本发明涉及铁路路基工程，具体涉及一种用于铁路路基硫酸盐侵蚀病害整治的添加剂及其制备方法。
背景技术：
1、铁路路基过渡段是路基与结构物等衔接时需特殊处理的地段，例如路堤与桥台、路堤与横向构筑物、路堤与路堑、路堑与隧道等衔接处的过渡区域；设置过渡段可使轨道的刚度逐渐变化，并最大限度地减小沉降差，达到降低列车与线路的振动，减缓路基结构的变形，保证列车安全、平稳、舒适运行的目的。铁路路基过渡段通常使用水泥级配碎石建造，由满足规范要求的水泥和级配碎石经干拌混合、加水拌合后制备而成，主要发挥在不同段落(桥、隧、路)间的刚度过渡作用，是列车行车平稳的重要保障。
2、近年来，高速铁路路基上拱变形问题十分突出，尤其是路基过渡段因硫酸盐侵蚀而上拱的问题日益严峻。水泥级配碎石的硫酸盐侵蚀问题可根据硫酸盐的来源分为内源性硫酸盐侵蚀和外源性硫酸盐侵蚀两类：(1)内源性硫酸盐侵蚀主要是指制备水泥级配碎石时使用了硫酸盐含量超标的水泥或级配碎石，从而将大量硫酸盐直接引入水泥级配碎石材料内部，硫酸盐与水泥级配碎石中的水泥及其水化反应产物进一步发生反应，生成了膨胀性产物，主要是钙矾石，一种无色到黄色的钙铝硫酸盐矿物，其化学分子为3cao·al2o3·3caso4·32h2o，其中结晶水的数量与所处环境有关，引起体积膨胀，最终导致路基上拱。(2)外源性硫酸盐侵蚀主要是指路基过渡段所处的环境(水、土)中存在大量的硫酸盐，通过水的媒介作用，接触了水泥级配碎石，与水泥级配碎石中的水泥及其水化反应产物发生反应，生成了主要为钙矾石的膨胀性物质主要是钙矾石，引起体积膨胀，最终导致路基上拱。
3、硫酸盐侵蚀导致的上拱病害具有位置隐蔽、发展缓慢且反应不可逆的特点，使其成为事前无法预测、事后极难整治的铁路路基耐久性顽疾。高铁对路基的上拱变形量要求限制很严格，难以通过肉眼直接分辨。通常情况下，在铁轨上行驶的轨道车检测到了轨道面发生的形变，然后综合多方面的因素判断是路基内部发生了反应导致的，进而通过现场钻孔取样送实验室检测，验证是硫酸盐含量超标，最终判定为硫酸盐侵蚀导致的路基上拱。
4、目前针对该病害的整治办法只有将上拱路基全部挖除，并重新填筑路基，资金和时间成本极为高昂，影响铁路正常和安全运营，由此产生的社会成本更为巨大。因此，急需开发一种操作简便、成本较低、阻止病害进一步发展的整治铁路路基过渡段水泥级配碎石硫酸盐侵蚀病害的方法。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对上述问题，提供一种成本较低、阻止病害进一步发展的用于铁路路基硫酸盐侵蚀病害整治的添加剂及其制备方法。
2、本发明为了实现其目的，采用的技术方案是：
3、一种用于铁路路基硫酸盐侵蚀病害整治的添加剂，包括如下重量份的组分：0.2～10份保水剂和100份水，且充入有饱和量60～100％(优选70～100％、80～100％或者90～100％)的二氧化碳气体；
4、所述保水剂为吸水树脂、稻壳灰、膨胀页岩、浮石、沸石、珍珠岩、膨润土等中的一种或多种的混合物。
5、所述保水剂，触发保水剂向外释水的环境相对湿度应不低于40％，且能在酸性和碱性的溶液中稳定存在；优选所述保水剂选自吸水树脂、稻壳灰、膨润土，保水剂颗粒最大粒径不大于1mm。
6、优选地，所述保水剂颗粒的粒径为0.04～1mm，优选0.04～0.08mm或者0.5～0.9mm；保水剂用量为100份水使用1～10份或者3～10份或者3～8份或者5～10份保水剂。
7、所述二氧化碳气体通过气泡发生器以气泡的形式充入所述添加剂中，优选微纳米气泡发生器。
8、上述任一项所述的添加剂的制备方法，包括如下步骤：
9、(1)按量称取保水剂和水，加入反应罐中混合，持续搅拌至保水颗粒充分吸水；
10、(2)将二氧化碳气瓶、二氧化碳气泡发生器、反应罐通过管道依次连接起来，打开二氧化碳气瓶上的阀门并启动二氧化碳气泡发生器，使得大量二氧化碳气泡充入步骤(1)准备好的反应罐中，向反应罐中持续充入直至水中的二氧化碳含量饱和。
11、所述步骤(2)中通过如下方法中的任意一种判断二氧化碳气体含量是否达到饱和：
12、①充入的二氧化碳达到饱和可以通过观察溶液状态判断：整个液体呈现发白的特点，而不是只有充气管附近变白，且新充入的气体形成的气泡浮上水面破裂，出现明显的水面气泡大量破裂的现象；
13、②在保持持续充入二氧化碳时液体ph值不再降低且能保持至少3分钟不变时，表明二氧化碳的充入已达最大值，添加剂的制备完成。
14、优选地，二氧化碳含量饱和的添加剂的ph值小于等于5.4。
15、优选地，向反应罐中充入二氧化碳的时间为10～60min。
16、本发明还提供了上述任一项所述的添加剂在铁路路基硫酸盐侵蚀病害整治中的应用。
17、所述应用方式包括如下步骤：
18、路基硫酸盐侵蚀病害情况诊断：在路基侧面钻孔取样，进行成分分析(例如采用x射线衍射分析)，如果结果显示样品中含有钙矾石和/或其它硫酸盐侵蚀产物，则表明该段路基已经发生了硫酸盐侵蚀病害，需要加强整治。对路基取样时，从路基两侧表面向内打孔取样，打孔深度不小于10cm。
19、按照每立方路基使用124～6500升(优选1000～6300升、1400～6000升或者1400～3000升)添加剂的量配制添加剂，对要处理的路基段的两侧坡面表面进行添加剂喷淋处理，对路基内部施加添加剂：
20、s1、铁路路基两侧侧面表面喷淋添加剂
21、取配制好的添加剂的20-45％(优选20-40％)的量用于路基两侧坡面的表面喷淋；在路基侧面坡面的表面进行多次喷淋润湿表面，每次喷淋完成后暂停5-15分钟，待该次喷淋的添加剂逐渐渗入路基内部后再次喷淋。
22、s2、过渡段路基内部分层打孔通入添加剂
23、在路基的侧面坡面上钻孔，孔道水平地向路基内部延伸，水平孔道的深度抵达路基内部发生了硫酸盐侵蚀的部位；水平孔道直径为5～15cm；任意两个相邻的孔道之间的间距不小于1m(优选1～3m)，每一立方米路基打孔不超过1个；打孔完成后，对孔道内部进行清理，将废渣从孔道中移出；
24、取喷淋管，将喷淋管与喷淋装置通过管道连接起来，将喷淋管伸入水平孔道中，通过喷淋装置将剩下的的添加剂均匀喷淋在孔道内部；
25、s3、整治质量评估
26、整治质量评估采用s3.1和/或s3.2的方法：
27、s3.1、水平孔道内co2浓度检测
28、整治前检测水平孔道内co2浓度，第一次喷淋添加剂后1～10天(优选3-7天或者5-7天)再次检测水平孔道内co2浓度，如果检测到水平孔道内co2浓度与与整治前的浓度差异不大，则再次施加添加剂并在1～10天(优选3-7天或者5-7天)后再次检测水平孔道内co2浓度，如此重复直至水平孔道内co2浓度高于整治前的浓度；
29、s3.2、整治后路基样品成分检测
30、整治操作结束1～10天(优选3-7天或者5-7天)后，对路基取样，对样品进行成分分析，检测是否仍然含有硫酸盐侵蚀产物或者能够生成硫酸盐侵蚀产物的底物，如果仍然检测到目标物质，则再次整治直至病害消除；
31、所述硫酸盐侵蚀产物包括钙矾石、碳硫硅钙石；
32、所述底物包括铝酸三钙、氢氧化钙。
33、本发明的有益效果是：
34、(1)对于已经发生硫酸盐侵蚀上拱病害的部位，可以通过清除导致病害的膨胀产物的方式阻止病害的进一步发展；
35、(2)对于尚未发生硫酸盐侵蚀上拱病害的部位，可以通过清除生成膨胀产物的反应物的方式从源头上阻断发生病害的可能；
36、(3)无需挖除发生病害的路基段落，显著降低整治病害带来的资金、时间和社会成本。
1.一种用于铁路路基硫酸盐侵蚀病害整治的添加剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：0.2～10份保水剂和100份水，且充入有饱和量60～100％的二氧化碳气体；
2.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于：所述保水剂，触发保水剂向外释水的环境相对湿度应不低于40％，且能在酸性和碱性的溶液中稳定存在；优选所述保水剂选自吸水树脂、稻壳灰、膨润土，保水剂颗粒最大粒径不大于1mm。
3.根据权利要求1或2所述的添加剂，其特征在于：所述保水剂颗粒的粒径为0.04～1mm，优选0.04～0.08mm或者0.5～0.9mm；保水剂用量为100份水使用1～10份或者3～10份或者3～8份或者5～10份保水剂。
4.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于：所述二氧化碳气体通过气泡发生器以气泡的形式充入所述添加剂中，优选微纳米气泡发生器。
5.权利要求1至4任一项所述的添加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中通过如下方法中的任意一种判断二氧化碳气体含量是否达到饱和：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：二氧化碳含量饱和的添加剂的ph值小于等于5.4。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：向反应罐中充入二氧化碳的时间为10～60min。
9.权利要求1至4任一项所述的添加剂在铁路路基硫酸盐侵蚀病害整治中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述应用方式包括如下步骤：
