乙烯基樹脂砂漿在鐵路維修工程中的應用

孫 艷，許 亮，胡 凱，蔡 珩

(武漢比鄰科技發(fā)展有限公司，湖北 武漢 430071)

目前，國內(nèi)鐵路混凝土結構的快速修補作業(yè)常采用早強聚合物混凝土來進行修補，其具有價格便宜、固化速度快等特點。但在長期的使用過程中，它也逐步暴露出水膠比要求高，適應性不佳，工藝煩瑣，界面黏結不佳等缺陷。不僅如此，大面積澆筑時的水化熱聚集，難以擴散導致其表面產(chǎn)生大量裂紋，從而增加了二次開裂、缺損的風險。為解決這一問題，業(yè)界普遍采用環(huán)氧樹脂砂漿代替早強聚合物混凝土應用鐵路混凝土結構的快速修復，雖提高了樹脂砂漿與混凝土的界面黏結力，以及修補后的強度要求，但其黏度大且對溫度敏感，尤其是冬季低溫條件下，施工困難，強度發(fā)展緩慢，無法達到快速修復的目的。

近些年來，隨著科技的進步，樹脂工業(yè)發(fā)展迅猛，環(huán)氧乙烯基酯樹脂應運而生。吳紹利、王鑫等[1]針對無砟軌道預埋套管損壞的維修問題，在國內(nèi)外都沒有行之有效的方法情況下，提出了水鉆錨固工藝，并結合乙烯基樹脂材料及實地快速維修實例，對無砟軌道預埋套管更換施工進行了實驗，效果良好。王曉東、劉立創(chuàng)[2]結合某鋼廠基礎防腐的工程實例，從樹脂原材選用、材料配合比、施工方法和工藝確定等方面，對乙烯基酯樹脂施工技術進行分析并通過實踐證明采用乙烯基酯樹脂對混凝土基層進行防腐處理質(zhì)量合格、效果顯著。松下蓄電池(沈陽)有限公司工業(yè)污水站及室內(nèi)防腐地坪工程，成功將乙烯樹脂材料應用于其中，使得整個防腐工程的施工順利完成，同時也使得整個防腐工程的質(zhì)量得到了較大的提升[3]。環(huán)氧乙烯基酯樹脂秉承了環(huán)氧樹脂的優(yōu)良力學性能，在快速成型和固化方面還表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。另外，環(huán)氧乙烯基樹脂還是國際公認的高度耐腐蝕樹脂，以此作為基體樹脂的樹脂砂漿很好彌補了環(huán)氧樹脂砂漿的不足，還兼顧了早強聚合物混凝土快速固化的特點。

1 環(huán)氧乙烯基樹脂的性能及優(yōu)點

環(huán)氧乙烯基樹脂[4]，簡稱乙烯基酯樹脂，是由丙烯酸或者甲基丙烯酸與環(huán)氧樹脂經(jīng)開環(huán)聚合反應而成的一種熱固性變性環(huán)氧樹脂。標準型雙酚A環(huán)氧乙烯基樹脂是一種最常見的乙烯基酯樹脂，其分子結構如圖1所示。

從典型的雙酚A型環(huán)氧乙烯基樹脂結構可以看出乙烯基酯樹脂和乙烯基樹脂砂漿具有以下特點：1)主鏈為環(huán)氧骨架結構，能秉承環(huán)氧樹脂優(yōu)良的力學性能。2)在分子鏈兩端有化學性質(zhì)極為活潑的不飽和雙鍵，這使其具有不飽和聚酯樹脂優(yōu)點：能室溫凝膠固化，固化時間可控[5]，即可實現(xiàn)迅速固化，并很快得到使用強度。3)采用甲基丙烯酸合成，分子中可水解基團——酯基含量相對較少，提高耐水解性。4)樹脂含酯鍵量少，同時受相鄰交聯(lián)雙鍵的空間屏蔽作用，使其耐酸、堿、鹽等化學品性能提高。5)分子鏈中較多的仲羥基可以改善對混凝土的黏結性和濕潤性，提高乙烯基樹脂砂漿的黏結強度。6)聚合反應表現(xiàn)為僅在分子兩端交聯(lián)，分子鏈在應力作用下可以伸長，能吸收一定的外力或熱沖擊，表現(xiàn)出耐微裂或開裂。因此，以乙烯基樹脂為主體制備的樹脂砂漿特別適合應用于要求強度高、固化快、耐腐蝕及受到一定振動荷載沖擊的鐵路維修工程中。

2 乙烯基樹脂砂漿的選材及制備

2.1 材料的選擇

乙烯基樹脂目前國內(nèi)外品種較多，按照結構和用途大致可分為以下四類[6]：標準型雙酚A環(huán)氧乙烯基樹脂、酚醛環(huán)氧乙烯基樹脂、PU改性環(huán)氧乙烯基樹脂和功能型環(huán)氧乙烯基樹脂，功能型環(huán)氧乙烯基樹脂包括阻燃性環(huán)氧乙烯基樹脂、柔性環(huán)氧乙烯基樹脂等。結合應用及成本綜合分析，優(yōu)選標準型雙酚A環(huán)氧乙烯基樹脂(FX-430或FL-411)。乙烯基樹脂的固化是通過分子中的不飽和雙鍵與單體的雙鍵進行共聚反應發(fā)生交聯(lián)得以實現(xiàn)。在常溫下，引發(fā)劑依靠促進劑降低活化能而加速分解產(chǎn)生自由基，引起上述交聯(lián)共聚反應，形成不溶不融的體型結構固化物。引發(fā)劑多采用過氧化甲乙酮或過氧化環(huán)己酮，促進劑則采用環(huán)烷酸鈷液或異辛酸鈷液。粉料優(yōu)選楊氏模量較高的石英砂或重晶石粉以此提高固化物的強度；其次為活性碳酸鈣粉，補充粗填料的間隙，以及提供一定的觸變性。觸變劑則可采用有機膨潤土或沉淀法二氧化硅，保持填料在儲存時間內(nèi)的穩(wěn)定。增韌劑則選擇與固化劑和乙烯基樹脂相容性好且與過氧化物穩(wěn)定共存的脂類或醚類，如鄰苯二甲酸二丁酯或聚氧乙烯醚。乙烯基樹脂砂漿主要由主體樹脂、填料、促進劑、固化劑、增韌劑和觸變劑等組成的復合材料，具備固化速度快，早期強度高，收縮率小，黏結力大的特點，可應用于混凝土結構修補、錨固、臨時加固等鐵路維修工程中。

2.2 制備工藝

乙烯基樹脂砂漿的制備工藝如下：1)按配方比例將促進劑置于盛有乙烯基樹脂的容器內(nèi)，采用盤式分散劑控制一定轉(zhuǎn)速攪拌均勻。2)在促進劑攪拌均勻后，再投入觸變劑、填料攪拌一定時間后靜置脫泡后出料、包裝，為A組。3)將固化劑、增韌劑攪拌均勻后，再投入填料攪拌均勻后出料包裝，為B組。

乙烯基樹脂砂漿制備工藝流程見圖2。

2.3 性能測試

分別將制備好的乙烯基樹脂砂漿、環(huán)氧樹脂砂漿、早強聚合物混凝土按各自配比制樣，并依據(jù)TG/GW 115—2012高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則中軌道板修補用樹脂砂漿的要求進行測試，其結果如表1所示。

表1 各修補材料性能測試結果

由表1可知，樹脂砂漿的抗折強度、黏結強度遠優(yōu)于早強聚合物混凝土，環(huán)氧砂漿則在施工2 h后幾乎沒有強度，普通的環(huán)氧砂漿完全固化時間在8 h左右。綜合看來，僅有乙烯基樹脂砂漿和早強聚合物混凝土適用于鐵路維修工程中天窗點維修，而乙烯基樹脂砂漿在抗折強度、黏結強度方面表現(xiàn)突出，更適合鐵路維修工程。

3 乙烯基樹脂砂漿的施工應用

3.1 高速鐵路無砟軌道道床板的缺損修復

3.1.1 病害描述

高速鐵路無砟軌道由于道床板本身制造缺陷或意外磕碰撞擊事故可能會導致道床板/軌道板/軌枕混凝土產(chǎn)生缺陷或破損(見圖3)。這種缺陷影響無砟軌道結構的完整性，輕則影響混凝土構件外觀質(zhì)量，重則對軌道結構耐久性造成影響。

3.1.2 整治方案

針對軌道板傷損、掉塊，使用乙烯基樹脂砂漿和模具就能重新修整。模具特別是對于枕肩部分損壞的修復是沒有標準的枕肩模具以供使用的，主要是因為枕肩的形狀根據(jù)所采用的混凝土枕的類型不同而有所差異，需根據(jù)維修需求進行設計。

3.1.3 施工步驟

1)施工準備。人員及機具準備：人員培訓、材料準備和機械設備準備。組織現(xiàn)場查勘，軌道板損傷掉塊情況及數(shù)量，制定修補計劃及定制模具。2)鑿除傷損部位混凝土。將受損部位混凝土和骨料顆粒鑿除，至漏出堅硬新面。3)清理雜物。用鋼絲刷、毛刷、吹風機和真空吸塵器將缺損部位碎屑、灰塵等雜物清理干凈。若有鋼筋或剪力筋外漏，對其進行打磨除銹處理。4)植釘。針對擋肩破壞嚴重地段部分植入鋼釘進行加固，鋼釘間距以8 cm～10 cm為宜。5)支模。根據(jù)實際情況在混凝土破損部位支立模板。6)修補。使用攪拌機配制修補用乙烯基樹脂砂漿，使用鏟子、抹刀等工具對缺損部位進行修補處理。7)拆除模板，打磨并清理現(xiàn)場。待修補材料硬化后，拆除模板，使用打磨機打磨光滑，并將現(xiàn)場清理干凈。

乙烯基樹脂砂漿修補后的效果見圖4。

3.1.4 注意事項

1)鑿除破舊混凝土后，需仔細確認余下混凝土強度，避免松動脫落。2)清理基面時，要保證基面干凈、干燥，避免因潮濕、灰塵而導致黏結力不足。3)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，控制單次修補調(diào)膠量，并在適用期前使用完畢，避免浪費或因凝膠而導致黏結不牢。4)模板需做表面處理，以免因黏結力過大，導致破拆時二次損壞。

3.2 鐵路道釘更換

3.2.1 病害描述

鐵路線長期暴露在外，線路上酸、堿、雨水等對道釘造成侵蝕，且在列車的長期動荷載作用持久沖擊，導致道釘扭曲、腐蝕或疲勞失效(見圖5)。

3.2.2 整治方案

針對道釘失效，鑿除原失效道釘和錨固劑，使用乙烯基樹脂砂漿作為新的道釘錨固劑灌漿、重新插錨修復。

3.2.3 施工步驟

1)準備工作?，F(xiàn)場查勘，查找出鐵路道釘現(xiàn)場損傷情況，進行標記并統(tǒng)計數(shù)量，制定修補計劃。上道前對人員進行劃分、明確各崗位職責并檢查器具狀態(tài)，保證設備運轉(zhuǎn)正常。2)解鎖道釘。松開道釘螺母，取下彈條、墊片，若彈條、墊片因道釘銹蝕不易取出時，采用撬杠敲擊，松動后取出。3)取出原道釘及錨固劑。采用空心鉆機鉆孔取出原失效或損傷道釘及錨固劑，孔徑大于原錨固孔。一般采用干鉆的方式，干鉆無法實現(xiàn)時則采用水鉆。干鉆可減少水鉆烘干步驟，但易出現(xiàn)卡鉆頭現(xiàn)象。4)錨固孔底填充。將錨固孔孔底填充黏土、黃沙，并用木棒敲實，預留孔洞深度高于道釘凸臺長度2 mm～3 mm。5)乙烯基樹脂砂漿制備。按照乙烯基樹脂配合比稱量A組料和B組料，手持式攪拌機在攪拌桶中拌和均勻。6)灌漿。將拌制好的乙烯基樹脂砂漿倒入空洞內(nèi)，距離孔口約10 mm。7)插錨。灌注完成后，應立即進行插錨作業(yè)。插錨應采用專用錨固架輔助，將道釘套入道釘錨固架從灌注孔上部壓入灌注道釘錨固砂漿的孔正中；道釘?shù)腻^固深度不得小于115 mm。8)清理。將軌枕上溢出多余的乙烯基樹脂砂漿漿液清理干凈，待道釘錨固砂漿初凝后即可拆除錨固架。9)恢復軌道。安裝新的彈條、墊片，采用電動扳手，上緊螺母，完成道釘安裝。

3.2.4 注意事項

1)施工時，應保持場地清潔，施工孔道內(nèi)不能有積水、雜物，黏結界面應清除疏松層和浮灰。

2)道釘錨固砂漿漿體制備完成后，應立即進行灌注，灌注須在10 min內(nèi)完成。應根據(jù)施工熟練程度和工作效率合理控制每次拌和漿體量，避免造成浪費。

3)乙烯基樹脂砂漿為一種快硬性產(chǎn)品，應采用連續(xù)澆筑連續(xù)安裝道釘?shù)姆绞竭M行作業(yè)，避免道釘還未安裝，道釘孔內(nèi)漿液已固化的問題。

4 結語

乙烯基樹脂砂漿在國內(nèi)外鐵路快速修復工程中的應用實例不多，我國進入乙烯基樹脂應用以來，多將其作為防腐工程中的修復材料使用，而在鐵路快速修復領域應用較少。隨著對乙烯基樹脂應用研究的深入，乙烯基樹脂砂漿快固早強的特點，有大面積應用于混凝土道床掉塊、道釘錨固更換、混凝土軌枕修復等鐵路維修領域的可能。