用于高速铁路或轻轨板式无碴轨道CA砂浆中的乳化沥青

摘要

本发明请求保护一种专门用于高速铁路或轻轨板式无碴轨道CA砂浆中的乳化沥青，其组成按重量计为：沥青38％－55％、阳离子表面活性剂3％％－20％、非离子表面活性剂5％－20％、助剂2.0％－8.0％，其余为水，本乳化沥青可有效避免CA砂浆产生离析，使CA砂浆工作时间适宜，达到1小时以上，给实际施工留下了充分的时间，使之实用化。以本乳化沥青制备的CA砂浆早期强度可达到1.5－2.0MPa，易于控制CA砂浆的含气量、流动度、早期强度、材料分离度等指标。并且乳化沥青本身贮存稳定性好，在0－40℃温度下可以贮存至少6个月不产生分层离析，便于运输和贮存，也不会对钢铁设备和混凝土中的钢筋造成腐蚀。

说明书

                            技术领域

本发明涉及一种乳化沥青，主要用于高速铁路板式无碴轨道的CA砂浆中，也可以用于城市轻轨中。

                            技术背景

我国正在实施大规模高速铁路计划，据悉铁道部公布未来五年将新建2万公里高速专用铁路。高速专用铁路的路基将采用“无碴轨道”技术，现行铁路路基下都有碎石路基，新的“无碴轨道”类似于“水泥路”，不会再有碎石路基。与普通铁路相比，无碴轨道具有无飞溅伤害、高稳定性、少维修、寿命长的优点。无碴轨道技术在欧洲、日本最为成熟，其特点是在路基上铺设混凝土底座，在底座上放置预制的轨道板，两者之间预留约5cm的空隙，灌注乳化沥青水泥沙浆(CA砂浆)，固化后形成均匀的兼具刚性和弹性的填充垫层。因此乳化沥青水泥CA沙浆的使用对于提高列车高速行驶的安全性和乘坐的舒适性有非常重要的意义。一般的乳化沥青由于未考虑CA砂浆的特殊要求，不能满足使用需要，易出现工作时间短、砂浆离析等问题。中国专利虽然公开一些乳化沥青的专利文献，但均存在一定得问题(见实施例7-12)。如有一种无碴轨道乳化沥青水泥沙浆，在经秦沈客运专线进行试铺，其实际应用效果仍不理想。另公开的一种乳化沥青和沥青水泥沙浆，在成本、稳定性等方面还有待提高。还有一种铁路或者轻轨板式无碴轨道专用乳化沥青，其乳化剂的比例比较小，通过申请人在其技术方案下进行试验，无法达到使用要求；同时，它需要盐酸等调节pH值，容易对铁桶或者储罐、槽车等储运设备造成腐蚀，还需要加增稠剂，且制备工艺复杂。

总之，现有制备乳化沥青水泥CA沙浆的乳化沥青主要存在着稳定性差、离子强度较高，与水泥体系的相容性差，使得制备出的乳化沥青水泥CA沙浆可工作时间短、温度适应范围窄、易分层、填充性差等不足，特别是在稳定性和早期强度等方面没有达到铁道部规定的无碴轨道乳化沥青水泥CA砂浆技术条件。国外虽有类似产品，但存在价格高、原料来源受到限制，生产工艺复杂等问题。

                            发明内容

本发明的目的就是要提供一种专门用于高速铁路或轻轨板式无碴轨道CA砂浆中的乳化沥青，避免CA砂浆产生离析，可使CA砂浆工作时间适宜，使之实用化。乳化沥青本身贮存稳定性好，便于运输和贮存，也不会对设备造成腐蚀。

本发明所涉及的技术方案是：

本发明的乳化沥青组成为：(按重量计，以下同)

沥青                                38.0％-55.0％，最好为41.0％-50.0％；

阳离子表面活性剂                    3.0％％-20.0％，最好为4.0％-18.0％；

非离子表面活性剂                    5.0％-20.0％，最好为6.0％-18.0％；

助剂                                2.0％-8.0％，最好为2.0％-7.5％；

其余为水

其中的沥青来源广泛，可以为天然沥青、石油沥青、煤沥青等一切来源的沥青，最好是石油沥青，其针入度为40-140(1/10mm)，最好为60-120(1/10mm)。

由于同一种乳化剂用量不同时，对沥青材料的性能影响不同。一般道路沥青乳化生产时，乳化剂用量约为乳化沥青总重的0.4％，重交沥青乳化时一般为0.8％～1.6％。乳化剂用量在1.0％以下时，使沥青延度降低，当用量大于1.5％时，使沥青延度提高。且随着乳化剂用量的增加，乳化沥青的黏度会降低，储存稳定性增强，破乳时间延长。所以，本发明大大地提高了乳化剂用量。

同时，本申请经研究发现，单一乳化剂无法满足CA砂浆对沥青乳液的要求，因为单一乳化剂有固定的HLB值，它不能满足复杂的沥青乳化所需要HLB范围。因此本发明特别选择了离子型和非离子型两种乳化剂，按不同的比例进行复配，形成复合乳化剂。通过离子型乳化沥青中的粒子的静电斥力而产生一定的张力，使沥青乳液的稳定性降低。而当其与非离子型乳化剂复合使用时，二者将交替吸附在颗粒表面，从而大大降低了颗粒之间的静电张力，另外非离子乳化剂水化作用形成的水化层，对乳液的稳定性也有一定的协同效应，因此，复合的乳化剂可以达到了显著优于单一乳化剂的乳化效果。

在具体的表面活性剂选择重，本发明所用的阳离子表面活性剂选择了十二烷基胺、十四烷基胺、十六烷基胺、十八烷基胺、椰子油胺、牛脂胺、氢化牛脂胺、氢化牛脂基丙撑二胺、油胺、二十二烷基胺、大豆油胺、1-氨乙基-2-十七烷基咪唑啉-2、1-氨乙基-2-十七烷基咪唑啉-2盐酸盐、猪脂基丙撑二胺、木质素、多乙烯多胺、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵中的一种或多种。而本发明对非离子表面活性剂则选择十二酸单乙醇酰胺、十二酸二乙醇酰胺、椰油酸单乙醇酰胺、椰油酸二乙醇酰胺、聚氧乙烯山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯山梨醇单油酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种。采用上述表面活性剂进行复合，有利于消除单用非离子表面活性剂易产生浊点低的问题，也可以避免单用阳离子表面活性剂产生沥青颗粒粗大的问题。使用上述复合表面活性剂，可以缩小油水两者之间的相对密度差值及粘度的差值，增强沥青微粒的电势，易于形成双电层，增加颗粒之间的相互排斥力，阻碍沥青微粒的聚合倾向。

本发明所用的助剂采用稳定剂和添加剂。

稳定剂选用铵盐、镁盐、钙盐、锶盐和铁盐中的一种或多种，特别是采用锶盐，可以显著增加无机盐化合物可以增加颗粒间双层电效应，增加颗粒间的相互排斥力，减缓颗粒之间的凝聚速度，提高乳化能力，改善乳液的稳定性，增强与骨料的粘附能力及CA砂浆早期强度。

添加剂选用阳离子瓜耳豆胶、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、醇类、聚马来酸酐、聚丙烯酰胺中的一种或多种，可以加入高分子缔合的添加剂，形成坚固的胶束，提高了乳液的粘度，改善了CA砂浆的材料分离度。

其中所用的醇类添加剂为碳原子数为1-20个的醇、各种分子量的聚乙烯醇、各种分子量的聚乙二醇中的一种或多种。

本发明产品的制备方法是采用常规的制备乳化沥青的方法，即：取规定重量的沥青，加热至110-180℃，将按规定重量称好的表面活性剂和稳定剂、添加剂溶于30-80℃的水中，形成水溶液，使沥青与表面活性剂和稳定剂、添加剂的水溶液一起通过乳化设备即可制得本发明产品。

本发明的技术效果

本发明提出的乳化沥青可以有效避免CA砂浆产生离析，使CA砂浆工作时间适宜，达到1小时以上，给实际施工留下了充分的时间，使之实用化。本发明的乳化沥青制备的CA砂浆早期强度可达到1.5-2.0MPa。易于控制CA砂浆的含气量、流动度、早期强度、材料分离度等指标。并且乳化沥青本身贮存稳定性好，在0-40℃温度下可以贮存至少6个月不产生分层离析，便于运输和贮存，也不会对钢铁设备和混凝土中的钢筋造成腐蚀。

本发明产品经在我国首条无碴轨道遂渝铁路实验段的蔡家车站、湾里头隧道外等处共计约3公里路段实际铺设试用，取得了良好的效果，性能符合下列要求：(中华人民共和国铁道部《遂渝线板式无碴轨道乳化沥青水泥CA砂浆技术条件》)

筛余物(1.18mm)               小于        0.1％

贮存稳定性(1天，25℃)        小于        1.0％

蒸发残留物延度(15℃)         大于        100cm

蒸发残留物溶解度(三氯乙烯)   大于        97％

蒸发残留物含量                           58-63％

蒸发残留物针入度(25℃，100g)             60-120

                        具体实施方式

实施例1(以重量份计)

取90号重交道路沥青50.0份，阳离子表面活性剂椰子油胺4.0份，非离子表面活性剂椰油酸二乙醇酰胺6.0份，稳定剂氯化锶0.15份，添加剂聚乙烯醇1.85份，水38.0份。将上述的沥青加热至150℃，添加剂聚乙烯醇溶于沸水中，冷至60℃，将其它成分溶于聚乙烯醇水溶液中，形成混合水溶液，然后使沥青和该水溶液一同通过乳化设备即可制得乳化沥青，产品性质见表1。

实施例2(以重量份计)

取120号直馏沥青52.0份，阳离子表面活性剂1-氨乙基-2-十七烷基咪唑啉-2盐酸盐6.5份，非离子表面活性剂聚氧乙烯(20)山梨醇单油酸酯(T-80)6.0份，稳定剂硫酸亚铁0.2份，添加剂阳离子瓜耳豆胶2.0份，水33.3份。将上述的沥青加热至150℃，添加剂阳离子瓜耳豆胶溶于40℃水中，将其它成分溶于阳离子瓜耳豆胶水溶液中，形成混合水溶液，然后使沥青和该水溶液一同通过乳化设备即可制得乳化沥青，产品性质见表1。

实施例3(以重量份计)

取大庆丙烷脱油沥青48.0份，阳离子表面活性剂氢化牛脂基丙撑二胺5.0份，非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(20)5.0份，稳定剂硫酸铵0.1份，添加剂羟乙基纤维素2.5份，水39.4份。将上述的沥青加热至150℃，添加剂羟乙基纤维素溶于40℃水中，将其它成分溶于羟乙基纤维素水溶液中，形成混合水溶液，然后使沥青和该水溶液一同通过乳化设备即可制得乳化沥青，产品性质见表1。

实施例4(以重量份计)

取胜利100号沥青40.0份，阳离子表面活性剂十八烷基二甲基苄基氯化铵8.0份，非离子表面活性剂聚氧乙烯山梨醇单月桂酸酯10.0份，稳定剂氯化钙0.08份，添加剂聚马来酸酐2.12份，水39.8份。将上述的沥青加热至150℃，添加剂聚马来酸酐溶于55℃水中，将其它成分溶于聚马来酸酐水溶液中，形成混合水溶液，然后使沥青和该水溶液一同通过乳化设备即可制得乳化沥青，产品性质见表1。

实施例5(以重量份计)

取胜利100号沥青42.0份，阳离子表面活性剂1-氨乙基-2-十七烷基咪唑啉-2盐酸盐7.0份，非离子表面活性剂十二酸二乙醇酰胺8.0份，稳定剂氯化锶0.15份，添加剂阳离子瓜耳豆胶2.85份，水40.0份。将上述的沥青加热至150℃，添加剂阳离子瓜耳豆胶溶于50℃水中，将其它成分溶于阳离子瓜耳豆胶水溶液中，形成混合水溶液，然后使沥青和该水溶液一同通过乳化设备即可制得乳化沥青，产品性质见表1。

实施例6(以重量份计)

取胜利100号沥青45.0份，阳离子表面活性剂猪脂基丙撑二胺7.0份，非离子表面活性剂聚氧乙烯山梨醇单月桂酸酯9.0份，稳定剂氯化钙0.08份，添加剂聚乙烯醇2.42份，水36.5份。将上述的沥青加热至150℃，添加剂聚乙烯醇溶于55℃水中，将其它成分溶于聚乙烯醇水溶液中，形成混合水溶液，然后使沥青和该水溶液一同通过乳化设备即可制得乳化沥青，产品性质见表1。

                      表1实施例1-6乳化沥青产品的性质

  性质 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6  性能指标  筛余物，wt％ 0.03 0.02 0.05 0.01 0.02 0.06  不大于0.1  低温稳定性(-5  ℃)  无粗颗粒  或块状物  无粗颗粒  或块状物  无粗颗粒  或块状物  无粗颗粒  或块状物  无粗颗粒  或块状物  无粗颗粒  或块状物  贮存稳定性，(1  天，25℃)  0.02  0.02  0.01  0.01  0.01  0.02  不大于1  蒸  发  残  留  物  性  质 针入度， 1/10mm  88  116  63  100  99  106  60-120 延度，cm  108  110  102  110  101  105  ≥100 溶解度(三 氯乙烯)  99  99  100  99  98  99  ≥97％

以下是本申请人对现有技术进行试验的实施例：

实施例7(以重量份计)

取胜利90号沥青42.0份，阳离子表面活性剂硬脂基丙撑二胺7.0份，非离子表面活性剂聚氧乙烯山梨醇三油酸酯8.0份，稳定剂氯化钙0.1份，添加剂聚乙烯醇2.6份，水40.3份。结果：乳化沥青贮存稳定性(1天，25℃)达到2.0％，CA沙浆早期强度为0.4MPa，达不到铁道部规定的无碴轨道乳化沥青水泥CA砂浆技术条件要求。

实施例8(以重量份计)

取胜利90号沥青45.0份，阳离子表面活性剂十八烷基三甲基氯化铵7.0份，非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚9.0份，稳定剂氯化铵0.2份，添加剂聚乙烯醇2.2份，水36.6份。结果：乳化沥青贮存稳定性(1天，25℃)达到1.8％，CA沙浆早期强度为0.5MPa，达不到铁道部规定的无碴轨道乳化沥青水泥CA砂浆技术条件要求。

以上两例表明，阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂的选择现有技术中提到的一些具体物质，乳化沥青不能达到无碴轨道乳化沥青水泥CA砂浆的技术条件要求。

实施例9(以重量份计)

取胜利90号沥青55.0份，阳离子表面活性剂硬脂基丙撑二胺0.8份，非离子表面活性剂聚氧乙烯山梨醇三油酸酯1.2份，稳定剂氯化钙0.2份，添加剂聚乙烯醇0.1份，水42.7份。结果：乳化沥青贮存稳定性(1天，25℃)达到2.1％，CA沙浆早期强度为0.36MPa，达不到铁道部规定的无碴轨道乳化沥青水泥CA砂浆技术条件要求。

实施例10(以重量份计)

取胜利90号沥青56.0份，阳离子表面活性剂十八烷基三甲基氯化铵1.0份，非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚2.0份，稳定剂氯化铵0.2份，添加剂聚乙烯醇0.1份，水40.7份。结果：乳化沥青贮存稳定性(1天，25℃)达到1.9％，CA沙浆早期强度为0.43MPa，达不到铁道部规定的无碴轨道乳化沥青水泥CA砂浆技术条件要求。

以上两例表明，乳化剂用量较小的情况下，影响乳化沥青的性能。

实施例11(以重量份计)

取胜利90号沥青56.0份，阳离子表面活性剂硬脂基丙撑二胺5.0份，稳定剂氯化钙0.2份，添加剂聚乙烯醇0.1份，水38.7份。结果：乳化沥青贮存稳定性(1天，25℃)达到2.0％，CA沙浆早期强度为0.4MPa，达不到铁道部规定的无碴轨道乳化沥青水泥CA砂浆技术条件要求。

实施例12(以重量份计)

取胜利90号沥青55.0份，非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚5.0份，稳定剂氯化铵0.2份，添加剂聚乙烯醇0.1份，水39.7份。结果：乳化沥青贮存稳定性(1天，25℃)达到2.2％，CA沙浆早期强度为0.3MPa，达不到铁道部规定的无碴轨道乳化沥青水泥CA砂浆技术条件要求。

以上两例表明，仅使用单独的阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂也影响乳化沥青的性能。