改性乳化沥青、其制备方法及包括该乳化沥青的CA砂浆.pdf

本发明涉及一种高速铁路或轻轨板式无碴轨道CA砂浆专用改性乳化沥青、其制备方法及包括该改性乳化沥青的CA砂浆。按重量百分比计，该改性乳化沥青包括如下组分：改性沥青45～65％、阳离子表面活性剂0.5％～10％、非离子表面活性剂0.5％～10％、助剂0.1％～10.0％、余量为水；该改性沥青包括基质沥青82.0～96.0％、粒径小于或等于5μm的聚合物改性剂2～6％、相容剂0～10.0％、改性沥青稳定剂0～2.0％，该聚合物改性剂选自SBS、SIS、SEBS、SBR、CR、EPDM、NBR、BR或NR。该改性乳化沥青稳定性好，采用该制备方法可提高CA砂浆的生产效率、质量稳定性并扩大CA砂浆专用改性乳化沥青的品种。

1.  一种高速铁路或轻轨板式无碴轨道CA砂浆专用的改性乳化沥青，按重量百分比计，其包括如下组分：
改性沥青 45～65％、
阳离子表面活性剂 0.5％～10％、
非离子表面活性剂 0.5％～10％、
助剂 0.1％～10.0％、
余量为水；
该改性沥青包括基质沥青82.0～96.0％、粒径小于或等于5μm的聚合物改性剂2～6％、相容剂0～10.0％、改性沥青稳定剂0～2.0％，所述聚合物改性剂选自SBS、SIS、SEBS、SBR、CR、EPDM、NBR、BR或NR。

2.  如权利要求1所述的改性乳化沥青，其特征在于，所述基质沥青选自石油沥青、煤沥青、天然沥青。

3.  如权利要求2所述的改性乳化沥青，其特征在于，所述基质沥青的针入度为4.0～14.0mm，环与球法软化点为40～60℃，15℃延度为80～200cm。

4.  如权利要求2所述的改性乳化沥青，其特征在于，所述基质沥青针入度为6.0～12.0mm，环与球法软化点为40～55℃，15℃延度为100～150cm。

5.  如权利要求1所述的改性乳化沥青，其特征在于，所述相容剂为分子量在50～10000之间的芳烃油、三线油、四线油、环烷油、石蜡油中的至少一种，所述改性沥青稳定剂为过氧化物类、硫磺、多硫化物类、次磺酰胺类硫化促进剂类、噻唑类硫化促进剂中的至少一种。

6.  如权利要求1所述的改性乳化沥青，其特征在于，所述阳离子表面活性剂为十二烷基胺、十四烷基胺、十六烷基胺、十八烷基胺、木质素胺、多乙烯多胺、十二烷基二甲基乙基氯化铵、十四烷基二甲基乙基氯化铵、十六烷基二甲基乙基氯化铵、十八烷基二甲基乙基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基二甲基乙基溴化铵、十八烷基二甲基乙基溴化铵中的至少一种。

7.  如权利要求1所述的改性乳化沥青，其特征在于，所述非离子表面活性剂为硬酯酸单甘油酯、硬酯酸二甘油酯、油酸单甘油酯、油酸二甘油酯、脱水山梨醇单月桂酸酯、脱水山梨醇单棕榈酸酯、脱水山梨醇单硬脂酸酯、脱水山梨醇三硬脂酸酯、脱水山梨醇单油酸酯、脱水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯40硬脂酸酯、聚氧乙烯蓖麻油甘油醚中的至少一种。

8.  如权利要求1所述的改性乳化沥青，其特征在于，所述助剂为乳化沥青稳定剂或/和添加剂，所述乳化沥青稳定剂为甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟丙基纤维素、海藻酸钠、琼脂、西黄蓍胶、阿拉伯胶、黄原胶、瓜耳胶、果胶、骨胶原、皂土、铵盐、镁盐、钙盐、铬盐、银盐和铁盐中的至少一种；所述添加剂为盐酸、硫酸、磷酸、甲酸、乙酸、丙烯酸、丁二酸、柠檬酸等中的至少一种。

9.  一种高速铁路或轻轨板式无碴轨道CA砂浆专用的改性乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：
以重量百分比计，称取沥青82.0～96.0份、聚合物改性剂2～6份、相容剂0～10.0份、改性沥青稳定剂0～2.0份，该聚合物改性剂选自SBS、SIS、SEBS、SBR、CR、EPDM、NBR、BR或NR；
混合该沥青和该相容剂，加热至140～190℃，搅拌5～30分钟，加入该聚合物改性剂，搅拌，升温至160～200℃，搅拌溶胀10～150分钟后，采用胶体磨或高剪切或均化磨剪切研磨，加入改性沥青稳定剂，搅拌，输送至熟化罐，在160～195℃下搅拌发育反应10～150分钟，直至聚合物改性剂粒径小于或等于5μm，制得改性沥青；
以重量百分比计，称取改性沥青45～65份、阳离子表面活性剂0.5～10份、非离子表面活性剂0.5～10份、助剂0.1～10.0份、余量为水；
保持改性沥青温度至140～190℃，在40～90℃下混合阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、助剂和水形成水溶液；采用胶体磨研磨乳化该水溶液和改性沥青，制得改性乳化沥青。

10.  一种高速铁路或轻轨板式无碴轨道CA砂浆，其包括改性乳化沥青，按重量百分比计，该改性乳化沥青包括如下组分：
改性沥青 45％～65％、
阳离子表面活性剂 0.5％～10％、
非离子表面活性剂 0.5％～10％、
助剂 0.1％～10.0％、
余量为水；
该改性沥青包括沥青82.0～96.0％、粒径小于或等于5μm的聚合物改性剂2～6％、相容剂0～10.0％、改性沥青稳定剂0～2.0％；所述聚合物改性剂选自SBS、SIS、SEBS、SBR、CR、EPDM、NBR、BR或NR。

改性乳化沥青、其制备方法及包括该乳化沥青的CA砂浆
技术领域
本发明涉及板式轨道路面技术领域，尤其涉及一种专用于高速铁路或轻轨板式无碴轨道的CA砂浆，专用于该CA砂浆的改性乳化沥青及其制备方法。
背景技术
随着国民经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，中国高速铁路的建设已全面展开。迄今为止，国务院批准立项的高速铁路项目多采用高速轮轨技术和板式无碴轨道。
无碴轨道，即采用整块混凝土基床，路基上不辅设石子和枕木的轨道。该轨道可避免路基下沉，保证铁路长时间安全运行，并降低列车行使引起的粉尘，美化环境。此外，无渣轨道表面铺设有CA砂浆(CEMENTASPHALT，乳化沥青水泥砂浆)。该CA砂浆作为板式无碴轨道结构弹性调整层的关键组成部分，在列车运行中起稳定和缓冲作用，从而保障列车时速最高可达200公里以上，并对填充轨道板与混凝土基床板间隙和对下部结构形变修复等具有不可替代的作用。
传统CA砂浆一般由水泥、乳化沥青、掺合料、细骨料、水、表面活性剂、减水剂、聚合物胶乳和砂在常温下经搅拌制成，其利用水泥吸水，水化加速乳化沥青破乳的原理，由水泥水化物和沥青裹覆砂形成立体网络结构，由此具有混凝土的刚性和沥青弹性，从而在列车行驶时起稳定和缓冲作用。其中，沥青乳液作为CA砂浆的关键组成部分，必须具有与水泥相容性好、粘度大、破乳速度慢、抗冻性和耐候性强等特点。
目前国内外通常采用机械混合聚合物胶乳如氯丁胶乳和普通乳化沥青来改善普通乳化沥青的性能来提高CA砂浆的高低温性能和弹性。该工艺存在以下弊端：(1)氯丁胶乳颗粒和乳化沥青颗粒是以较大尺寸机械混合，且胶乳颗粒和沥青颗粒的相对密度差，沉降速度不同，容易导致制得的改性乳化沥青的均匀性和稳定性欠佳，在储存罐等容器中存放一段时间后胶乳易与乳化沥青发生分离，且随着存放时间越长，分离现象越严重，导致使用该改性乳化沥青制备CA砂浆时需再次充分搅拌，以减少改性乳化沥青在罐底部或上部的浓度差。因此采用该工艺制得的乳化沥青制备CA砂浆必须现混现用，导致生产效率低下，且每批CA砂浆的质量有波动。(2)由于CA砂浆中改性沥青由聚合物胶乳颗粒和沥青颗粒机械混合而得，其柔性低于仅将聚合物细化后以较细颗粒均匀分散在沥青中后的改性沥青的柔性，采用该工艺欲制得与后者相同柔性的CA砂浆，则需使用大量的聚合物胶乳，导致生产成本的提高。(3)由于乳化沥青必须与聚合物乳胶相容，且市售聚合物胶乳品种较少，导致该工艺不得不受限于乳化沥青的乳化剂和聚合物胶乳品种。
因此，有必要提供一种稳定性好的改性乳化沥青来提高CA砂浆的稳定性及一种工艺简单的改性乳化沥青制备方法来提高CA砂浆的生产效率并扩大CA砂浆专用改性乳化沥青的品种。
发明内容
以下以实施例为例说明一种专用于高速铁路或轻轨板式无碴轨道的CA砂浆，专用于该CA砂浆的改性乳化沥青及其制备方法。
该种高速铁路或轻轨板式无碴轨道CA砂浆专用的改性乳化沥青，按重量百分比计，包括如下组分：改性沥青45～65％、阳离子表面活性剂0.5％～10％、非离子表面活性剂0.5％～10％、助剂0.1％～10.0％、余量为水；该改性沥青包括基质沥青82.0～96.0％、粒径小于或等于5μm的聚合物改性剂2～6％、相容剂0～10.0％、改性沥青稳定剂0～2.0％，该聚合物改性剂选自SBS、SIS、SEBS、SBR、CR、EPDM、NBR、BR或NR。
该种高速铁路或轻轨板式无碴轨道CA砂浆的改性乳化沥青的制备方法，包括如下步骤：
以重量百分比计，称取沥青82.0～96.0份、聚合物改性剂2～6份、相容剂0～10.0份、改性沥青稳定剂0～2.0份；该聚合物改性剂选自SBS、SIS、SEBS、SBR、CR、EPDM、NBR、BR或NR；
混合该沥青和相容剂，加热至140～190℃，搅拌5～30分钟，加入该聚合物改性剂，搅拌，升温至160～200℃，搅拌溶胀10～150分钟后，采用胶体磨或高剪切或均化磨剪切研磨1～4次，加入改性沥青稳定剂，搅拌，输送至熟化罐，在160～195℃下搅拌发育反应10～150分钟，直至聚合物改性剂粒径小于或等于5μm，制得改性沥青；
以重量百分比计，称取改性沥青45～65份、阳离子表面活性剂0.5～10份、非离子表面活性剂0.5～10份、助剂0.1～10.0份、余量为水；
保持改性沥青温度至140～190℃；混合阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、助剂和水形成水溶液，保持温度至40～90℃；将上述改性沥青和混合物水溶液通过胶体磨研磨乳化，即得改性乳化沥青。
与现有技术相比，本技术方案通过采用聚合物改性剂化学改性普通基质沥青制得改性沥青，再利用该改性沥青制备乳化沥青的工艺，增强了沥青与聚合物改性剂之间的相容性，有效避免了沥青与聚合物改性剂分离，提高了改性乳化沥青的储存稳定性和CA砂浆的质量的稳定性。本技术方案提供的改性乳化沥青在0～40℃温度下可以贮存至少3个月不产生分层离析，便于运输和贮存。由此，在生产CA砂浆时，无需再次搅拌混合乳化沥青和聚合物胶乳，从而提高生产效率。此外，本技术方案采用具有较高弹性、品种繁多且来源广泛的聚合物作为沥青改性剂，摒弃了现有技术使用的聚合物胶乳，从而脱离了因聚合物胶乳品种少对乳化沥青生产技术的限制，扩大了乳化沥青领域可选原料的范围，降低了CA砂浆生产难度。
具体实施方式
以下将结合实施例详细说明本技术方案提供的高速铁路或轻轨板式无碴轨道CA砂浆专用的改性乳化沥青、其制备方法及高速铁路或轻轨板式无碴轨道CA砂浆。
实施例1
一种高速铁路或轻轨板式无碴轨道CA砂浆专用改性乳化沥青的制备方法，其包括以下步骤：
第一步：采用普通沥青制备改性沥青。
所述普通沥青选自市售普通石油沥青、煤沥青或天然沥青，优选25℃针入度为4.0～14.0mm，环与球法软化点为40～60℃，15℃延度为80～200cm的沥青。本实施例中，选用市售90号中石化镇海重交道路沥青。
该改性沥青的制备包括：以重量份计，混合90号中石化镇海重交通道路沥青94.5份，聚合物改性剂岳化产SBS791H颗粒(线型结构，分子量11万左右)3.5份，相容剂济南炼油厂芳烃抽出油2份，改性沥青稳定剂硫黄0.12份，在185℃下搅拌溶胀60min，形成溶胀物；使用本领域常用的高剪切机剪切该溶胀物；将经剪切后的溶胀物输送至发育罐并保持罐内温度介于170～190℃，搅拌发育，取样于上海测维光电技术有限公司生产的LW200LF型荧光显微镜下放大400倍观察，待观测到SBS颗粒粒径小于或等于5μm，则停止发育，制得改性沥青。
此外，所述聚合物改性剂还可选自SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SEBS(氢化SBS)、SBR(丁苯橡胶)、CR(氯丁橡胶)、EPDM(三元乙丙橡胶)、NBR(丁腈橡胶)、BR(顺丁橡胶)或NR(天然橡胶)。所述相容剂可为分子量在50～10000之间的芳烃油、三线油、四线油、环烷油、石蜡油中的一种或多种。所述改性沥青稳定剂还可是过氧化物类、多硫化物类、次磺酰胺类硫化促进剂类、噻唑类硫化促进剂中的一种或多种。
第二步：乳化所述改性沥青，制得改性乳化沥青。
所述改性乳化沥青的制备包括：以重量份计，取所述改性沥青55份，阳离子表面活性剂十八烷基二甲基乙基氯化铵及木质素胺各1.0份，非离子表面活性剂硬酯酸二甘油酯3.0份，乳化沥青稳定剂氯化银0.1份，添加剂甲基纤维素2.0份，余量为水；将所述改性沥青加热至165℃；将甲基纤维素溶于沸水中，冷至60℃；将所述十八烷基二甲基乙基氯化铵，木质素胺，硬酯酸二甘油酯，氯化银溶于甲基纤维素水溶液中，形成混合水溶液，向该混合水溶液中添加适量盐酸，调节所述混合水溶液的pH值至2；将所述改性沥青和该混合水溶液一同通过本领域常用的带有热交换的胶体磨乳化设备进行乳化即制得改性乳化沥青。
此外，所述阳离子表面活性剂还可选自本领域常用的其它烷基胺类、烷基酰胺类、烷基丙烯二胺类、木质素类、季铵盐类中的一种或多种，如十二烷基胺、十四烷基胺、十六烷基胺、十八烷基胺、木质素胺、多乙烯多胺、十二烷基二甲基乙基氯化铵、十四烷基二甲基乙基氯化铵、十六烷基二甲基乙基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基二甲基乙基溴化铵、十八烷基二甲基乙基溴化铵中的一种或多种。所述非离子表面活性剂还可是脂肪酸酯乙氧基化合物中的一种或多种，如硬酯酸单甘油酯、油酸单甘油酯、油酸二甘油酯、脱水山梨醇单月桂酸酯、脱水山梨醇单棕榈酸酯、脱水山梨醇单硬脂酸酯、脱水山梨醇三硬脂酸酯、脱水山梨醇单油酸酯、脱水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯40硬脂酸酯、聚氧乙烯蓖麻油甘油醚中的一种或多种。当然，还可采用乳化沥青稳定剂如硫酸、磷酸、铵盐、镁盐、钙盐、铬盐、银盐和铁盐中的一种或多种调节pH值至2。所述添加剂还可是羧甲基纤维素钠、羟丙基纤维素、海藻酸钠、琼脂、西黄蓍胶、阿拉伯胶、黄原胶、瓜耳胶、果胶、骨胶原、皂土等中的一种或多种。
本实施例制得的改性乳化沥青中，由于SBS以小于或等于5μm的粒径均匀分散于基质沥青中，该尺寸符合乳液稳定对分散相尺寸要求的理论条件，且排除了传统工艺中聚合物与沥青的密度差因素。因此，与现有技术相比，本实施例制得的改性乳化沥青中沥青与聚合物改性剂的相容性得以显著改善，该改性乳化沥青具有很好的稳定性。
实施例2
除改性沥青制备中使用的聚合物改性剂为SBS 2.0份，90号中石化镇海重交道路沥青为96份外，其余组分的型号、配比及改性沥青的生产工艺与实施例1相同。
实施例3
除改性沥青制备中使用的聚合物改性剂为SBS 6份、90号中石化镇海重交沥青为92份外，其他组分的型号、配比及改性沥青的生产工艺与实施例1相同。
值得一提的是，上述实施例提供的改性乳化沥青中各组分的配比不限于此，本领域技术人员根据实际需要可灵活调节各组分比例，只要满足按重量比计，该改性乳化沥青包括改性沥青45～65％、阳离子表面活性剂0.5％～10％、非离子表面活性剂0.5％～10％、助剂0.1％～10.0％、余量为水；该改性沥青包括基质沥青82.0～96.0％、聚合物改性剂2～6％、相容剂0～10.0％、改性沥青稳定剂0～2.0％即可。
对比实施例1
与实施例1、2或3不同的是，本对比实施例采用现有技术即直接机械共混乳化沥青和市售SBS胶乳来制备改性乳化沥青。具体地，该改性乳化沥青的制备方法包括：
第一步：以普通沥青制备乳化沥青。
取90号中石化镇海重交道路沥青(针入度91，软化点46，15℃延度150cm)53.0份，十八烷基二甲基乙基氯化铵1.0份，木质素胺1.0份，硬酯酸二甘油酯3.0份，氯化银0.1份，甲基纤维素2.0份，余量为水。将所述沥青加热至145℃，将甲基纤维素溶于沸水中，冷至60℃，将所述十八烷基二甲基乙基氯化铵，木质素胺，硬酯酸二甘油酯，氯化银，溶于甲基纤维素水溶液中，形成混合水溶液，以适量盐酸调节该混合水溶液的pH值至2。将沥青和该水溶液一同通过胶体磨乳化设备乳化，冷却至室温即制得普通乳化沥青。
第二步：混合所述乳化沥青和市售SBS胶乳，制得改性乳化沥青。
取所述改性沥青55份，加入4份市售SBS胶乳(固含量50％，SBS分子量为12万左右，线型结构)，搅拌均匀后即得改性乳化沥青。
对比实施例2
与对比实施例1相比，本对比实施例采用相同工艺制备改性乳化沥青。除所述聚合物胶乳选自长寿化工厂生产的阳离子型氯丁橡胶胶乳(牌号为CRL-50LK，固含量为50％)外，其余各组分型号及配比与对比实施例1相同。
表1 乳化沥青配比               单位：份(以重量计)

表2 乳化沥青性能

请参阅表2，本技术方案实施例1～3提供的改性乳化沥青的储存稳定性明显优于现有技术制得的乳化沥青的稳定性，且其性能符合铁道部对CA砂浆用乳化沥青的性能要求的规定。
以下分别以上述各实施例提供的改性乳化沥青和对比实施例制备的乳化沥青为原料，按下述步骤制备高速铁路或轻轨板式无碴轨道CA砂浆。
第一步：向搅拌机中投入改性乳化沥青(乳化沥青)、水和辛基酚聚环氧乙烷10醚，慢速搅拌(如60r/min)60秒。
第二步：加入常用减水剂(FDN型混凝土高效减水剂，其主要成分为β-萘磺酸甲醛高缩合物)，慢速搅拌(如60r/min)30秒。
第三步：加入砂，慢速搅拌(如60r/min)30秒。
第四步：投入市售常用快硬硫铝酸盐型水泥、掺合料和铝粉，快速搅拌(如150r/min)120秒。
第五步：加入消泡剂(磷酸三丁酯)慢速搅拌(如60r/min)90秒。
本实施例中，按重量计，水泥:砂:水:改性乳化沥青(乳化沥青):掺合料:减水剂:表面活性剂:铝粉:消泡剂＝506:700:88:600:76:46:2.8:0.07:22。
值得一提的是，上述各组分的含量并不限于此，本领域技术人员可根据实际需要调整各组分的配比。
表3 CA砂浆混合液及其固化物的性能

由表3可知，采用本技术方案提供的改性乳化沥青制得的CA砂浆的弹性模量(柔性)、抗冻性、耐候性均优于采用现有工艺制备的CA砂浆性能。