專利名稱：適用于膨脹巖地區(qū)鐵路路基基床的水泥基防水抗裂材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水泥基防水抗裂材料，具體涉及一種適用于膨脹巖地區(qū)鐵路路基基床上部防止地表水下滲的且能經(jīng)受列車動荷載疲勞作用的低強度高彈性防水材料。
背景技術：
膨脹巖屬于軟巖中的特殊類型，它的性狀具有似巖非巖、似土非土的特點，其濕度變化時有較大體積變化，變形受約束時產(chǎn)生較大內(nèi)應力，具有吸水膨脹、失水收縮和反復脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性，性質(zhì)極不穩(wěn)定。建設在上面的基建工程產(chǎn)生常會出現(xiàn)不均勻的豎向或水平的脹縮變形，造成位移、開裂、傾斜甚至破壞，且往往成群出現(xiàn)，危害性很大，一般于工程完工后半年到五年出現(xiàn)[1’2]。膨脹巖廣泛分布于我國西南地區(qū)，尤以我國的廣西和云南最為廣泛。幾年來，大量的交通工程項目在我國西部地區(qū)建設。目前在我國西南地區(qū)已經(jīng)完成的建設項目中，已有部分工程受到膨脹巖的影響。例如，由于南昆鐵路廣西段路基大部分位于膨脹巖地段，在通車使用了一段時間后，發(fā)現(xiàn)由于基床下部的膨脹巖在地下水和地表水的反復作用下發(fā)生的脹縮變形，加之鐵路路基上部直接承受列車動力荷載作用，造成了南昆鐵路路基基床的嚴重病害?；膊『χ饕新坊鲁练瓭{、冒泥、基床鼓起、側(cè)向擠壓破壞(如圖2所示)等。 路基基床一旦出現(xiàn)病害將直接威脅列車的安全運行，造成列車慢行，停開，嚴重者會造成列車脫軌，翻車，給國家造成重大損失[3’4]。因此研究線膨脹巖基床病害的整治方法有著重大的現(xiàn)實意義。通過大量的現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)以下2個因素共同作用導致了膨脹巖基床病害的發(fā)生 [2’4]。第一，地下水和地表水在路基基床中滲透，導致了膨脹巖的膨脹和收縮變形；第二，列車行駛過程中動力荷載的反復作用。在已經(jīng)建成的南昆鐵路中，1998年至今南寧鐵路局投入了近億元資金整治路基病害，采用了挖除換填、全封閉等整治措施，盡管耗費巨資，基床病害問題始終未得到有效解決。既有南昆鐵路膨脹土(巖)實踐證明，膨脹巖具有復雜的工程地質(zhì)特性，如果不采取措施或措施不當，不僅無法保證施工質(zhì)量和施工工期，還會給鐵路運營留下隱患，后患無窮。根據(jù)以上分析，在膨脹巖地區(qū)的路基基床施工中，最重要的是要能夠隔絕地表水通過路基下滲到膨脹巖上，而且防水材料還需要具有良好的抗裂性能， 能能夠隨著膨脹巖在地下水作用下發(fā)生輕微變形而變形。目前，關于路基基床防水的技術措施主要是在基床下部鋪設復合防水板、熱拌浙青層、混凝土層，或者增大換填深度等措施[5]。這些方法在膨脹巖表面鋪設往往達不到防水的作用。試驗發(fā)現(xiàn)復合防水板接縫往往是滲水的通道，而且下滲的地表水容易在防水板內(nèi)部形成水袋，在列車動荷載作用下，形成泵擊效應，造成防水失效。熱拌浙青的質(zhì)量控制要求非常高，而且價格不菲?；炷潦谴嘈圆牧?，膨脹巖稍有脹縮，就容易開裂，失去防水作用。增大基床換填深度，建設成本將大幅增加，且嚴重影響工期fc’7]。雖然，鐵路建設中有關路基基床防排水的研究已經(jīng)開展了多年，但是關于膨脹巖地區(qū)路基基床防水的有效方法還鮮見報道。因此，研發(fā)一種能夠有效隔斷地表水向膨脹巖
3滲透，而且本身能夠隨膨脹巖的變形而發(fā)生一定的變形，具有較強抗裂性能，適合于膨脹巖地區(qū)路基基床防水結(jié)構(gòu)層的水泥基防水抗裂材料，對于我國膨脹巖地區(qū)鐵道工程的建設具有重要意義。參考文獻[1]馮玉勇，張永雙，曲永新，等.南昆鐵路百色盆地膨脹土路提病害機理研究，巖土工程學報，2001，23 ) =463-469.[2]馮俊德，楊果林，龍廣成.云桂鐵路膨脹巖(土 )現(xiàn)場調(diào)查、調(diào)研和處治建議報告.成都，中鐵二院；長沙，中南大學，2010.[3]曾繼杰.南寧盆地膨脹巖的工程性質(zhì)及防護措施，路基工程，2001，(6) :5-10.[4]吳志平，舒茂芳，潘焱.我局轄內(nèi)南昆線膨脹(巖)土路基病害情況調(diào)查及整治分析.2003年中國交通土建工程學術暨建設成果論文集，672-677.[5]郝瀛.鐵道工程，中國鐵道出版社，北京，2004.[6]邱延峻，魏永幸.客運專線無砟軌道路基面防水型浙青混合料.鐵道學報， 2008,30(5) :85-90.[7]劉寧.使用防水土工膜防治路基-路面的水因破壞.交通世界，2010，(15) 238-240.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種具有較好防水性能和良好彈性變形性能的適用于膨脹巖地區(qū)鐵路路基基床的水泥基防水抗裂材料。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供的適用于膨脹巖地區(qū)鐵路路基基床的水泥基防水抗裂材料，由膠凝材料組份、改性組份和砂土體系組成，所述的膠凝材料組份、改性組份和砂土體系的質(zhì)量比為1 (0.38 0.42) (5.0 5. 5)。所述的膠凝材料組份由普通硅酸鹽水泥和粉煤灰組成，所述的水泥與粉煤灰的質(zhì)量比為1 (0. 5 1. 0)。所述的水泥為P. 0 42. 5普通硅酸鹽水泥以上等級，所述的粉煤灰為I級或II級。所述的改性組份由橡膠粉顆粒、聚丙烯纖維、乳化浙青、乳膠粉、輕質(zhì)碳酸鈣粉和聚羧酸型減水劑組成，所述的橡膠粉顆粒為再生橡膠粉顆粒大小介于20 60目之間，所述的聚丙烯纖維的長度在10 20mm之間，所述的橡膠粉顆粒、聚丙烯纖維、乳化浙青、乳膠粉和輕質(zhì)碳酸鈣粉的質(zhì)量比為1 (0.02 0.03) (0.6 1) (0.06 0.08) (0. 3 0. 5)，所述的聚羧酸型減水劑用來調(diào)節(jié)工作性能。所述的砂土體系由河砂和低膨脹性土顆粒組成，所述的河砂和低膨脹性土顆粒的質(zhì)量比為1 (0.7 1)。所述的河砂為中粗河砂，所述的低膨脹性土顆粒土為紅粘土或者當?shù)氐闹腥跖蛎浲?，顆粒小于20mm。本發(fā)明中水摻量與膠凝材料摻量的質(zhì)量比為(0.7 1.0) 1，通過減水劑調(diào)節(jié)工作性。本發(fā)明的水泥基防水抗裂材料經(jīng)過標準養(yǎng)護觀山其主要性能為抗壓強度 (2. 0 5. 0)MPa、彈性模量彡2GPa、56d電通量彡6000C、典型應力應變曲線圖4所示。
本發(fā)明的科學性、有效性及其與現(xiàn)有測試方法的比較本發(fā)明是基于對我國西南地區(qū)膨脹巖地質(zhì)對鐵路路基基床影響的充分現(xiàn)場調(diào)查以及對目前常用的路基基床防水方法后開展的，充分考慮了膨脹巖的性質(zhì)和路基基床防水的特點和要求。突破了傳統(tǒng)的路基基床防水方法，采用膠凝材料+改性組分+砂土體系構(gòu)成，改性組份具有是使該材料彈性變形能力增強的作用，通過大量實驗證明本發(fā)明的材料具有較好的防水性能和抗裂性能。與傳統(tǒng)的路基基床防水方法相比，防水效果更好，變形性能更強，工程造價還略有降低。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果A、本發(fā)明主要采用膠凝材料+改性組份+砂土的混合體系，同時具備了較好的防水性能和抗裂性能，鋪設在膨脹巖和路基基床之間，可以顯著提高我國西南地區(qū)膨脹巖路基基床防水效果。B、采用本發(fā)明可以減少膨脹巖地區(qū)進行鐵路建設時的路基基床填挖量，減少了工程量，縮短了施工工期，具有較好的經(jīng)濟性?，F(xiàn)場施工操作簡單，可就地取材，價格合理，適用性強。


圖1本發(fā)明材料在膨脹巖路基基床中使用位置。圖2本發(fā)明典型應力應變曲線(采用實施例1配合比)。圖3是對比例與實施例的應力應變線(標養(yǎng)至觀山試件尺寸(100*100*300) mm3)。圖4是對比例與實施例的電通量測試值(標養(yǎng)至觀山采用ASTMC1202方法測試)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明，以下實施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進一步的限定。本發(fā)明提供的適用于膨脹巖地區(qū)鐵路路基基床的水泥基防水抗裂材料，由膠凝材料組份、改性組份和砂土體系組成，所述的膠凝材料組份、改性組份和砂土體系的質(zhì)量比為 1 (0. 38 0. 42) (5. 0 5. 5)。膠凝材料組份由普通硅酸鹽水泥和粉煤灰組成，水泥與粉煤灰的質(zhì)量比為 1 (0. 5 1.0)，水泥為P. 0 42. 5普通硅酸鹽水泥以上等級，所述的粉煤灰為I級或II級。改性組份由橡膠粉顆粒、聚丙烯纖維、乳化浙青、乳膠粉、輕質(zhì)碳酸鈣粉和聚羧酸型減水劑組成，橡膠粉顆粒為再生橡膠粉顆粒大小介于20 60目之間，聚丙烯纖維的長度在10 20mm之間，橡膠粉顆粒、聚丙烯纖維、乳化浙青、乳膠粉和輕質(zhì)碳酸鈣粉的質(zhì)量比為 1 (0. 02 0. 03) (0. 6 1) (0. 06 0. 08) (0. 3 0. 5)，聚羧酸型減水劑用來調(diào)節(jié)工作性能。砂土體系由河砂和低膨脹性土顆粒組成，所述的河砂和低膨脹性土顆粒的質(zhì)量比為1 (0.7 1)，河砂為中粗河砂，低膨脹性土顆粒土為紅粘土或者當?shù)氐闹腥跖蛎浲?，顆粒小于20mm。本發(fā)明中水摻量與膠凝材料摻量的質(zhì)量比為(0.7 1.0) 1，通過減水劑調(diào)節(jié)工作性。實施例
膠凝材料組份~~改性組份砂土體系Γα
對比例1 0δΤ 08
實施例 1 0385Γ3 08
實施例2 0 405Λ 08
實施例 3 042δΓθ 08其中發(fā)明例改性組份中橡膠粉顆粒、聚丙烯纖維、乳化浙青、乳膠粉和輕質(zhì)碳酸鈣粉的質(zhì)量比為 1 0.0 0.8 0.06 0.34。以實施3為例，其每立方米材料配合比如下(單位kg/m3)
膠凝材料改性組份r| , ,κ
組份砂土體系
水粉煤乳化輕質(zhì)
橡膠粉纖維乳膠粉減水劑砂 十水 泥灰___M__碳酸鈣粉_____
187821
90 50 40 1. 2 1731600
O06本發(fā)明的水泥基防水抗裂材料經(jīng)過標準養(yǎng)護觀山其主要性能為抗壓強度 (2. O 5. 0)MPa、彈性模量彡2GPa、56d電通量彡6000C、典型應力應變曲線圖2所示。圖1本發(fā)明材料在膨脹巖路基基床中使用位置，圖中1-基床表層，2-0. 7(0.6)m 厚級配碎石，3-2. 15 (1.7 m厚A、B組填料，4-0. IOm厚中粗砂(緩沖層)，5-水泥基防水抗裂材料，6-其面處理，7-膨脹巖。圖2本發(fā)明典型應力應變曲線(采用實施例1配合比)。圖3對比例與實施例的應力應變線(標養(yǎng)至觀山試件尺寸(100*100*300)mm3)， 由圖3可知，采用本發(fā)明的材料變形性能大幅增加。圖4對比例與實施例的電通量測試值(標養(yǎng)至觀山采用ASTMC1202方法測試)。本發(fā)明提供的適用于膨脹巖地區(qū)鐵路路基基床的水泥基防水抗裂材料在現(xiàn)場施工時，應按照如下步驟進行(1)、施工前要對膨脹巖的基面進行處理，清除基面上的浮土的雜物，在基面噴射一層厚度約3mm的水泥漿層。O)、按照要求準備好原材料，為便于現(xiàn)場施工，可以將改性組分中的乳膠粉、輕質(zhì)碳酸鈣粉、聚丙烯纖維按比例配置好后，拌制均勻，單獨裝袋。(3)、現(xiàn)場可采用體積為(500 1000) L的攪拌機械進行攪拌，攪拌時首先投入砂土組份，然后投入膠凝材料組份，再投入改性組份，分別攪拌均勻，最后摻入水和適量的減水劑，攪拌時間3分鐘左右。0)、材料攪拌好后，立刻用運輸車運至處理過的膨脹巖表面，采用人工夯實或者機械碾壓的方法，攤鋪在膨脹巖表層，攤鋪厚度(20 30)mm，攤鋪完畢采用混凝土的養(yǎng)護方式進行養(yǎng)護，養(yǎng)護48小時后，在其表面鋪設厚度為(8 10) cm的砂墊層，隨后可以繼續(xù)進行下一步的路基基床其它施工。本發(fā)明是一種具有較好防水性能和良好彈性變形性能的水泥基抗裂防水材料。該材料鋪設在膨脹巖地區(qū)鐵路路基基床1與膨脹巖7之間(見圖1所示)可有效隔斷地表水和地下水在基床中的滲透，并能承受膨脹巖在地下水作用下的變形以及列車動力荷載的反復疲勞作用，為我國鐵路建設時在膨脹巖地區(qū)路基基床病害提供切實可行的解決方法，從而確保鐵路安全行車的要求。本發(fā)明是一種技術成熟、施工簡便、價格合理，能夠就地取材的膨脹巖地區(qū)路基基床防排水結(jié)構(gòu)層材料。主要針對我國西南地區(qū)鐵路建設中在地下水和地表水作用下膨脹巖發(fā)生脹縮造成建在膨脹巖上部的路基基床發(fā)生病害的實際工程調(diào)查研究，并結(jié)合目前人們對鐵路路基基床防排水處理方法和效果的研究，研發(fā)了一種適合于鋪設在膨脹巖與路基基床之間的新型水泥基防水抗裂材料。該材料具有較好的變形性能，能夠使膨脹巖在地下水作用下發(fā)生膨脹時產(chǎn)生變形而不會開裂，因此不會造成地表水下滲的通道，同時該材料本身具有較好的防水性能，能夠阻止地表水沿路基基床下滲到膨脹巖中，從而最大程度的降低膨脹巖由于地表水滲入而造成的膨脹，保證了膨脹巖路基基床良好的防水性能，確保了列車行成安全。
權(quán)利要求
1.一種適用于膨脹巖地區(qū)鐵路路基基床的水泥基防水抗裂材料，其特征是由膠凝材料組份、改性組份和砂土體系組成，所述的膠凝材料組份、改性組份和砂土體系的質(zhì)量比為 1 (0. 38 0. 42) (5. 0 5. 5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于膨脹巖地區(qū)鐵路路基基床的水泥基防水抗裂材料，其特征是所述的膠凝材料組份由普通硅酸鹽水泥和粉煤灰組成，所述的水泥與粉煤灰的質(zhì)量比為1 (0. 5 1. 0)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于膨脹巖地區(qū)鐵路路基基床的水泥基防水抗裂材料，其特征是所述的水泥為P. O 42. 5普通硅酸鹽水泥以上等級，所述的粉煤灰為I級或II級。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于膨脹巖地區(qū)鐵路路基基床的水泥基防水抗裂材料，其特征是所述的改性組份由橡膠粉顆粒、聚丙烯纖維、乳化浙青、乳膠粉、輕質(zhì)碳酸鈣粉和聚羧酸型減水劑組成，所述的橡膠粉顆粒為再生橡膠粉顆粒大小介于20 60目之間，所述的聚丙烯纖維的長度在10 20mm之間，所述的橡膠粉顆粒、聚丙烯纖維、乳化浙青、乳膠粉和輕質(zhì)碳酸鈣粉的質(zhì)量比為1 (0.02 0.03) (0.6 1) (0.06 0. 08) (0.3 0.5)，所述的聚羧酸型減水劑用來調(diào)節(jié)工作性能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于膨脹巖地區(qū)鐵路路基基床的水泥基防水抗裂材料，其特征是所述的砂土體系由河砂和低膨脹性土顆粒組成，所述的河砂和低膨脹性土顆粒的質(zhì)量比為1 (0.7 1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于膨脹巖地區(qū)鐵路路基基床的水泥基防水抗裂材料，其特征是所述的河砂為中粗河砂，所述的低膨脹性土顆粒土為紅粘土或者當?shù)氐闹腥跖蛎浲粒w粒小于20mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于膨脹巖地區(qū)鐵路路基基床的水泥基防水抗裂材料，由膠凝材料組份、改性組份和砂土體系組成，所述的膠凝材料組份、改性組份和砂土體系的質(zhì)量比為1∶(0.38～0.42)∶(5.0～5.5)。本發(fā)明是一種具有較好防水性能和良好彈性變形性能的適用于膨脹巖地區(qū)鐵路路基基床的水泥基防水抗裂材料。
文檔編號C04B28/04GK102503311SQ20111034976
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者馮俊德, 封志軍, 馬昆林, 龍廣成 申請人:中南大學