高速鐵路無(wú)砟軌道聚氨酯嵌縫膠快速修復(fù)技術(shù)

靳昊，李育宏，易忠來(lái)，陳云峰，李化建

（1. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081；2. 蘭州鐵路局，甘肅 蘭州 730000）

高速鐵路無(wú)砟軌道聚氨酯嵌縫膠快速修復(fù)技術(shù)

靳昊1，李育宏2，易忠來(lái)1，陳云峰2，李化建1

（1. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081；2. 蘭州鐵路局，甘肅 蘭州 730000）

通過(guò)調(diào)研高速鐵路無(wú)砟軌道聚氨酯嵌縫膠的服役情況，總結(jié)其傷損類型為聚氨酯嵌縫膠開(kāi)裂、離縫、發(fā)泡起鼓、分層和凝膠未固化5類；結(jié)合在役“天窗期”修補(bǔ)特點(diǎn)，提出了局部修復(fù)、表面封閉和整體更換的快速修復(fù)工藝；優(yōu)選硅酮嵌縫膠和非硫化丁基橡膠作為聚氨酯嵌縫膠的修復(fù)材料，并提出相關(guān)性能要求。該研究對(duì)高速鐵路無(wú)砟軌道失效嵌縫材料快速修復(fù)方法提供技術(shù)支持。

無(wú)砟軌道；伸縮縫；聚氨酯；硅酮；嵌縫膠；修復(fù)

0 引言

高速鐵路無(wú)砟軌道為長(zhǎng)連續(xù)澆筑結(jié)構(gòu)，為防止混凝土開(kāi)裂，在無(wú)砟道床混凝土上設(shè)置伸縮縫[1]，采用灌入嵌縫膠的方式對(duì)伸縮縫進(jìn)行防水密封。早期，高速鐵路無(wú)砟軌道伸縮縫嵌縫膠多以價(jià)格低廉的瀝青類材料為主，但是瀝青類材料穩(wěn)定性和耐老化性能差，傷損失效情況較為嚴(yán)重，已被耐老化性較好的聚氨酯等高性能嵌縫膠取代[2-3]。聚氨酯嵌縫膠一般分為單組份和雙組份，單組份聚氨酯嵌縫膠為濕氣固化型，雙組份聚氨酯嵌縫膠為反應(yīng)固化型。聚氨酯嵌縫膠的穩(wěn)定性較好，綜合性能較優(yōu)，且性能可調(diào)，已在高鐵線路普及推廣。

應(yīng)用初期，聚氨酯嵌縫膠出現(xiàn)較多問(wèn)題。施工過(guò)程中、通車前和運(yùn)營(yíng)中聚氨酯嵌縫膠均會(huì)出現(xiàn)不同程度的傷損，且數(shù)量較多。聚氨酯嵌縫膠防水密封功能喪失后，水進(jìn)入無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)內(nèi)部，造成冒漿、凍漲等問(wèn)題，為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和運(yùn)營(yíng)安全埋下隱患。因此，亟須對(duì)聚氨酯嵌縫膠進(jìn)行修復(fù)，使其恢復(fù)防水密封功能。

現(xiàn)有高速鐵路無(wú)砟軌道嵌縫膠修復(fù)多針對(duì)瀝青類材料，修復(fù)方法以剔除更換為主，更換材料多為聚氨酯嵌縫膠和硅酮嵌縫膠[4]。聚氨酯嵌縫膠與瀝青類材料性能差異較大，具有交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，韌性高、強(qiáng)度大，且與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度高，難于清除，如按原有方法修復(fù)，大幅降低修復(fù)效率，增加施工成本。針對(duì)聚氨酯嵌縫膠的特點(diǎn)，根據(jù)聚氨酯嵌縫膠傷損類型和傷損程度，提出不同的快速修復(fù)方法：局部修復(fù)、表面封閉和整體更換；選擇硅酮嵌縫膠和非硫化丁基橡膠作為聚氨酯嵌縫膠修復(fù)材料，并提出相關(guān)性能要求。

1 傷損分類

高速鐵路無(wú)砟軌道聚氨酯嵌縫膠按照傷損類型可分為以下5類：

（1）開(kāi)裂（見(jiàn)圖1（a））。聚氨酯嵌縫膠整體位移能力較差，且與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度高于材料拉伸強(qiáng)度，當(dāng)伸縮縫受溫度力影響變寬時(shí)，聚氨酯嵌縫膠本體被拉裂。

（2）離縫（見(jiàn)圖1（b））。發(fā)生離縫原因主要是材料變形能力較低，且拉伸強(qiáng)度大于其與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度，當(dāng)?shù)蜏厣炜s縫變寬時(shí)，聚氨酯嵌縫膠與混凝土脫離。聚氨酯嵌縫膠離縫發(fā)展速度較快，縱向短時(shí)間內(nèi)即可貫通。

（3）發(fā)泡起鼓（見(jiàn)圖1（c））。聚氨酯嵌縫膠的異氰酸酯組份會(huì)與水發(fā)生反應(yīng)，生成氣體，當(dāng)環(huán)境濕度過(guò)高或縫內(nèi)潮濕時(shí)施工，易導(dǎo)致聚氨酯嵌縫膠發(fā)泡起鼓，材料性能嚴(yán)重受損，后期易出現(xiàn)離縫。

（4）分層（見(jiàn)圖1（d））。聚氨酯嵌縫膠進(jìn)行二次灌注時(shí)，未待前次聚氨酯嵌縫膠固化或未對(duì)固化后的膠體表面進(jìn)行處理，聚氨酯嵌縫膠層間粘結(jié)強(qiáng)度較低，易出現(xiàn)分層、脫離等情況。

（5）凝膠未固化（見(jiàn)圖1（e））。雙組份聚氨酯嵌縫膠攪拌不均勻、配比不正確、低溫施工、濕度過(guò)高施工等，均會(huì)造成其局部或整體永久凝膠不固化。

為了便于進(jìn)行聚氨酯嵌縫膠修復(fù)工作，按可修復(fù)性將聚氨酯嵌縫膠分為一般傷損和嚴(yán)重傷損。

（1）一般傷損。一般傷損指聚氨酯嵌縫膠局部傷損或失效，主要包括聚氨酯嵌縫膠的局部輕微裂縫或離縫，其中裂縫長(zhǎng)度≤3 cm，深度≤1 cm，且不連續(xù)；離縫長(zhǎng)度≤10 cm，每條聚氨酯嵌縫膠的離縫數(shù)量≤5條，且不連續(xù)。

（2）嚴(yán)重傷損。嚴(yán)重傷損指聚氨酯嵌縫膠出現(xiàn)大面積傷損或整體失效，主要包括聚氨酯嵌縫膠貫通或連續(xù)裂縫；與混凝土的長(zhǎng)大離縫；發(fā)泡起鼓、分層或凝膠不固化。

2 修復(fù)要求

高速鐵路“天窗期”時(shí)間短，一般為夜間4 h，施工地點(diǎn)較為偏僻，運(yùn)輸和電力支持較為困難，且需修復(fù)位置隨機(jī)性較大、不集中。為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工況環(huán)境，提高施工效率，聚氨酯嵌縫膠修復(fù)應(yīng)滿足以下要求。

圖1 聚氨酯嵌縫膠傷損分類

2.1 修復(fù)工藝

聚氨酯嵌縫膠修復(fù)工藝應(yīng)簡(jiǎn)單，關(guān)鍵工藝步驟易控制，施工人員經(jīng)短期培訓(xùn)即可掌握全部工藝要點(diǎn)。施工機(jī)具數(shù)量少、便于攜帶，少量施工人員即可組成一個(gè)修復(fù)單元，節(jié)約人工成本，便于大面積、分散修復(fù)。保持較高的修復(fù)效率，同時(shí)確保修復(fù)質(zhì)量，無(wú)須二次修復(fù)即可恢復(fù)嵌縫膠防水密封功能。

2.2 修復(fù)材料

修復(fù)材料可選擇現(xiàn)場(chǎng)固化型修復(fù)材料和預(yù)制型修復(fù)材料?，F(xiàn)場(chǎng)固化型修復(fù)材料應(yīng)為單組份觸變型修復(fù)材料，可保持材料性能穩(wěn)定性、均一性，而且減少了現(xiàn)場(chǎng)配制攪拌過(guò)程，節(jié)約修復(fù)時(shí)間，便于對(duì)立面聚氨酯嵌縫膠進(jìn)行修復(fù)，其性能滿足《高速鐵路無(wú)砟軌道嵌縫材料暫行技術(shù)條件》[4]。此外，修復(fù)材料應(yīng)具有良好的擠出性（特別是低溫），提高修復(fù)效率，與聚氨酯嵌縫膠具有良好的粘結(jié)性，拉伸模量不高于聚氨酯嵌縫膠。而且，修復(fù)材料還應(yīng)具有較快的表干時(shí)間和良好的低溫固化能力，滿足夜間“天窗期”修補(bǔ)需要。預(yù)制型修復(fù)材料應(yīng)與混凝土具有較高的早期粘結(jié)力，防止列車通過(guò)將其卷起。修復(fù)材料的柔順性較高，可抵抗伸縮縫溫度力反復(fù)變形，且可與不平順的混凝土表面粘結(jié)牢固。同時(shí)應(yīng)具有良好的耐水性、耐熱性、耐堿性和耐紫外老化性能。

3 快速修復(fù)工藝

基于聚氨酯嵌縫膠修復(fù)工藝要求，結(jié)合聚氨酯嵌縫膠傷損分類（可修復(fù)性），將修復(fù)工藝分為局部修復(fù)、表面封閉和整體更換。

3.1 局部修復(fù)

聚氨酯嵌縫膠一般傷損宜采用局部修復(fù)，具體修復(fù)工藝如下（見(jiàn)圖2）：（1）縫的清理。采用吹風(fēng)機(jī)、毛刷等將聚氨酯嵌縫膠裂縫和離縫內(nèi)和周圍的灰塵、雜質(zhì)等清掃干凈。（2）涂刷界面劑。將界面劑涂刷至裂縫和離縫內(nèi)和周圍的聚氨酯嵌縫膠及混凝土表面，界面劑應(yīng)涂刷均勻薄層。（3）填縫修復(fù)。將膠槍的槍頭插入縫隙中，將修復(fù)材料注入縫隙，至膠體從縫隙溢出為止，然后在裂縫和離縫表面，沿縫隙方向打膠，并延長(zhǎng)一定距離。（4）修飾。采用刮刀等將修復(fù)材料進(jìn)行抹平修飾處理，確保將裂縫和離縫密封嚴(yán)實(shí)。

圖2 局部修復(fù)工藝

3.2 表面封閉

當(dāng)聚氨酯嵌縫膠傷損較嚴(yán)重，但難于清除時(shí)（如聚氨酯嵌縫膠裂縫和離縫數(shù)量多、長(zhǎng)度大、分層等），宜采用表面封閉的方法進(jìn)行修復(fù)。具體工藝如下（見(jiàn)圖3）：（1）表面清理。采用打磨機(jī)將伸縮縫兩側(cè)混凝土（約3 cm）進(jìn)行打磨處理，露出混凝土堅(jiān)實(shí)基面，然后采用吹風(fēng)機(jī)將聚氨酯嵌縫膠和打磨后混凝土的表面吹掃干凈。（2）涂刷界面劑。將界面劑涂刷至打磨后的混凝土表面。（3）封閉處理。采用自粘型非硫化丁基橡膠裁剪好后，覆蓋至伸縮縫表面，采用壓輥將材料壓實(shí)，確保初期粘結(jié)牢固。

圖3 表面封閉工藝

3.3 整體更換

當(dāng)聚氨酯嵌縫膠傷損嚴(yán)重、較易清除時(shí)，宜采用整體更換的方法進(jìn)行修復(fù)。具體工藝如下（見(jiàn)圖4）：（1）聚氨酯嵌縫膠剔除。采用長(zhǎng)釬、刀具等工具將失效聚氨酯嵌縫膠剔除。（2）基礎(chǔ)清理。將縫內(nèi)兩側(cè)混凝土進(jìn)行打磨處理，將附著的聚氨酯嵌縫膠、原界面劑、雜質(zhì)等清除干凈，根據(jù)伸縮縫寬度和深度情況裁剪泡沫條或泡沫板，將其填充至伸縮縫內(nèi)。（3）在縫內(nèi)兩側(cè)混凝土涂刷界面劑，然后采用專用膠槍將修復(fù)材料填充至伸縮縫內(nèi)，并采用刮刀抹平修飾。

圖4 整體更換工藝

4 修復(fù)材料

現(xiàn)場(chǎng)固化型修復(fù)材料用于局部修復(fù)及整體更換，預(yù)制型修復(fù)材料用于表面封閉修復(fù)?；谏鲜鲂迯?fù)材料要求，現(xiàn)場(chǎng)固化修復(fù)材料選擇單組份觸變型硅酮嵌縫膠修復(fù)材料。硅酮的柔順性良好，耐老化性能優(yōu)異，其性能可滿足《高速鐵路無(wú)砟軌道嵌縫膠暫行技術(shù)條件》[5]要求。而且，硅酮固化反應(yīng)受溫度影響較小，低溫下也可正常固化，且在反應(yīng)前未經(jīng)交聯(lián)，分子量較低，低溫?cái)D出性好，便于施工。同時(shí)，硅酮與聚氨酯具有較高的粘結(jié)性，可確保伸縮縫變形時(shí)粘結(jié)界面不斷開(kāi)。此外，硅酮的拉伸模量普遍低于聚氨酯，可通過(guò)自身變形緩解原聚氨酯嵌縫膠的內(nèi)聚力，避免出現(xiàn)新的傷損。硅酮嵌縫膠修復(fù)材料性能要求見(jiàn)表1。

表1 硅酮嵌縫膠修復(fù)材料性能要求

預(yù)制型修復(fù)材料選擇非硫化丁基橡膠。丁基橡膠耐熱、耐堿、耐水和耐紫外老化性能優(yōu)異，可在戶外長(zhǎng)期使用。非硫化丁基橡膠可永久保持非硫化狀態(tài)，具有優(yōu)異的柔順性，可在異形面、不平整面使用。而且它具有自粘性，隨著時(shí)間增加，非硫化丁基橡膠在重力作用下，可逐漸與混凝土表面達(dá)到滿粘狀態(tài)，提高粘結(jié)強(qiáng)度，其性能滿足JC/T 942—2004《丁基橡膠防水密封膠粘帶》規(guī)范要求[6]。同時(shí)，非硫化丁基橡膠與界面配合使用可在施工早期具有良好的粘結(jié)性，以抵抗早期高速列車風(fēng)的影響。此外，非硫化丁基橡膠還可根據(jù)伸縮縫變形情況調(diào)整材料厚度，防止材料反復(fù)受拉、壓后變薄出現(xiàn)開(kāi)裂，失去防水密封功能。非硫化丁基橡膠修復(fù)材料性能要求見(jiàn)表2。

表2 非硫化丁基橡膠修復(fù)材料性能要求

5 結(jié)論

（1）根據(jù)聚氨酯嵌縫膠傷損類型，可將其分為：聚氨酯嵌縫膠開(kāi)裂、離縫、發(fā)泡起鼓、分層和凝膠未固化等。

（2）損傷程度劃分為一般傷損和嚴(yán)重傷損。修復(fù)工藝分為局部修復(fù)、表面封閉和整體更換，其中局部修復(fù)主要針對(duì)一般傷損，表面封閉和整體更換針對(duì)嚴(yán)重傷損。

（3）現(xiàn)場(chǎng)固化型修復(fù)材料為硅酮嵌縫膠修復(fù)材料，用于聚氨酯嵌縫膠局部修復(fù)及整體更換，預(yù)制型修復(fù)材料為非硫化丁基橡膠，用于聚氨酯嵌縫膠表面封閉修復(fù)。

[1] 易忠來(lái)，靳昊，李化建，等. 高速鐵路無(wú)砟軌道嵌縫材料技術(shù)要求研究[J]. 中國(guó)鐵路，2015(4)：45-49.

[2] 靳昊，易忠來(lái)，李化建. 國(guó)內(nèi)聚氨酯密封膠研究進(jìn)展[J]. 聚氨酯工業(yè)，2014(6)：22-24.

[3] 李化建. 高速鐵路無(wú)砟軌道收縮縫嵌縫材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[R]. 北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2014.

[4] 譚社會(huì)，靳昊，易忠來(lái). 聚氨酯嵌縫材料老化性能初探[J]. 鐵道建筑，2015(11)：108-112.

[5] TG/GW 119—2013 高速鐵路無(wú)砟軌道嵌縫材料暫行技術(shù)條件[S]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2014.

[6] JC/T 942—2004 丁基橡膠防水密封膠粘帶[S].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2004.

責(zé)任編輯 李葳

On Technology for Rapid Repairing of Polyurethane Joint Sealant for High-Speed Railway Ballastless Track

JIN Hao1，LI Yuhong2，YI Zhonglai1，CHEN Yunfeng2，LI Huajian1
（1. Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China；2. Lanzhou Railway Administration，Lanzhou Gansu 730000，China）

With survey of conditions of polyurethane sealant for high-speed railway ballastless tracks, five main f aw types of the sealant are presented, namely cracks, open joints, foaming and bulging, stratif cation and uncured gel. This paper, based on the characteristics of repairing of in-service sealant during the maintenance windows, presents rapid repairing processes like local repair, surface closure and overall replacement. Meanwhile, silicone sealant and unvulcanized butyl rubber are selected as materials for repairing polyurethane sealant, and relevant requirements on performance are presented. The study provides a technical support for the rapid repairing of failed sealant for ballastless tracks of high speed railway.

ballastless track；expansion joint；polyurethane；silicone；joint sealant；repairing

U216.9

A

1001-683X（2017）02-0062-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.02.062

2016-11-29

中國(guó)鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2013G008-A-3）；中國(guó)鐵道科學(xué)研究院科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2015YJ042）

靳昊（1985—），男，助理研究員，碩士。E-mail：237130223@qq.com