CRTSⅡ板式無砟軌道填充層修補(bǔ)砂漿性能研究

朱成桂，陳錢寶，章國輝，王宇峰

1.中鐵四局集團(tuán)有限公司試驗(yàn)檢測中心，安徽合肥 230041

2.安徽中鐵工程材料科技有限公司，安徽合肥 230041

我國高速鐵路及客運(yùn)專線，廣泛采用板式無砟軌道。根據(jù)國外高鐵經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)調(diào)研情況，隨著雨雪凍融和音動(dòng)車組不斷高速通過對軌道板和砂漿層的沖擊，軌道板與砂漿層會(huì)出現(xiàn)不同程度的缺損[1-3]。CRTS Ⅱ板式無砟軌道填充層缺損掉塊作為板式軌道充填層損傷的主要形式，與離裂縫傷損不同的是這種模式缺損在于它的面積較大，維修材料除了與CA 砂漿提供相同的軌道彈性外，還必須具有較高粘度、強(qiáng)大的粘接及滲透能力和良好的施工可操作性。

本文主要以雙酚A、聚硫醇3300[4]和縮胺-105[5]為主要原料，經(jīng)交聯(lián)固化得到了改性交聯(lián)雙酚A 補(bǔ)強(qiáng)膠黏劑[6-7]。該膠黏劑選用復(fù)合固化體系，有效控制了體系結(jié)構(gòu)，其固化砂漿能夠滿足《高速鐵路無砟軌道養(yǎng)護(hù)維修管理辦法》CRTS Ⅱ充填層缺損掉塊傷損形式對材料的性能要求。材料經(jīng)放大性工藝修補(bǔ)驗(yàn)證試驗(yàn)，修補(bǔ)效果顯著，應(yīng)用前景廣闊。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 砂漿缺損修補(bǔ)專用改性交聯(lián)雙酚A 聚合物砂漿的制備

1.1.1 原材料選型

缺損掉塊專用改性交聯(lián)雙酚A 聚合物砂漿主要原材料如下：1）揚(yáng)農(nóng)雙酚A(1828)（國都化工有限公司）；2）縮胺-105（蘇州光福合成材料廠）；3）2,2’-二巰基乙硫醚（四川永業(yè)化工有限公司）；4）三羥甲基丙烷三丙烯酸酯（上海舒飛士特種化工有限公司）；5）三乙胺（浙江建業(yè)化工股份有限公司）

1.1.2 合成步驟控制

合成步驟包括：揚(yáng)農(nóng)雙酚A(牌號(hào)1828)（a）主劑、聚硫醇-縮胺類復(fù)合改性固化劑和聚硫醇-縮胺類復(fù)合改性固化劑固化雙酚A 環(huán)氧樹脂三個(gè)步驟，以最佳生產(chǎn)配比為例：1）雙酚A砂漿主劑的制備；2）聚硫醇-縮胺類復(fù)合改性固化劑的合成；3）聚硫醇-縮胺類復(fù)合改性固化劑固化雙酚F 環(huán)氧樹脂。

1.2 樣品性能測試及條件

1）凝膠時(shí)間測定儀，CHMC51-22A/50-凝膠時(shí)間測定儀；2）抗壓強(qiáng)度：WDW-100 微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)；3）收縮率測定；4）粘結(jié)性能測試：XD-119A 拉力試驗(yàn)機(jī)；5）彈性模量測試；6）紅外分析：MAGNA-IR750 傅立葉紅外光譜儀。

2 結(jié)果討論

2.1 砂漿性能

2.1.1 聚合物砂漿（ZTXS）主要性能檢測

從大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，當(dāng)a：b：c：s =100：50：15：138.6 時(shí)，其性能基本都能滿足《高速鐵路無砟軌道養(yǎng)護(hù)維修管理辦法》缺損掉塊傷損對材料的性能要求，檢測結(jié)果如下表1：

表1 改性環(huán)氧樹脂砂漿（ZTXS）的性能檢測結(jié)果

2.1.2 材料耐久性

改性環(huán)氧樹脂砂漿（ZTXS）的熱膨脹系數(shù)結(jié)果如下表2。實(shí)驗(yàn)以體積膨脹系數(shù)α 為準(zhǔn)：

表2 改性環(huán)氧樹脂砂漿（ZTXS）的體膨脹系數(shù)測定

與改性交聯(lián)雙酚A 膠粘修補(bǔ)劑相比，ZTXS 的體膨脹系數(shù)更小，尤其對溫度區(qū)間較小的測定試驗(yàn)中，體積基本無變化，甚至出現(xiàn)負(fù)增長，這是由這是由于體系固化交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的小分子揮發(fā)所致。

2.1.3 改性交聯(lián)雙酚A 膠黏劑（ZTX）結(jié)構(gòu)分析

圖1 中A、B、C 分別是雙酚A、復(fù)合固化劑、改性交聯(lián)雙酚A 膠黏劑ZTX-2 的紅外曲線。

A 中3503cm-1是雙酚A 中形成的締合氫鍵，3056cm-1是雙酚A 苯環(huán)上不飽和氫的伸縮振動(dòng)，1415、1363cm-1是CH3的非對稱與對稱伸縮振動(dòng)峰，907cm-1是環(huán)氧基特征吸收峰；b 中2558cm-1是-SH 的特征弱吸收峰，1582 cm-1是-N-H 的變形振動(dòng)；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，圖上出現(xiàn)了環(huán)氧基的特征吸收峰逐漸消失和固化過程中-N-O-鍵的形成峰，表現(xiàn)在圖c 上924cm-1的吸收峰較弱和1586cm-1吸收增強(qiáng)。表明A 與B 確定發(fā)生固化反應(yīng)，整個(gè)反應(yīng)完全。

圖1 紅外譜圖

2.2 室內(nèi)模擬修補(bǔ)工藝實(shí)驗(yàn)

圖2 CRTS-Ⅱ缺損掉塊修補(bǔ)模擬模擬灌注實(shí)驗(yàn)（a1）干基面 ， （b1）濕基面

圖3 CRTS-Ⅱ缺損掉塊干基面不同部位缺損試塊抗折實(shí)驗(yàn)（a2）1/3 ，（b2）1/2

圖4 CRTS-Ⅱ缺損掉塊濕基面不同部位缺損試塊抗折實(shí)驗(yàn)（a）1/3， （b）1/2

缺損掉塊室內(nèi)模擬試驗(yàn)，將Ⅱ型板CA 砂漿從分別從中間、1/3 位置兩種不同位置進(jìn)行缺損模擬，然后將配置的ZTXS 修補(bǔ)砂漿灌入缺損部位，放入抗折壓力機(jī)上進(jìn)行室內(nèi)抗折實(shí)驗(yàn)，觀察斷面的結(jié)構(gòu)和斷裂的位置，初步判斷修補(bǔ)的效果。

由圖2～圖4 可知，缺損掉塊修補(bǔ)抗折實(shí)驗(yàn)表明在施工抗折載荷時(shí)，試塊斷裂面不在修補(bǔ)界面上，且出現(xiàn)了不規(guī)則的斷裂毛面，說明材料的修補(bǔ)效果明顯。

2.3 放大性工藝試驗(yàn)研究

CRTS Ⅱ缺損掉塊修補(bǔ)主要工藝包括缺陷制造工藝、攪拌灌膠工藝和揭板驗(yàn)證工藝。

1）缺陷制造：利用鋼尺來驗(yàn)證缺損部位的大小，制造的缺損部位大小選定為30cm×15cm×4cm；2）灌注工藝：將不同組分稱量好放入攪拌桶內(nèi)，通過手持?jǐn)嚢杵鲾嚢?，然后灌入傷損部位，直到固化膠灌滿為止；3）揭板驗(yàn)證工藝：通過對灌注完成固化的修補(bǔ)部位進(jìn)行揭板試驗(yàn)，結(jié)果表明高粘度環(huán)氧樹脂ZTX-2 處理的修補(bǔ)部位飽滿度好，砂漿層與修補(bǔ)材料無明顯的斷面。待整體破碎后斷裂面不在界面處，而在固化膠內(nèi)部發(fā)生了脆性斷裂。

3 結(jié)論

本文主要以雙酚A、聚硫醇3300 和縮胺-105 為主要原料，利用復(fù)合固化體系，通過在體系中加入砂子和重質(zhì)碳酸鈣作骨架，經(jīng)固化反應(yīng)得到改性交聯(lián)雙酚A 補(bǔ)強(qiáng)膠黏劑ZTXS。該膠黏劑能夠滿足《高速鐵路無砟軌道養(yǎng)護(hù)維修管理辦法》CRTS Ⅱ充填層缺損掉塊傷損形式對材料的性能要求。材料經(jīng)放大性工藝修補(bǔ)驗(yàn)證試驗(yàn)，修補(bǔ)效果顯著，應(yīng)用前景廣闊。

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