種。所述增稠劑的加入會在水中形成膠體溶液，使體系的粘度上升，減緩了浙青顆粒的聚結速度，并能在浙青顆粒表面形成保護膜，由于空間位阻效應使得浙青顆粒處于良好的分散狀態。在本發明的乳化浙青中，所述界面改性劑可以為聚氧乙烯醚、烷基胺與聚羧酸型高分子表面活性劑的混合物。其中根據使用條件的不同，以質量份數計，在界面改性劑中三種組分的比例為，聚氧乙烯醚占0-1份，烷基胺占0-0. 5份，聚羧酸型高分子表面活性劑占1.0-2. 5份。其作用在于改善有機組分與無機膠凝材料的界面結合狀態，降低乳化浙青以及水泥乳化浙青砂漿拌合物的溫度敏感性，提高乳化浙青和水泥、砂子之間的相容性，從而顯著降低外加拌和水以及總水量低，完善砂漿微觀結構，提高水泥乳化浙青砂漿致密性和水密性，從而提高制得水泥乳化浙青砂漿的抗凍性等。優選地，本發明的乳化浙青用于嚴寒地區高速鐵路、客運專線、城際鐵路板式無砟軌道；更優選地，本發明的乳化浙青用于嚴寒地區CRTS I型高速鐵路、客運專線、城際鐵路板式無砟軌道。本發明的另一目的提供了上述乳化浙青的制備方法，該制備方法包括以下步驟(I)將基質浙青或改性浙青加熱至熔融備用；(2)將乳化劑、增稠劑、穩定劑和界面改性劑加入到水中攪拌溶解，用pH調節劑調節溶解所得乳液的PH值至2-12 ；(3)將步驟(I)得到的基質浙青或改性浙青與步驟(2)得到的乳液混合乳化，即得乳化浙青；其中，優選采用乳化機進行混合乳化，所述乳化機的轉速優選為10000土lOOOrpm。在所述步驟(I)中，優選地，所述基質浙青加熱至熔融的溫度為110°C -140°C,更優選為120°C -130 °C ;所述改性浙青加熱至熔融的溫度為140°C _180°C，更優選為150。。-160。。。在所述步驟(2)中， 優選地，所述水的溫度為40°C _70°C，更優選為55°C _65°C;所述乳液調節PH值后的溫度為50°C -60°C。在所述步驟(3)中，優選地，所述乳化浙青中的浙青顆粒粒徑為1μπι-5μπι;更優選為1. O μ m-2. 5 μ m。優選地，所述乳化浙青經攪拌冷卻至溫度低于35°C后使用。本發明提供的乳化浙青與水泥等材料具有良好的拌和效果，相容性好，穩定性強，不顯著影響水泥的水化速度等性能，制備的水泥乳化浙青砂漿具有良好時可工作性能，滿足現場施工要求。檢測表明，本發明提供的乳化浙青性能滿足表I的要求，采用本發明提供的乳化浙青與水泥、砂等其他原材料(滿足《客運專線鐵路CRTS I型板式無砟軌道水泥乳化浙青砂漿暫行技術條件》)配制的水泥乳化浙青砂漿性能滿足表2中所列出的各種要求，該砂漿能夠較好的適用于嚴寒地區高速鐵路、客運專線、城際鐵路板式無砟軌道。表I本發明乳化浙青性能指標
權利要求
1.一種用于嚴寒地區板式無砟軌道的乳化浙青，以質量份數計，該乳化浙青包含基質浙青或改性浙青55-65份；水35-45份；穩定劑O. 1-1. O份；增稠劑0-1. O份；pH調節劑0-2. O份；界面改性劑O. 1-1. 5份；以及陽離子型乳化劑O. 6-1. 8份、非離子型乳化劑O.4-1. 2份和任選的兩性離子型乳化劑0-1. O份與礦物乳化劑0-0. 6份，并且所述乳化劑總計1. 0-4. O 份。
2.根據權利要求1所述的乳化浙青，其特征在于，所述基質浙青為50#-130#重交通道路石油浙青；優選地，所述基質浙青為70#-90#重交通道路石油浙青； 所述改性浙青選自天然橡膠改性浙青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性浙青、丁苯橡膠改性浙青、氯丁橡膠改性浙青、順丁橡膠改性浙青和丁基橡膠改性浙青中的一種或幾種；優選地，所述改性浙青為SBS改性浙青和/或丁苯橡膠改性浙青。
3.根據權利要求1或2所述的乳化浙青，其特征在于，所述陽離子乳化劑選自烷基胺、酰胺、咪唑啉、環氧乙烷二胺、胺化木質素和季銨鹽中的一種或幾種；所述非離子乳化劑選自聚氧乙烯型、多元醇型和聚醚型中的一種或幾種；所述礦物乳化劑選自粘土、陶土、膨潤土和石灰中的一種或幾種；所述兩性離子型乳化劑選自氨基酸型、羧酸基甜菜堿、磺基甜菜堿、磷酸脂甜菜堿、咪唑啉型中的一種或幾種。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的乳化浙青，其特征在于，所述穩定劑為無機鹽類，如可溶性氯化物鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽中的一種或幾種，優選為氯化鈣、氯化鈉、氯化銨、硫酸鈉和硅酸鈉中的一種或幾種。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的乳化浙青，其特征在于，所述pH值調節劑為酸或堿；其中，酸為無機酸和/或有機酸，例如鹽酸、硫酸、硝酸、冰醋酸、檸檬酸、脂肪酸和水楊酸中的一種或幾種；堿為強堿性物質和/或弱堿性物質，例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉和碳酸氫鈉中的一種或幾種。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的乳化浙青，其特征在于，所述增稠劑是天然或合成的化合物，選自淀粉、明膠、胺類、聚乙烯醇、纖維素、聚丙烯酸鹽、聚醚、聚氨酯和聚脲中的一種或幾種。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的乳化浙青，其特征在于，所述界面改性劑為聚氧乙烯醚、烷基胺與聚羧酸型高分子表面活性劑的混合物，其中根據使用條件的不同，以質量份數計，在界面改性劑中三種組分的比例為，聚氧乙烯醚占0-1份，烷基胺占0-0. 5份，聚羧酸型高分子表面活性劑占1. 0-2. 5份。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的乳化浙青，其特征在于，所述乳化浙青用于嚴寒地區高速鐵路、客運專線、城際鐵路板式無砟軌道；優選地，所述乳化浙青用于嚴寒地區CRTS I型高速鐵路、客運專線、城際鐵路板式無砟軌道。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的乳化浙青的制備方法，該制備方法包括以下步驟 (1)將基質浙青或改性浙青加熱至熔融備用； (2)將乳化劑、增稠劑、穩定劑和界面改性劑加入到水中攪拌溶解，用pH調節劑調節溶解所得乳液的PH值至2-12; (3)將步驟(I)得到的基質浙青或改性浙青與步驟(2)得到的乳液混合乳化，即得乳化浙青；其中，優選采用乳化機進行混合乳化，所述乳化機的轉速優選為10000±1000rpm。
10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟(I)中，所述基質浙青加熱至熔融的溫度為110°c -140°c，優選為120°C -130°C;所述改性浙青加熱至熔融的溫度為140。。_180°C，優選為 150。。-160。。。
11.根據權利要求9或10所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟(2)中，所述水的溫度為40°C _70°C，優選為55°C -65°C ;所述溶液調節pH值后的溫度為50°C _60°C。
12.根據權利要求9至11中任一項所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟(3)中，所述乳化浙青中的浙青顆粒粒徑為I U m-5 V- m ;優選為1. 0 ii m-2. 5 u m ;優選地,所述乳化浙青經攪拌冷卻至溫度低于35°C后使用。
全文摘要
本發明提供一種用于嚴寒地區板式無砟軌道的乳化瀝青及其制備方法。以質量份數計，該乳化瀝青包含基質瀝青或改性瀝青55-65份；水35-45份；穩定劑0.1-1.0份；增稠劑0-1.0份；pH調節劑0-2.0份；界面改性劑0.1-1.5份；以及陽離子型乳化劑0.6-1.8份、非離子型乳化劑0.4-1.2份和任選的兩性離子型乳化劑0-1.0份與礦物乳化劑0-0.6份，并且所述乳化劑總計1.0-4.0份。該乳化瀝青具有穩定性高、溫度適應性好、材料適應性廣、與水泥、砂子混合后不顯著影響水泥的水化，與骨料的粘附力強等優點，適用于板式無砟軌道，尤其是嚴寒地區CRTSⅠ型高速鐵路、客運專線、城際鐵路板式無砟軌道。
文檔編號C08J3/03GK103059589SQ201210587078
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者李海燕, 吳韶亮, 邵丕彥, 賈恒瓊, 李洪剛, 王濤, 魏曌, 劉子科 申請人:中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所