本发明涉及建筑材料领域，具体的涉及一种板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆的制备方法。
背景技术：
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板式无砟轨道是当今高速铁路无砟轨道的主要结构形式，具有几何状态稳定、维护成本低廉等优点，是一种很有发展前景，并在国内外很多已建和在建工程中广泛应用的轨道结构形式。板式无砟轨道的特点之一是在混凝土基床和轨道板之间铺有一层水泥-沥青砂浆作为刚性轨道板和混凝土道床中间的一层减震调平结构垫层，支撑预制的钢筋混凝土轨道板，给轨道提供必要的强度和弹性，是板式无砟轨道核心技术之一。
板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆主要由干料(由水泥、膨胀剂、砂、填料、加气剂等组成)、乳化沥青、水、减水剂和消泡剂等原料在特定的搅拌设备上按一定的搅拌工艺搅拌而成。水泥乳化沥青砂浆中含有大量的无机、有机成分以及各种类型的表面活性剂，使得水泥乳化沥青砂浆的配制技术较为复杂，工程应用中往往由于材料选择不当、各组分相容性不好或特定施工环境下的配合比设计不合理等原因而严重影响了砂浆的各项性能和工程质量。
技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆的制备方法，该方法制得的砂浆弹性大、力学性能优异、稳定性好。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将乳化剂、去离子水、苯乙烯、丁二烯、丙烯酰胺、pH调节剂加入到乳化器中进行室温预乳化，得到预乳液；
(2)向四口烧瓶中加入聚氨酯水分散液和去离子水，45-50℃下搅拌混合10-30min，然后继续升温至55-65℃，将上述预乳液的二分之一均匀滴加到四口烧瓶中，滴加时间为1-2h，滴加完毕后保温10-20min，然后继续滴加剩下的预乳液，滴加时间为1-2h，滴加完毕后，继续保温反应10-20min，然后升温至70-75℃，保温反应10-30min，反应结束后冷却至室温，过滤，出料得以聚氨酯为壳、丁苯胶乳为核的聚氨酯/丁苯胶乳核壳结构；上述过程均在氮气保护下进行；
(3)将基质沥青升温至85-110℃后加入到反应器中，加入硅烷偶联剂，继续升温至130-150℃，保温反应20-40min，通入氮气，使反应器中的压力保持在0.1-0.4MPa，继续反应1-3h，然后抽真空保持10-15min，缓慢泄压至常压，得到硅烷偶联剂改性沥青；
(4)将主乳化剂、辅助乳化剂加入到50-70℃的水中溶解，然后加入上述制得的具有核壳结构的聚氨酯/丁苯胶乳、稳定剂，搅拌混合均匀，加入酸调节其pH至3-5，制得的乳化液用胶体磨研磨，然后加入上述制得的硅烷偶联剂改性沥青，继续研磨5-10min，得到改性乳化沥青；
(5)将水泥、天然河砂、纳米硅溶胶、硫酸钙晶须、引气剂、减水剂、膨胀剂、调凝剂、消泡剂、水混合搅拌均匀后加入上述制得的改性乳化沥青，搅拌均匀后得板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中所述乳化剂为松香酸钾、脂肪酸纳的混合物，二者质量比为(1-3)：1。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，以重量份计，各组分用量分别为：乳化剂0.5-0.8份、去离子水10-20份、苯乙烯2-6份、丁二烯3-6份、丙烯酰胺1-2份、pH调节剂0.3-0.6份。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述聚氨酯水溶液与预乳液的体积比为(2-4)：1。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，基质沥青与硅烷偶联剂的质量比为1：(0.07-0.12)。
作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述主乳化剂为卵磷脂、阿拉伯胶、聚乙烯醇、2-萘磺酸钠中的一种。
作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述辅助乳化剂为乙二醇、乙醇、丙二醇、正丁醇、甘油中的一种。
作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，以重量份计，各组分用量为：主乳化剂5-9份、辅助乳化剂1-3份、具有核壳结构的聚氨酯/丁苯胶乳7-13份、稳定剂1-3份、硅烷偶联剂改性沥青15-20份。
作为上述技术方案的优选，步骤(5)中，以重量份计，各组分用量分别为：水泥30-60份、天然河砂20-45份、纳米硅溶胶2-6份、硫酸钙晶须1-1.5份、引气剂0.3-0.7份、减水剂1-2份、膨胀剂0.5-1.5份、调凝剂1-2份、消泡剂1-2份、水10-20份。
作为上述技术方案的优选，步骤(5)中，所述调凝剂为糖钙和甲酸钙的混合物，二者质量比为1：(1-2)。
本发明具有以下优有益效果：
本发明在制备丁苯胶乳的过程中，加入聚氨酯溶液，从而制得以聚氨酯为壳、丁苯胶乳为核的聚氨酯/丁苯胶乳复合材料，其粘结强度好，力学性能优异，用于改性乳化沥青时，可以有效提高沥青的低温抗开裂性能；
另一方面，本发明首先采用硅烷偶联剂处理基质沥青，然后再对其进行乳化，改性后的基质沥青表面具有很多的活性基团，在对其乳化时制得的乳化沥青稳定性好。
本发明制得的砂浆强度大，稳定性优异，机械性能佳，耐低温及耐高温性能优异，环保无毒。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将乳化剂、去离子水、苯乙烯、丁二烯、丙烯酰胺、pH调节剂加入到乳化器中进行室温预乳化，得到预乳液；其中，所述乳化剂为松香酸钾、脂肪酸纳的混合物，二者质量比为1：1，各组分用量为：乳化剂0.5份、去离子水10份、苯乙烯2份、丁二烯3份、丙烯酰胺1份、pH调节剂0.3份；
(2)向四口烧瓶中加入聚氨酯水分散液和去离子水，45℃下搅拌混合10min，然后继续升温至55℃，将上述预乳液的二分之一均匀滴加到四口烧瓶中，滴加时间为1h，滴加完毕后保温10min，然后继续滴加剩下的预乳液，滴加时间为1h，滴加完毕后，继续保温反应10min，然后升温至70℃，保温反应10min，反应结束后冷却至室温，过滤，出料得以聚氨酯为壳、丁苯胶乳为核的聚氨酯/丁苯胶乳核壳结构；上述过程均在氮气保护下进行；其中，聚氨酯水溶液与预乳液的体积比为2：1；
(3)将基质沥青升温至85℃后加入到反应器中，加入硅烷偶联剂，继续升温至130℃，保温反应20min，通入氮气，使反应器中的压力保持在0.1MPa，继续反应1h，然后抽真空保持10min，缓慢泄压至常压，得到硅烷偶联剂改性沥青；其中，基质沥青与硅烷偶联剂的质量比为1：0.07；
(4)将磷脂、乙醇加入到50℃的水中溶解，然后加入上述制得的具有核壳结构的聚氨酯/丁苯胶乳、稳定剂，搅拌混合均匀，加入酸调节其pH至3-5，制得的乳化液用胶体磨研磨，然后加入上述制得的硅烷偶联剂改性沥青，继续研磨5min，得到改性乳化沥青；其中，各组分的用量为：磷脂5份、乙醇1份、具有核壳结构的聚氨酯/丁苯胶乳7份、稳定剂1份、硅烷偶联剂改性沥青15份；
(5)将水泥、天然河砂、纳米硅溶胶、硫酸钙晶须、引气剂、减水剂、膨胀剂、调凝剂、消泡剂、水混合搅拌均匀后加入上述制得的改性乳化沥青，搅拌均匀后得板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆；其中，各组分用量分别为：水泥30份、天然河砂20份、纳米硅溶胶2份、硫酸钙晶须1份、引气剂0.3份、减水剂1份、膨胀剂0.5份、调凝剂1份、消泡剂1份、水10份。
实施例2
一种板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将乳化剂、去离子水、苯乙烯、丁二烯、丙烯酰胺、pH调节剂加入到乳化器中进行室温预乳化，得到预乳液；其中，所述乳化剂为松香酸钾、脂肪酸纳的混合物，二者质量比为1.5：1，各组分用量为：乳化剂0.6份、去离子水14份、苯乙烯4份、丁二烯4份、丙烯酰胺1.3份、pH调节剂0.4份；
(2)向四口烧瓶中加入聚氨酯水分散液和去离子水，45℃下搅拌混合15min，然后继续升温至55℃，将上述预乳液的二分之一均匀滴加到四口烧瓶中，滴加时间为1.4h，滴加完毕后保温15min，然后继续滴加剩下的预乳液，滴加时间为1.5h，滴加完毕后，继续保温反应15min，然后升温至70℃，保温反应15min，反应结束后冷却至室温，过滤，出料得以聚氨酯为壳、丁苯胶乳为核的聚氨酯/丁苯胶乳核壳结构；上述过程均在氮气保护下进行；其中，聚氨酯水溶液与预乳液的体积比为3：1；
(3)将基质沥青升温至95℃后加入到反应器中，加入硅烷偶联剂，继续升温至140℃，保温反应30min，通入氮气，使反应器中的压力保持在0.2MPa，继续反应1.5h，然后抽真空保持12min，缓慢泄压至常压，得到硅烷偶联剂改性沥青；其中，基质沥青与硅烷偶联剂的质量比为1：0.09；
(4)将阿拉伯胶、丙二醇加入到60℃的水中溶解，然后加入上述制得的具有核壳结构的聚氨酯/丁苯胶乳、稳定剂，搅拌混合均匀，加入酸调节其pH至3-5，制得的乳化液用胶体磨研磨，然后加入上述制得的硅烷偶联剂改性沥青，继续研磨6min，得到改性乳化沥青；其中，各组分的用量为：阿拉伯胶6份、丙二醇1.5份、具有核壳结构的聚氨酯/丁苯胶乳10份、稳定剂1.5份、硅烷偶联剂改性沥青16份；
(5)将水泥、天然河砂、纳米硅溶胶、硫酸钙晶须、引气剂、减水剂、膨胀剂、调凝剂、消泡剂、水混合搅拌均匀后加入上述制得的改性乳化沥青，搅拌均匀后得板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆；其中，各组分用量分别为：水泥40份、天然河砂30份、纳米硅溶胶3份、硫酸钙晶须1.1份、引气剂0.4份、减水剂1.2份、膨胀剂0.7份、调凝剂1.2份、消泡剂1.3份、水14份。
实施例3
一种板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将乳化剂、去离子水、苯乙烯、丁二烯、丙烯酰胺、pH调节剂加入到乳化器中进行室温预乳化，得到预乳液；其中，所述乳化剂为松香酸钾、脂肪酸纳的混合物，二者质量比为2：1，各组分用量为：乳化剂0.7份、去离子水18份、苯乙烯5份、丁二烯5份、丙烯酰胺1.6份、pH调节剂0.5份；
(2)向四口烧瓶中加入聚氨酯水分散液和去离子水，50℃下搅拌混合20min，然后继续升温至60℃，将上述预乳液的二分之一均匀滴加到四口烧瓶中，滴加时间为1.7h，滴加完毕后保温15min，然后继续滴加剩下的预乳液，滴加时间为1.6h，滴加完毕后，继续保温反应15min，然后升温至70℃，保温反应20min，反应结束后冷却至室温，过滤，出料得以聚氨酯为壳、丁苯胶乳为核的聚氨酯/丁苯胶乳核壳结构；上述过程均在氮气保护下进行；其中，聚氨酯水溶液与预乳液的体积比为3.5：1；
(3)将基质沥青升温至100℃后加入到反应器中，加入硅烷偶联剂，继续升温至140℃，保温反应30min，通入氮气，使反应器中的压力保持在0.3MPa，继续反应2.5h，然后抽真空保持14min，缓慢泄压至常压，得到硅烷偶联剂改性沥青；其中，基质沥青与硅烷偶联剂的质量比为1：0.1；
(4)将聚乙烯醇、正丁醇加入到60℃的水中溶解，然后加入上述制得的具有核壳结构的聚氨酯/丁苯胶乳、稳定剂，搅拌混合均匀，加入酸调节其pH至3-5，制得的乳化液用胶体磨研磨，然后加入上述制得的硅烷偶联剂改性沥青，继续研磨8min，得到改性乳化沥青；其中，各组分的用量为：聚乙烯醇8份、正丁醇2.5份、具有核壳结构的聚氨酯/丁苯胶乳11份、稳定剂2份、硅烷偶联剂改性沥青18份；
(5)将水泥、天然河砂、纳米硅溶胶、硫酸钙晶须、引气剂、减水剂、膨胀剂、调凝剂、消泡剂、水混合搅拌均匀后加入上述制得的改性乳化沥青，搅拌均匀后得板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆；其中，各组分用量分别为：水泥50份、天然河砂40份、纳米硅溶胶5份、硫酸钙晶须1.4份、引气剂0.5份、减水剂1.5份、膨胀剂1.0份、调凝剂1.6份、消泡剂1.9份、水18份。
实施例4
一种板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将乳化剂、去离子水、苯乙烯、丁二烯、丙烯酰胺、pH调节剂加入到乳化器中进行室温预乳化，得到预乳液；其中，所述乳化剂为松香酸钾、脂肪酸纳的混合物，二者质量比为3：1，各组分用量为：乳化剂0.8份、去离子水20份、苯乙烯6份、丁二烯6份、丙烯酰胺2份、pH调节剂0.6份；
(2)向四口烧瓶中加入聚氨酯水分散液和去离子水，50℃下搅拌混合30min，然后继续升温至65℃，将上述预乳液的二分之一均匀滴加到四口烧瓶中，滴加时间为2h，滴加完毕后保温20min，然后继续滴加剩下的预乳液，滴加时间为2h，滴加完毕后，继续保温反应20min，然后升温至75℃，保温反应30min，反应结束后冷却至室温，过滤，出料得以聚氨酯为壳、丁苯胶乳为核的聚氨酯/丁苯胶乳核壳结构；上述过程均在氮气保护下进行；其中，聚氨酯水溶液与预乳液的体积比为4：1；
(3)将基质沥青升温至110℃后加入到反应器中，加入硅烷偶联剂，继续升温至150℃，保温反应40min，通入氮气，使反应器中的压力保持在0.4MPa，继续反应3h，然后抽真空保持15min，缓慢泄压至常压，得到硅烷偶联剂改性沥青；其中，基质沥青与硅烷偶联剂的质量比为1：0.12；
(4)将2-萘磺酸钠、乙二醇加入到70℃的水中溶解，然后加入上述制得的具有核壳结构的聚氨酯/丁苯胶乳、稳定剂，搅拌混合均匀，加入酸调节其pH至3-5，制得的乳化液用胶体磨研磨，然后加入上述制得的硅烷偶联剂改性沥青，继续研磨10min，得到改性乳化沥青；其中，各组分的用量为：2-萘磺酸钠9份、乙二醇3份、具有核壳结构的聚氨酯/丁苯胶乳13份、稳定剂3份、硅烷偶联剂改性沥青20份；
(5)将水泥、天然河砂、纳米硅溶胶、硫酸钙晶须、引气剂、减水剂、膨胀剂、调凝剂、消泡剂、水混合搅拌均匀后加入上述制得的改性乳化沥青，搅拌均匀后得板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆；其中，各组分用量分别为：水泥60份、天然河砂45份、纳米硅溶胶6份、硫酸钙晶须1.5份、引气剂0.7份、减水剂2份、膨胀剂1.5份、调凝剂2份、消泡剂2份、水20份。
对比例1
一种板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将乳化剂、去离子水、苯乙烯、丁二烯、丙烯酰胺、pH调节剂加入到乳化器中进行室温预乳化，得到预乳液；其中，所述乳化剂为松香酸钾、脂肪酸纳的混合物，二者质量比为3：1，各组分用量为：乳化剂0.8份、去离子水20份、苯乙烯6份、丁二烯6份、丙烯酰胺2份、pH调节剂0.6份；
(2)向四口烧瓶中加入去离子水，50℃下搅拌混合30min，然后继续升温至65℃，将上述预乳液的二分之一均匀滴加到四口烧瓶中，滴加时间为2h，滴加完毕后保温20min，然后继续滴加剩下的预乳液，滴加时间为2h，滴加完毕后，继续保温反应20min，然后升温至75℃，保温反应30min，反应结束后冷却至室温，过滤，出料得以丁苯胶乳；上述过程均在氮气保护下进行；
(3)将基质沥青升温至110℃后加入到反应器中，加入硅烷偶联剂，继续升温至150℃，保温反应40min，通入氮气，使反应器中的压力保持在0.4MPa，继续反应3h，然后抽真空保持15min，缓慢泄压至常压，得到硅烷偶联剂改性沥青；其中，基质沥青与硅烷偶联剂的质量比为1：0.12；
(4)将2-萘磺酸钠、乙二醇加入到70℃的水中溶解，然后加入上述制得的具有核壳结构的聚氨酯/丁苯胶乳、稳定剂，搅拌混合均匀，加入酸调节其pH至3-5，制得的乳化液用胶体磨研磨，然后加入上述制得的硅烷偶联剂改性沥青，继续研磨10min，得到改性乳化沥青；其中，各组分的用量为：2-萘磺酸钠9份、乙二醇3份、具有核壳结构的聚氨酯/丁苯胶乳13份、稳定剂3份、硅烷偶联剂改性沥青20份；
(5)将水泥、天然河砂、纳米硅溶胶、硫酸钙晶须、引气剂、减水剂、膨胀剂、调凝剂、消泡剂、水混合搅拌均匀后加入上述制得的改性乳化沥青，搅拌均匀后得板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆；其中，各组分用量分别为：水泥60份、天然河砂45份、纳米硅溶胶6份、硫酸钙晶须1.5份、引气剂0.7份、减水剂2份、膨胀剂1.5份、调凝剂2份、消泡剂2份、水20份。
对比例2
一种板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将乳化剂、去离子水、苯乙烯、丁二烯、丙烯酰胺、pH调节剂加入到乳化器中进行室温预乳化，得到预乳液；其中，所述乳化剂为松香酸钾、脂肪酸纳的混合物，二者质量比为3：1，各组分用量为：乳化剂0.8份、去离子水20份、苯乙烯6份、丁二烯6份、丙烯酰胺2份、pH调节剂0.6份；
(2)向四口烧瓶中加入聚氨酯水分散液和去离子水，50℃下搅拌混合30min，然后继续升温至65℃，将上述预乳液的二分之一均匀滴加到四口烧瓶中，滴加时间为2h，滴加完毕后保温20min，然后继续滴加剩下的预乳液，滴加时间为2h，滴加完毕后，继续保温反应20min，然后升温至75℃，保温反应30min，反应结束后冷却至室温，过滤，出料得以聚氨酯为壳、丁苯胶乳为核的聚氨酯/丁苯胶乳核壳结构；上述过程均在氮气保护下进行；其中，聚氨酯水溶液与预乳液的体积比为4：1；
(2)将2-萘磺酸钠、乙二醇加入到70℃的水中溶解，然后加入上述制得的具有核壳结构的聚氨酯/丁苯胶乳、稳定剂，搅拌混合均匀，加入酸调节其pH至3-5，制得的乳化液用胶体磨研磨，然后加入基质沥青，继续研磨10min，得到乳化沥青；其中，各组分的用量为：2-萘磺酸钠9份、乙二醇3份、具有核壳结构的聚氨酯/丁苯胶乳13份、稳定剂3份、基质沥青20份；
(5)将水泥、天然河砂、纳米硅溶胶、硫酸钙晶须、引气剂、减水剂、膨胀剂、调凝剂、消泡剂、水混合搅拌均匀后加入上述制得的乳化沥青，搅拌均匀后得板式无砟轨道用乳化沥青水泥砂浆；其中，各组分用量分别为：水泥60份、天然河砂45份、纳米硅溶胶6份、硫酸钙晶须1.5份、引气剂0.7份、减水剂2份、膨胀剂1.5份、调凝剂2份、消泡剂2份、水20份。
上述制得的砂浆性能如下：
从上述表格数据来看，与对比例1、对比例2相比，本发明制得的砂浆强度大，耐低温性能优异。