專利名稱：用于高速鐵路或輕軌板式無碴軌道ca砂漿中的乳化瀝青的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種乳化瀝青，主要用于高速鐵路板式無碴軌道的CA砂漿中，也可以用于城市輕軌中。
背景技術(shù)：
我國正在實施大規(guī)模高速鐵路計劃，據(jù)悉鐵道部公布未來五年將新建2萬公里高速專用鐵路。高速專用鐵路的路基將采用“無碴軌道”技術(shù)，現(xiàn)行鐵路路基下都有碎石路基，新的“無碴軌道”類似于“水泥路”，不會再有碎石路基。與普通鐵路相比，無碴軌道具有無飛濺傷害、高穩(wěn)定性、少維修、壽命長的優(yōu)點。無碴軌道技術(shù)在歐洲、日本最為成熟，其特點是在路基上鋪設(shè)混凝土底座，在底座上放置預(yù)制的軌道板，兩者之間預(yù)留約5cm的空隙，灌注乳化瀝青水泥沙漿(CA砂漿)，固化后形成均勻的兼具剛性和彈性的填充墊層。因此乳化瀝青水泥CA沙漿的使用對于提高列車高速行駛的安全性和乘坐的舒適性有非常重要的意義。一般的乳化瀝青由于未考慮CA砂漿的特殊要求，不能滿足使用需要，易出現(xiàn)工作時間短、砂漿離析等問題。中國專利雖然公開一些乳化瀝青的專利文獻，但均存在一定得問題(見實施例7-12)。如有一種無碴軌道乳化瀝青水泥沙漿，在經(jīng)秦沈客運專線進行試鋪，其實際應(yīng)用效果仍不理想。另公開的一種乳化瀝青和瀝青水泥沙漿，在成本、穩(wěn)定性等方面還有待提高。還有一種鐵路或者輕軌板式無碴軌道專用乳化瀝青，其乳化劑的比例比較小，通過申請人在其技術(shù)方案下進行試驗，無法達到使用要求；同時，它需要鹽酸等調(diào)節(jié)pH值，容易對鐵桶或者儲罐、槽車等儲運設(shè)備造成腐蝕，還需要加增稠劑，且制備工藝復(fù)雜。
總之，現(xiàn)有制備乳化瀝青水泥CA沙漿的乳化瀝青主要存在著穩(wěn)定性差、離子強度較高，與水泥體系的相容性差，使得制備出的乳化瀝青水泥CA沙漿可工作時間短、溫度適應(yīng)范圍窄、易分層、填充性差等不足，特別是在穩(wěn)定性和早期強度等方面沒有達到鐵道部規(guī)定的無碴軌道乳化瀝青水泥CA砂漿技術(shù)條件。國外雖有類似產(chǎn)品，但存在價格高、原料來源受到限制，生產(chǎn)工藝復(fù)雜等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種專門用于高速鐵路或輕軌板式無碴軌道CA砂漿中的乳化瀝青，避免CA砂漿產(chǎn)生離析，可使CA砂漿工作時間適宜，使之實用化。乳化瀝青本身貯存穩(wěn)定性好，便于運輸和貯存，也不會對設(shè)備造成腐蝕。
本發(fā)明所涉及的技術(shù)方案是本發(fā)明的乳化瀝青組成為(按重量計，以下同)瀝青38.0％-55.0％，最好為41.0％-50.0％；陽離子表面活性劑3.0％％-20.0％，最好為4.0％-18.0％；非離子表面活性劑5.0％-20.0％，最好為6.0％-18.0％；助劑2.0％-8.0％，最好為2.0％-7.5％；其余為水其中的瀝青來源廣泛，可以為天然瀝青、石油瀝青、煤瀝青等一切來源的瀝青，最好是石油瀝青，其針入度為40-140(1/10mm)，最好為60-120(1/10mm)。
由于同一種乳化劑用量不同時，對瀝青材料的性能影響不同。一般道路瀝青乳化生產(chǎn)時，乳化劑用量約為乳化瀝青總重的0.4％，重交瀝青乳化時一般為0.8％～1.6％。乳化劑用量在1.0％以下時，使瀝青延度降低，當(dāng)用量大于1.5％時，使瀝青延度提高。且隨著乳化劑用量的增加，乳化瀝青的黏度會降低，儲存穩(wěn)定性增強，破乳時間延長。所以，本發(fā)明大大地提高了乳化劑用量。
同時，本申請經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，單一乳化劑無法滿足CA砂漿對瀝青乳液的要求，因為單一乳化劑有固定的HLB值，它不能滿足復(fù)雜的瀝青乳化所需要HLB范圍。因此本發(fā)明特別選擇了離子型和非離子型兩種乳化劑，按不同的比例進行復(fù)配，形成復(fù)合乳化劑。通過離子型乳化瀝青中的粒子的靜電斥力而產(chǎn)生一定的張力，使瀝青乳液的穩(wěn)定性降低。而當(dāng)其與非離子型乳化劑復(fù)合使用時，二者將交替吸附在顆粒表面，從而大大降低了顆粒之間的靜電張力，另外非離子乳化劑水化作用形成的水化層，對乳液的穩(wěn)定性也有一定的協(xié)同效應(yīng)，因此，復(fù)合的乳化劑可以達到了顯著優(yōu)于單一乳化劑的乳化效果。
在具體的表面活性劑選擇重，本發(fā)明所用的陽離子表面活性劑選擇了十二烷基胺、十四烷基胺、十六烷基胺、十八烷基胺、椰子油胺、牛脂胺、氫化牛脂胺、氫化牛脂基丙撐二胺、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鹽酸鹽、豬脂基丙撐二胺、木質(zhì)素、多乙烯多胺、十二烷基二甲基芐基氯化銨、十四烷基二甲基芐基氯化銨、十六烷基二甲基芐基氯化銨、十八烷基二甲基芐基氯化銨中的一種或多種。而本發(fā)明對非離子表面活性劑則選擇十二酸單乙醇酰胺、十二酸二乙醇酰胺、椰油酸單乙醇酰胺、椰油酸二乙醇酰胺、聚氧乙烯山梨醇單月桂酸酯、聚氧乙烯山梨醇單油酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚中的一種或多種。采用上述表面活性劑進行復(fù)合，有利于消除單用非離子表面活性劑易產(chǎn)生濁點低的問題，也可以避免單用陽離子表面活性劑產(chǎn)生瀝青顆粒粗大的問題。使用上述復(fù)合表面活性劑，可以縮小油水兩者之間的相對密度差值及粘度的差值，增強瀝青微粒的電勢，易于形成雙電層，增加顆粒之間的相互排斥力，阻礙瀝青微粒的聚合傾向。
本發(fā)明所用的助劑采用穩(wěn)定劑和添加劑。
穩(wěn)定劑選用銨鹽、鎂鹽、鈣鹽、鍶鹽和鐵鹽中的一種或多種，特別是采用鍶鹽，可以顯著增加無機鹽化合物可以增加顆粒間雙層電效應(yīng)，增加顆粒間的相互排斥力，減緩顆粒之間的凝聚速度，提高乳化能力，改善乳液的穩(wěn)定性，增強與骨料的粘附能力及CA砂漿早期強度。
添加劑選用陽離子瓜耳豆膠、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、醇類、聚馬來酸酐、聚丙烯酰胺中的一種或多種，可以加入高分子締合的添加劑，形成堅固的膠束，提高了乳液的粘度，改善了CA砂漿的材料分離度。
其中所用的醇類添加劑為碳原子數(shù)為1-20個的醇、各種分子量的聚乙烯醇、各種分子量的聚乙二醇中的一種或多種。
本發(fā)明產(chǎn)品的制備方法是采用常規(guī)的制備乳化瀝青的方法，即取規(guī)定重量的瀝青，加熱至110-180℃，將按規(guī)定重量稱好的表面活性劑和穩(wěn)定劑、添加劑溶于30-80℃的水中，形成水溶液，使瀝青與表面活性劑和穩(wěn)定劑、添加劑的水溶液一起通過乳化設(shè)備即可制得本發(fā)明產(chǎn)品。
本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明提出的乳化瀝青可以有效避免CA砂漿產(chǎn)生離析，使CA砂漿工作時間適宜，達到1小時以上，給實際施工留下了充分的時間，使之實用化。本發(fā)明的乳化瀝青制備的CA砂漿早期強度可達到1.5-2.0MPa。易于控制CA砂漿的含氣量、流動度、早期強度、材料分離度等指標。并且乳化瀝青本身貯存穩(wěn)定性好，在0-40℃溫度下可以貯存至少6個月不產(chǎn)生分層離析，便于運輸和貯存，也不會對鋼鐵設(shè)備和混凝土中的鋼筋造成腐蝕。
本發(fā)明產(chǎn)品經(jīng)在我國首條無碴軌道遂渝鐵路實驗段的蔡家車站、灣里頭隧道外等處共計約3公里路段實際鋪設(shè)試用，取得了良好的效果，性能符合下列要求(中華人民共和國鐵道部《遂渝線板式無碴軌道乳化瀝青水泥CA砂漿技術(shù)條件》)篩余物(1.18mm) 小于0.1％貯存穩(wěn)定性(1天，25℃)小于1.0％蒸發(fā)殘留物延度(15℃) 大于100cm蒸發(fā)殘留物溶解度(三氯乙烯) 大于97％蒸發(fā)殘留物含量 58-63％蒸發(fā)殘留物針入度(25℃，100g) 60-120具體實施方式
實施例1(以重量份計)取90號重交道路瀝青50.0份，陽離子表面活性劑椰子油胺4.0份，非離子表面活性劑椰油酸二乙醇酰胺6.0份，穩(wěn)定劑氯化鍶0.15份，添加劑聚乙烯醇1.85份，水38.0份。將上述的瀝青加熱至150℃，添加劑聚乙烯醇溶于沸水中，冷至60℃，將其它成分溶于聚乙烯醇水溶液中，形成混合水溶液，然后使瀝青和該水溶液一同通過乳化設(shè)備即可制得乳化瀝青，產(chǎn)品性質(zhì)見表1。
實施例2(以重量份計)取120號直餾瀝青52.0份，陽離子表面活性劑1-氨乙基-2-十七烷基咪唑啉-2鹽酸鹽6.5份，非離子表面活性劑聚氧乙烯(20)山梨醇單油酸酯(T-80)6.0份，穩(wěn)定劑硫酸亞鐵0.2份，添加劑陽離子瓜耳豆膠2.0份，水33.3份。將上述的瀝青加熱至150℃，添加劑陽離子瓜耳豆膠溶于40℃水中，將其它成分溶于陽離子瓜耳豆膠水溶液中，形成混合水溶液，然后使瀝青和該水溶液一同通過乳化設(shè)備即可制得乳化瀝青，產(chǎn)品性質(zhì)見表1。
實施例3(以重量份計)取大慶丙烷脫油瀝青48.0份，陽離子表面活性劑氫化牛脂基丙撐二胺5.0份，非離子表面活性劑壬基酚聚氧乙烯醚(20)5.0份，穩(wěn)定劑硫酸銨0.1份，添加劑羥乙基纖維素2.5份，水39.4份。將上述的瀝青加熱至150℃，添加劑羥乙基纖維素溶于40℃水中，將其它成分溶于羥乙基纖維素水溶液中，形成混合水溶液，然后使瀝青和該水溶液一同通過乳化設(shè)備即可制得乳化瀝青，產(chǎn)品性質(zhì)見表1。
實施例4(以重量份計)取勝利100號瀝青40.0份，陽離子表面活性劑十八烷基二甲基芐基氯化銨8.0份，非離子表面活性劑聚氧乙烯山梨醇單月桂酸酯10.0份，穩(wěn)定劑氯化鈣0.08份，添加劑聚馬來酸酐2.12份，水39.8份。將上述的瀝青加熱至150℃，添加劑聚馬來酸酐溶于55℃水中，將其它成分溶于聚馬來酸酐水溶液中，形成混合水溶液，然后使瀝青和該水溶液一同通過乳化設(shè)備即可制得乳化瀝青，產(chǎn)品性質(zhì)見表1。
實施例5(以重量份計)取勝利100號瀝青42.0份，陽離子表面活性劑1-氨乙基-2-十七烷基咪唑啉-2鹽酸鹽7.0份，非離子表面活性劑十二酸二乙醇酰胺8.0份，穩(wěn)定劑氯化鍶0.15份，添加劑陽離子瓜耳豆膠2.85份，水40.0份。將上述的瀝青加熱至150℃，添加劑陽離子瓜耳豆膠溶于50℃水中，將其它成分溶于陽離子瓜耳豆膠水溶液中，形成混合水溶液，然后使瀝青和該水溶液一同通過乳化設(shè)備即可制得乳化瀝青，產(chǎn)品性質(zhì)見表1。
實施例6(以重量份計)取勝利100號瀝青45.0份，陽離子表面活性劑豬脂基丙撐二胺7.0份，非離子表面活性劑聚氧乙烯山梨醇單月桂酸酯9.0份，穩(wěn)定劑氯化鈣0.08份，添加劑聚乙烯醇2.42份，水36.5份。將上述的瀝青加熱至150℃，添加劑聚乙烯醇溶于55℃水中，將其它成分溶于聚乙烯醇水溶液中，形成混合水溶液，然后使瀝青和該水溶液一同通過乳化設(shè)備即可制得乳化瀝青，產(chǎn)品性質(zhì)見表1。
表1實施例1-6乳化瀝青產(chǎn)品的性質(zhì)


以下是本申請人對現(xiàn)有技術(shù)進行試驗的實施例實施例7(以重量份計)取勝利90號瀝青42.0份，陽離子表面活性劑硬脂基丙撐二胺7.0份，非離子表面活性劑聚氧乙烯山梨醇三油酸酯8.0份，穩(wěn)定劑氯化鈣0.1份，添加劑聚乙烯醇2.6份，水40.3份。結(jié)果乳化瀝青貯存穩(wěn)定性(1天，25℃)達到2.0％，CA沙漿早期強度為0.4MPa，達不到鐵道部規(guī)定的無碴軌道乳化瀝青水泥CA砂漿技術(shù)條件要求。
實施例8(以重量份計)取勝利90號瀝青45.0份，陽離子表面活性劑十八烷基三甲基氯化銨7.0份，非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚9.0份，穩(wěn)定劑氯化銨0.2份，添加劑聚乙烯醇2.2份，水36.6份。結(jié)果乳化瀝青貯存穩(wěn)定性(1天，25℃)達到1.8％，CA沙漿早期強度為0.5MPa，達不到鐵道部規(guī)定的無碴軌道乳化瀝青水泥CA砂漿技術(shù)條件要求。
以上兩例表明，陽離子表面活性劑和非離子表面活性劑的選擇現(xiàn)有技術(shù)中提到的一些具體物質(zhì)，乳化瀝青不能達到無碴軌道乳化瀝青水泥CA砂漿的技術(shù)條件要求。
實施例9(以重量份計)取勝利90號瀝青55.0份，陽離子表面活性劑硬脂基丙撐二胺0.8份，非離子表面活性劑聚氧乙烯山梨醇三油酸酯1.2份，穩(wěn)定劑氯化鈣0.2份，添加劑聚乙烯醇0.1份，水42.7份。結(jié)果乳化瀝青貯存穩(wěn)定性(1天，25℃)達到2.1％，CA沙漿早期強度為0.36MPa，達不到鐵道部規(guī)定的無碴軌道乳化瀝青水泥CA砂漿技術(shù)條件要求。
實施例10(以重量份計)取勝利90號瀝青56.0份，陽離子表面活性劑十八烷基三甲基氯化銨1.0份，非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚2.0份，穩(wěn)定劑氯化銨0.2份，添加劑聚乙烯醇0.1份，水40.7份。結(jié)果乳化瀝青貯存穩(wěn)定性(1天，25℃)達到1.9％，CA沙漿早期強度為0.43MPa，達不到鐵道部規(guī)定的無碴軌道乳化瀝青水泥CA砂漿技術(shù)條件要求。
以上兩例表明，乳化劑用量較小的情況下，影響乳化瀝青的性能。
實施例11(以重量份計)取勝利90號瀝青56.0份，陽離子表面活性劑硬脂基丙撐二胺5.0份，穩(wěn)定劑氯化鈣0.2份，添加劑聚乙烯醇0.1份，水38.7份。結(jié)果乳化瀝青貯存穩(wěn)定性(1天，25℃)達到2.0％，CA沙漿早期強度為0.4MPa，達不到鐵道部規(guī)定的無碴軌道乳化瀝青水泥CA砂漿技術(shù)條件要求。
實施例12(以重量份計)取勝利90號瀝青55.0份，非離子表面活性劑脂肪醇聚氧乙烯醚5.0份，穩(wěn)定劑氯化銨0.2份，添加劑聚乙烯醇0.1份，水39.7份。結(jié)果乳化瀝青貯存穩(wěn)定性(1天，25℃)達到2.2％，CA沙漿早期強度為0.3MPa，達不到鐵道部規(guī)定的無碴軌道乳化瀝青水泥CA砂漿技術(shù)條件要求。
以上兩例表明，僅使用單獨的陽離子表面活性劑或非離子表面活性劑也影響乳化瀝青的性能。
權(quán)利要求
1.一種用于高速鐵路或輕軌板式無碴軌道CA砂漿中的乳化瀝青，其組分包括瀝青、表面活性劑、助劑、水；其特征在于所述的表面活性劑為非離子表面活性劑與陽離子表面活性劑的復(fù)合，按重量百分比計，乳化瀝青的成分含量為瀝青 38.0％-55.0％；陽離子表面活性劑 3.0％-20.0％；非離子表面活性劑 5.0％-20.0％；助劑 2.0％-8.0％；其余為水。
2.按照權(quán)利要求1所述的乳化瀝青，其特征在于按乳化瀝青的重量百分比計，所述乳化瀝青的成分含量如下瀝青 41.0％-50.0％；陽離子表面活性劑 4.0％-18.0％；非離子表面活性劑 6.0％-18.0％；助劑 2.0％-7.5％；其余為水。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的乳化瀝青，其特征在于所述的瀝青為天然瀝青、石油瀝青、煤瀝青，或一切來源的瀝青，其針入度為4.0-14.0mm。
4.按照權(quán)利要求3所述的乳化瀝青，其特征在于所述的瀝青針入度為6.0-12.0mm。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的乳化瀝青，其特征在于所使用的陽離子表面活性劑為十二烷基胺、十四烷基胺、十六烷基胺、十八烷基胺、椰子油胺、牛脂胺、氫化牛脂胺、氫化牛脂基丙撐二胺、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鹽酸鹽、豬脂基丙撐二胺、木質(zhì)素胺、多乙烯多胺、十二烷基二甲基芐基氯化銨、十四烷基二甲基芐基氯化銨、十六烷基二甲基芐基氯化銨、十八烷基二甲基芐基氯化銨中的一種或多種。
6.按照權(quán)利要求5所述的乳化瀝青，其特征在于所用的非離子表面活性劑為十二酸單乙醇酰胺、十二酸二乙醇酰胺、椰油酸單乙醇酰胺、椰油酸二乙醇酰胺、聚氧乙烯山梨醇單月桂酸酯、聚氧乙烯山梨醇單油酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚中的一種或多種。
7.按照權(quán)利要求1或2所述的乳化瀝青，其特征在于所述的乳化瀝青中的助劑為穩(wěn)定劑和添加劑，按乳化瀝青的重量百分比計，穩(wěn)定劑的添加量為0-0.2％，添加劑的添加量為2.0％-7.8％。
8.按照權(quán)利要求7所述的乳化瀝青，其特征在于按重量計，穩(wěn)定劑的添加量為0％-0.2％，添加劑的添加量為2.0％-7.3％。
9.按照權(quán)利要求7所述的乳化瀝青，其特征在于所述的穩(wěn)定劑為銨鹽、鎂鹽、鈣鹽、鍶鹽和鐵鹽中的一種或多種；添加劑為陽離子瓜耳豆膠、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、醇類、聚馬來酸酐、聚丙烯酰胺中的一種或多種。
10.按照權(quán)利要求9所述的乳化瀝青，其特征在于所述的醇類為碳原子數(shù)為1-20個的醇、各種分子量的聚乙烯醇、各種分子量的聚乙二醇中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明請求保護一種專門用于高速鐵路或輕軌板式無碴軌道CA砂漿中的乳化瀝青，其組成按重量計為瀝青38％－55％、陽離子表面活性劑3％％－20％、非離子表面活性劑5％－20％、助劑2.0％－8.0％，其余為水，本乳化瀝青可有效避免CA砂漿產(chǎn)生離析，使CA砂漿工作時間適宜，達到1小時以上，給實際施工留下了充分的時間，使之實用化。以本乳化瀝青制備的CA砂漿早期強度可達到1.5－2.0MPa，易于控制CA砂漿的含氣量、流動度、早期強度、材料分離度等指標。并且乳化瀝青本身貯存穩(wěn)定性好，在0－40℃溫度下可以貯存至少6個月不產(chǎn)生分層離析，便于運輸和貯存，也不會對鋼鐵設(shè)備和混凝土中的鋼筋造成腐蝕。
文檔編號C08L33/00GK101054470SQ200710078508
公開日2007年10月17日 申請日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者李 榮, 張洪武 申請人:重慶師范大學(xué), 張洪武