CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道離縫注漿修復(fù)材料的研制

李 明

(中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司，天津 300451)

CRTSⅢ型無(wú)砟軌道是我國(guó)自主研發(fā)的新型軌道系統(tǒng)，并在成灌鐵路中首先投入使用，該類(lèi)型軌道系統(tǒng)具有施工速度快、維修方便、結(jié)構(gòu)受力明確等諸多優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外均取得了良好的應(yīng)用效果[1-2]。

自密實(shí)混凝土作為CRTSⅢ型無(wú)砟軌道的板間填充層，具有承載和傳遞荷載的作用，其性能關(guān)系著CRTSⅢ型無(wú)砟軌道的使用壽命[3]。然而，在自密實(shí)混凝土灌注施工過(guò)程中，受施工、材料、環(huán)境等因素的影響，容易導(dǎo)致混凝土與底板等結(jié)構(gòu)產(chǎn)生離縫現(xiàn)象，在高溫日曬或者雨水侵蝕之后，很容易發(fā)展成滲漿、位移變形等病害，嚴(yán)重降低系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的承載力，影響行車(chē)安全，因此必須對(duì)CRTSⅢ型無(wú)砟軌道的離縫采取修復(fù)措施[4-5]。

1 工程概況

新建北京至天津?yàn)I海新區(qū)鐵路寶坻至濱海新區(qū)段JBSG-2標(biāo)段線(xiàn)路全長(zhǎng)25.16 km(DK116+93.73-DK141+251)，全部采用CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道，鋪軌長(zhǎng)度50.315 km，結(jié)構(gòu)高度為738 mm，底座寬度2 900 mm，直線(xiàn)板厚度200 mm，自密實(shí)混凝土等級(jí)C40。受材料、施工和外部環(huán)境的影響，部分軌道板出現(xiàn)層間離縫現(xiàn)象，脫空長(zhǎng)度50～1 500 mm，脫空深度50～400 mm，離縫寬度2～5 mm，見(jiàn)圖1。

2 離縫分類(lèi)及原因

根據(jù)離縫的寬度、深度、長(zhǎng)度以及面積比等參數(shù)，將CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道離縫參考《高速鐵路無(wú)砟道床傷損修補(bǔ)》(Q/CR 802-2020)劃分為三個(gè)等級(jí)(見(jiàn)表1)，根據(jù)無(wú)砟軌道傷損評(píng)定，本標(biāo)段無(wú)砟軌道離縫為Ⅲ級(jí)傷損。造成CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道出現(xiàn)離縫的原因主要有：①施工過(guò)程中自密實(shí)混凝土灌漿不飽滿(mǎn)或者養(yǎng)護(hù)不恰當(dāng)，造成水分流失過(guò)快導(dǎo)致開(kāi)裂現(xiàn)象。②京津地區(qū)夏季溫度較高，且晝夜溫差較大，且澆筑硬化過(guò)程產(chǎn)生大量的水化熱，自密實(shí)混凝土的膨脹和收縮不均，在溫度應(yīng)力作用下，極易造成板端翹曲或下凹。③自密實(shí)混凝土在拌合過(guò)程中沒(méi)有控制好材料間的配合比，導(dǎo)致層間性能差異較大，故而導(dǎo)致離縫現(xiàn)象。

表1 離縫傷損等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

3 離縫修補(bǔ)材料配制

離縫采用注漿方式進(jìn)行修補(bǔ)，要求注漿材料在北方低溫環(huán)境下具備粘度低、強(qiáng)度高、斷裂伸長(zhǎng)率大、可灌性好等特點(diǎn)，同時(shí)兼顧環(huán)境友好型等要求，而傳統(tǒng)注漿材料的粘度一般在3 000～15 000 MPa·s，可灌性較差，因此在離縫修補(bǔ)過(guò)程中，采用雙酚F 型環(huán)氧樹(shù)脂、柔性固化劑、活性稀釋劑、消泡劑、固化促進(jìn)劑等配制環(huán)保型低粘度灌漿材料。

雙酚F 型環(huán)氧樹(shù)脂由昆山南亞樹(shù)脂廠(chǎng)生產(chǎn)，環(huán)氧值平均指標(biāo)為100 g/當(dāng)量；柔性固化劑由河南省天擇實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)，25 ℃密度為1.02～1.06 g/cm3，25 ℃粘度2 000±1 000 cps；活性稀釋劑由深圳大洲化工有限公司生產(chǎn)，該公司主要生產(chǎn)烷基縮水甘油醚(Alkyl glycidyl ether，簡(jiǎn)稱(chēng)AGE)、丁基縮水甘油醚(Butyl glycidyl ether，簡(jiǎn)稱(chēng)BGE)、芐基縮水甘油醚(Benzyl glycidyl ether ，俗稱(chēng)692)三類(lèi)稀釋劑；消泡劑等各類(lèi)助劑由上海凱茵化工有限公司生產(chǎn)，消泡劑固含量為20%，pH6～8。

按照《混凝土裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料》(JC/T 1041—2007)中的相關(guān)技術(shù)參數(shù)要求，首先在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展了三種活性劑對(duì)灌漿材料粘度的影響試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、各類(lèi)助劑的摻量為150 g、55 g、4.5 g，且保持不變，改變?nèi)N活性稀釋劑的摻量(占環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量的百分比)分別為10%、15%、20%和30%，得到漿液的粘度隨活性稀釋劑摻量的變化規(guī)律見(jiàn)圖2。從圖2中可知：隨著活性劑摻量的增加，漿液的粘度逐漸降低，相同摻量下，AGE的粘度>692的粘度>BGE的粘度，這說(shuō)明BGE活性劑對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂灌漿料的稀釋效果最好，這是因?yàn)樵贏(yíng)GE稀釋劑中存在的C12-14鏈，容易導(dǎo)致分子鏈之間發(fā)生纏繞或者交聯(lián)作用從而使粘度增加；692活性劑中含有苯環(huán)，這種物質(zhì)會(huì)增大分子之間的運(yùn)動(dòng)阻力，從而使粘度增加；BGE活性劑的分子質(zhì)量較小，分子位阻小且不易發(fā)生分子之間的纏繞，故而稀釋效果最好，因此現(xiàn)場(chǎng)采用BEG活性劑作為灌漿料的稀釋劑。

圖2 注漿料粘度隨活性劑摻量變化

雖然活性劑摻量越多，漿液的粘度越小，可灌性也越好，但是大量摻入活性稀釋劑后，固化物的力學(xué)性能也會(huì)隨之降低，因此為了保證漿液的可灌性，同時(shí)降低對(duì)固化物力學(xué)性能的影響，可向漿液中摻入一定量的高揮發(fā)性乙醇(0～30 g)，灌漿料配比設(shè)計(jì)見(jiàn)表2，其性能參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。從表3中可知：隨著乙醇摻量的增加，灌漿料的表干時(shí)間、斷裂伸長(zhǎng)率逐漸增加，抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、粘度逐漸減小，均滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)的規(guī)范要求，而在干粘和濕粘情況下，其強(qiáng)度也滿(mǎn)足相關(guān)要求，且均為基材破壞，乙醇對(duì)于灌漿料具有明顯的增韌作用，但也會(huì)降低灌漿料的抗拉和抗壓強(qiáng)度，且表干時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)影響施工效率。根據(jù)《混凝土裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料》(JC/T 1041—2007)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，僅有配方4和5滿(mǎn)足I 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，而配方4在保證低粘度和足夠斷裂伸長(zhǎng)率情況下，具有更好的固化物力學(xué)性能，故認(rèn)為配方4為最佳的灌漿料配合比。

表2 灌漿材料配合比設(shè)計(jì) g

表3 不同配方下灌漿料性能參數(shù)

4 離縫修補(bǔ)施工

CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道離縫注漿修復(fù)工藝流程：①對(duì)離縫的長(zhǎng)度、寬度、深度、走向及貫穿等情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和標(biāo)注，根據(jù)離縫特征確定合理的注漿嘴粘貼位置。②利用鋼絲刷和真空除塵器將離縫中的雜物和積水清理干凈，確保修補(bǔ)砂漿可以與自密實(shí)混凝土粘接牢固。③在標(biāo)記好的位置粘貼注漿嘴，注漿嘴間距為20～30 cm。④采用專(zhuān)用封縫膠涂抹離縫表面進(jìn)行封縫，應(yīng)特別注意涂抹封縫膠時(shí)防止堵塞注漿嘴。⑤從離縫的任意一端，把注漿管連接到注漿嘴上，要保證所有的注漿嘴都處于開(kāi)啟通氣狀態(tài)。⑥將環(huán)氧樹(shù)脂、BEG活性稀釋劑、乙醇以及其他助劑作為A組分，將固化劑作為B組分，將雙組分料筒連接混合管，混合管與注漿管相連后，開(kāi)始離縫注漿，直到離縫另一端的注漿嘴有漿液流出時(shí)，結(jié)束灌漿施工。⑦注漿結(jié)束待灌漿料完全固化后，用角磨機(jī)將離縫表面打磨平整。⑧利用配制好的聚合物水泥防水涂料刷涂在灌漿料表面進(jìn)行防水處理。

5 修補(bǔ)效果評(píng)價(jià)

5.1 無(wú)損檢測(cè)

采用NM-4B超聲波檢測(cè)儀對(duì)離縫注漿修復(fù)前后的構(gòu)件進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，無(wú)損檢測(cè)采用對(duì)側(cè)法進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)前在構(gòu)件兩側(cè)平行的測(cè)試面標(biāo)注出測(cè)試點(diǎn)，然后調(diào)整儀器參數(shù)，最后將一對(duì)涂有黃油的換能器在相互平行對(duì)應(yīng)的兩個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行超聲波檢測(cè)[6]，記錄構(gòu)件的超聲波速。隨機(jī)選取10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖3，超聲波波速越大，表明構(gòu)件密實(shí)度越高，構(gòu)件離縫的寬度越小，注漿填充性越好。從圖3中可知：在灌漿修復(fù)前，構(gòu)件的超聲波速波動(dòng)較大，而經(jīng)過(guò)灌漿修復(fù)之后，超聲波速波動(dòng)較小，其中未修復(fù)前，測(cè)試點(diǎn)1和測(cè)試點(diǎn)8的超聲波速相差不大，表明這兩個(gè)點(diǎn)未出現(xiàn)離縫，而其余點(diǎn)的超聲波速明顯低于修復(fù)后的超聲波速，表明這些點(diǎn)均位于離縫位置。修復(fù)前超聲波速經(jīng)過(guò)混凝土-空氣-混凝土介質(zhì)，修復(fù)后經(jīng)過(guò)混凝土-環(huán)氧樹(shù)脂-混凝土介質(zhì)，因而修復(fù)后的超聲波速更大，而且修復(fù)過(guò)后的超聲波速波動(dòng)小，說(shuō)明離縫注漿比較均勻，修復(fù)效果較好，混凝土密實(shí)度得到增強(qiáng)。

圖3 離縫注漿修復(fù)前后無(wú)損檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

5.2 動(dòng)荷載作用下實(shí)時(shí)位移監(jiān)測(cè)

對(duì)修復(fù)前后無(wú)砟軌道進(jìn)行動(dòng)荷載模擬試驗(yàn)，模擬試驗(yàn)在出現(xiàn)離縫的一段構(gòu)件上進(jìn)行，對(duì)該段構(gòu)件施加動(dòng)荷載，單輪動(dòng)荷載：按照25型8節(jié)列車(chē)車(chē)廂重量、120 km/h速度和動(dòng)力沖擊系數(shù)取0.005進(jìn)行換算(動(dòng)荷載= 靜輪載(1+0.005×120))，經(jīng)計(jì)算，最大動(dòng)荷載約為140 kN，機(jī)載頻率約為0.6 s。在試驗(yàn)過(guò)程中采用位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)軌道板橫向和垂向位移、底座板垂向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖4。在離縫修復(fù)之前，軌道板的最大橫向位移最大可達(dá)0.022 4 mm，灌漿修復(fù)之后，軌道板的最大橫向位移減小到0.007 2 mm，橫向位移降幅達(dá)到67.9%；在修復(fù)之前，軌道板的最大垂向位移為0.009 mm，修復(fù)之后，軌道板的最大垂向位移為0.003 mm，橫道板最大垂向位移降幅為66.7%；修復(fù)之前，底座板的最大垂向位移為0.003 mm，修復(fù)之后，底座板的最大垂向位移為0.002 mm，底座板的最大垂向位移降幅為33.3%。通過(guò)實(shí)時(shí)位移監(jiān)測(cè)結(jié)果可知：通過(guò)低粘度環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料對(duì)離縫進(jìn)行注漿修補(bǔ)可以有效降低無(wú)砟軌道在列車(chē)動(dòng)荷載作用下的位移變形。

圖4 修復(fù)前后動(dòng)荷載作用下實(shí)時(shí)位移監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比

6 結(jié)論

(1)注漿材料需要具備粘度低、強(qiáng)度高、斷裂伸長(zhǎng)率大、可灌性好等特點(diǎn)，BGE對(duì)注漿料的稀釋效果最好，同時(shí)可摻入一定量的乙醇增強(qiáng)注漿料的韌性，通過(guò)試驗(yàn)確定的注漿料最佳配合比為：環(huán)氧樹(shù)脂∶BGE∶固化劑∶乙醇∶各類(lèi)助劑=150∶45∶66.5∶20∶4.5 g。

(2)離縫注漿修復(fù)之后的超聲波波速相比修復(fù)前更加均勻，波動(dòng)更小，表明離縫位置處的注漿效果較好。

(3)在列車(chē)動(dòng)荷載下，注漿修復(fù)之后的軌道板最大橫向位移、軌道板垂向位移以及底座板垂向位移相比修復(fù)前分別降低67.9%、66.7%和33.3%。