顧友春

摘要：本文提出將聚硅氧烷加入到CA砂漿中，在CA砂漿的配制過程中能夠?qū)胍欢康奈⑿馀?，這種微小氣泡可提高CA砂漿在寒冷時(shí)期的抗凍性，提高CA砂漿的穩(wěn)定性、耐高溫性、耐低溫性和增韌性。

關(guān)鍵詞：聚硅氧烷；改性；無碴軌道；乳化瀝青砂漿

Abstract: This paper point that added the polysiloxane to the CA mortar, in the preparation of CA mortar can import a certain amount of tiny bubbles, tiny bubbles can increase the frost resistance of CA mortar in the cold during, it can increase CA mortar stability, temperature resistance, low temperature resistance and toughening.Key words: polysiloxane; modified; ballasted track; emulsified asphalt mortar

中圖分類號(hào)：TQ177.6+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

1 前言

CRTS Ⅰ型板式無碴軌道主要由混凝土底座、CA砂漿、軌道板、凸形擋臺(tái)、鋼軌、扣件等構(gòu)成。水泥乳化瀝青砂漿是板式無砟軌道的核心技術(shù)，由水泥、乳化瀝青、細(xì)骨料、混合料、添加劑等多種原材料，經(jīng)水泥水化硬化與瀝青破乳膠結(jié)共同作用而形成的一種新型有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料，具有支撐調(diào)整和緩沖協(xié)調(diào)的作用。

日本代表著I型CA砂漿當(dāng)前的世界水平和主導(dǎo)技術(shù)，是目前世界上鋪設(shè)高速鐵路里程最長(zhǎng)的國(guó)家（已達(dá)2700延Km）。由于日本所形成的壟斷，造成其技術(shù)的使用價(jià)格昂貴，其CA砂漿為6000元/m3以上。另一方面，由于CA砂漿是一種對(duì)溫度氣候和原材料適應(yīng)性很敏感的材料，即使引進(jìn)和采用日本技術(shù)，還存在著與我國(guó)氣候與原材料的適應(yīng)性問題。我國(guó)曾在鐵路干線的隧道和大型客站等進(jìn)行過一些小區(qū)段試驗(yàn)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但我國(guó)的研究還不深入、不系統(tǒng)。如，作為我國(guó)第一條具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、國(guó)際一流水平的高速鐵路京津城際鐵路無砟軌道CA砂漿已有開裂的報(bào)告。因此，我們必須在引進(jìn)、消化吸收先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，立足國(guó)產(chǎn)化和滿足國(guó)家重大需求的同時(shí)，不斷提高CA砂漿的綜合性能。

2 技術(shù)方案分析

以新型分子分散型納米增強(qiáng)劑POSS為骨架，聚硅氧烷POSS在酸條件下，3-氯丙基三甲氧基硅烷水解，縮合，過濾，烘干得到八3-氯丙基POSS，利用POOS的良好穩(wěn)定性、耐高溫性、耐低溫性和增韌性，添加到CA砂漿中，POSS所連接有機(jī)表面活性基團(tuán) MPEG，在CA砂漿的配制過程中能夠?qū)胍欢康奈⑿馀?，這種微小氣泡可提高CA砂漿在寒冷時(shí)期的抗凍性，提高CA砂漿的穩(wěn)定性、耐高溫性、耐低溫性和增韌性。

3 試驗(yàn)研究過程分析

該項(xiàng)目的研究過程主要有三步：聚硅氧烷POSS的合成、聚硅氧烷外加劑的合成和CA砂漿配合比的研究。

3.1 聚硅氧烷POSS的合成

在酸條件下，3-氯丙基三甲氧基硅烷水解，縮合，過濾，烘干得到八3-氯丙基POSS。反應(yīng)方程式如下：

3.2 聚硅氧烷外加劑的合成

首先是聚乙二醇單甲醚和金屬鈉反應(yīng)制的甲基聚乙二醇鈉，然后甲基聚乙二醇鈉與聚硅氧烷POSS在常溫下醚化得到產(chǎn)物。反應(yīng)方程式如下：

3.3 聚硅氧烷外加劑改性CA砂漿的分析

（1）空白試驗(yàn)配比及性能指標(biāo)分析

試驗(yàn)表明：加入POSS-MPEG后的CA砂漿含氣量比空白實(shí)驗(yàn)時(shí)含氣量增加近一個(gè)百分點(diǎn)，加入POSS-MPEG(愀，Ⅲ，Ⅳ)型號(hào)的有機(jī)無機(jī)雜化材料均能從不同程度提高CA砂漿早期強(qiáng)度，并且POSS-MPEG(Ⅲ)使CA砂漿早期強(qiáng)度提高最多。這是由于POSS-MPEG中含有POSS結(jié)構(gòu)，POSS是一種包含有機(jī)/無機(jī)結(jié)構(gòu)的雜化結(jié)構(gòu)的納米粒子，它是由Si和O組成的內(nèi)部無機(jī)骨架，外部連接有機(jī)基團(tuán)MPEG鏈，具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，這種結(jié)構(gòu)使得POSS分子具有良好結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性、耐高溫性。同時(shí)有機(jī)基團(tuán)MPEG鏈增加無機(jī)粒子與有機(jī)組分之間，以及無機(jī)粒子和無機(jī)粒子的相互作用，因此當(dāng)在CA砂漿中加入POSS-MPEG時(shí)，CA砂漿的抗壓強(qiáng)度有明顯提高，其中，提高CA砂漿性能的最佳POSS-MPEG型號(hào)為POSS-MPEG(Ⅲ)。

（3）POSS-MPEG(Ⅲ)的用量與CA砂漿性能的關(guān)系

表6POSS-MPEG(Ⅲ)在不同添加量時(shí)的原材料配合比（單位：g）

圖1是POSS-MPEG(Ⅲ)添加量與CA砂漿24梔需譢強(qiáng)度的關(guān)系圖，根據(jù)曲線可以得到POSS-MPEG(Ⅲ)的最佳添加量為乳化瀝青質(zhì)量的0.09%，在此添加量時(shí)，CA砂漿的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到0.15Mpa，比空白實(shí)驗(yàn)抗壓強(qiáng)度提高了0.03Mpa，抗壓強(qiáng)度比原來提高了約25%。鑒于在此添加量時(shí)抗壓強(qiáng)度的提高，我們測(cè)試了其28攙需譢強(qiáng)度數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表9所示：

由表9可知：28攙萀靶譢強(qiáng)度提高了11.96%，在此條件下的CA砂漿已具有較好的彈性阻尼減振性能，又具有較高的抗壓強(qiáng)度，能夠穩(wěn)定支撐軌道和高速列車的壓力。

（4）POSS-MPEG對(duì)CA砂漿抗凍性的影響

通過添加不同摻量的POSS-MPEG(Ⅲ)，來檢測(cè)聚硅氧烷外加劑對(duì)CA砂漿的抗凍性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表10所示：

由表10可知：隨著聚硅氧烷的摻量變大，CA砂漿的抗凍性性能明顯提高，主要是由于聚硅氧烷分子外圍連接有MPEG基團(tuán)，在CA砂漿的配制過程中，POSS-MPEG的加入，不僅能夠?qū)胍欢康奈⑿馀荩姨岣邿o機(jī)粒子與有機(jī)組分之間以及無機(jī)粒子和無機(jī)粒子的相互作用，這些因素可提高CA砂漿在寒冷時(shí)期的抗凍性，可緩和CA砂漿層內(nèi)的自由水等受凍害膨脹時(shí)產(chǎn)生的凍晶壓力。

（5）POSS-MPEG對(duì)CA砂漿其他各個(gè)性能影響

下面我們?cè)趯?duì)CA砂漿的一些其他性能，做一些對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表11所示：

由表11可知：聚硅氧烷外加添加到CA砂漿的其他性能都符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中大部分性能也有明顯的提高。

(6)倀伀勻勻-MPEG對(duì)CA砂漿流動(dòng)度的影響

CA砂漿攪拌完成之后靜置35-40min，含氣量約增加1.6%，密度約減小1.5%。如攪拌時(shí)間增加20洀椀渀，含氣量可達(dá)原含氣量的2.4倍，密度下降15%左右。添加POSS-MPEG后的CA砂漿流動(dòng)度時(shí)間較好的保持在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，并隨時(shí)間的延長(zhǎng)而減弱，一般當(dāng)CA砂漿攪拌完畢靜置35-40min時(shí)，流動(dòng)度損失約在2-6s之間。

4 結(jié)論

試驗(yàn)分析表明：在CA砂漿中添加乳化瀝青質(zhì)量0.09%的POSS-MPEG(Ⅲ)外加劑時(shí)，CA砂漿首次拌和含氣量非常理想的保持在9-10%之間，較大程度的優(yōu)于國(guó)家及鐵道部標(biāo)準(zhǔn)，并且保持較好的流動(dòng)度，其24 h抗壓強(qiáng)度比原來提高了約25%，28d抗壓強(qiáng)度比原來提高了約11.96%，該砂漿具有良好的穩(wěn)定性、耐高溫性、流動(dòng)性、韌性、抗凍性和可工作時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。為我國(guó)無碴軌道CA砂漿的研究工作開辟了新的研究方向，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。