CRTSⅡ板式无砟轨道填充层修补砂浆性能研究

朱成桂，陈钱宝，章国辉，王宇峰

1.中铁四局集团有限公司试验检测中心，安徽合肥 230041

2.安徽中铁工程材料科技有限公司，安徽合肥 230041

我国高速铁路及客运专线，广泛采用板式无砟轨道。根据国外高铁经验和国内调研情况，随着雨雪冻融和音动车组不断高速通过对轨道板和砂浆层的冲击，轨道板与砂浆层会出现不同程度的缺损[1-3]。CRTS Ⅱ板式无砟轨道填充层缺损掉块作为板式轨道充填层损伤的主要形式，与离裂缝伤损不同的是这种模式缺损在于它的面积较大，维修材料除了与CA 砂浆提供相同的轨道弹性外，还必须具有较高粘度、强大的粘接及渗透能力和良好的施工可操作性。

本文主要以双酚A、聚硫醇3300[4]和缩胺-105[5]为主要原料，经交联固化得到了改性交联双酚A 补强胶黏剂[6-7]。该胶黏剂选用复合固化体系，有效控制了体系结构，其固化砂浆能够满足《高速铁路无砟轨道养护维修管理办法》CRTS Ⅱ充填层缺损掉块伤损形式对材料的性能要求。材料经放大性工艺修补验证试验，修补效果显着，应用前景广阔。

1 实验

1.1 砂浆缺损修补专用改性交联双酚A 聚合物砂浆的制备

1.1.1 原材料选型

缺损掉块专用改性交联双酚A 聚合物砂浆主要原材料如下：1）扬农双酚A(1828)（国都化工有限公司）；2）缩胺-105（苏州光福合成材料厂）；3）2,2’-二巯基乙硫醚（四川永业化工有限公司）；4）三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（上海舒飞士特种化工有限公司）；5）三乙胺（浙江建业化工股份有限公司）

1.1.2 合成步骤控制

合成步骤包括：扬农双酚A(牌号1828)（a）主剂、聚硫醇-缩胺类复合改性固化剂和聚硫醇-缩胺类复合改性固化剂固化双酚A 环氧树脂三个步骤，以最佳生产配比为例：1）双酚A砂浆主剂的制备；2）聚硫醇-缩胺类复合改性固化剂的合成；3）聚硫醇-缩胺类复合改性固化剂固化双酚F 环氧树脂。

1.2 样品性能测试及条件

1）凝胶时间测定仪，CHMC51-22A/50-凝胶时间测定仪；2）抗压强度：WDW-100 微机控制电子万能试验机；3）收缩率测定；4）粘结性能测试：XD-119A 拉力试验机；5）弹性模量测试；6）红外分析：MAGNA-IR750 傅立叶红外光谱仪。

2 结果讨论

2.1 砂浆性能

2.1.1 聚合物砂浆（ZTXS）主要性能检测

从大量试验数据得出，当a：b：c：s =100：50：15：138.6 时，其性能基本都能满足《高速铁路无砟轨道养护维修管理办法》缺损掉块伤损对材料的性能要求，检测结果如下表1：

表1 改性环氧树脂砂浆（ZTXS）的性能检测结果

2.1.2 材料耐久性

改性环氧树脂砂浆（ZTXS）的热膨胀系数结果如下表2。实验以体积膨胀系数α 为准：

表2 改性环氧树脂砂浆（ZTXS）的体膨胀系数测定

与改性交联双酚A 胶粘修补剂相比，ZTXS 的体膨胀系数更小，尤其对温度区间较小的测定试验中，体积基本无变化，甚至出现负增长，这是由这是由于体系固化交联网络中的小分子挥发所致。

2.1.3 改性交联双酚A 胶黏剂（ZTX）结构分析

图1 中A、B、C 分别是双酚A、复合固化剂、改性交联双酚A 胶黏剂ZTX-2 的红外曲线。

A 中3503cm-1是双酚A 中形成的缔合氢键，3056cm-1是双酚A 苯环上不饱和氢的伸缩振动，1415、1363cm-1是CH3的非对称与对称伸缩振动峰，907cm-1是环氧基特征吸收峰；b 中2558cm-1是-SH 的特征弱吸收峰，1582 cm-1是-N-H 的变形振动；随着反应的进行，图上出现了环氧基的特征吸收峰逐渐消失和固化过程中-N-O-键的形成峰，表现在图c 上924cm-1的吸收峰较弱和1586cm-1吸收增强。表明A 与B 确定发生固化反应，整个反应完全。

图1 红外谱图

2.2 室内模拟修补工艺实验

图2 CRTS-Ⅱ缺损掉块修补模拟模拟灌注实验（a1）干基面 ， （b1）湿基面

图3 CRTS-Ⅱ缺损掉块干基面不同部位缺损试块抗折实验（a2）1/3 ，（b2）1/2

图4 CRTS-Ⅱ缺损掉块湿基面不同部位缺损试块抗折实验（a）1/3， （b）1/2

缺损掉块室内模拟试验，将Ⅱ型板CA 砂浆从分别从中间、1/3 位置两种不同位置进行缺损模拟，然后将配置的ZTXS 修补砂浆灌入缺损部位，放入抗折压力机上进行室内抗折实验，观察断面的结构和断裂的位置，初步判断修补的效果。

由图2～图4 可知，缺损掉块修补抗折实验表明在施工抗折载荷时，试块断裂面不在修补界面上，且出现了不规则的断裂毛面，说明材料的修补效果明显。

2.3 放大性工艺试验研究

CRTS Ⅱ缺损掉块修补主要工艺包括缺陷制造工艺、搅拌灌胶工艺和揭板验证工艺。

1）缺陷制造：利用钢尺来验证缺损部位的大小，制造的缺损部位大小选定为30cm×15cm×4cm；2）灌注工艺：将不同组分称量好放入搅拌桶内，通过手持搅拌器搅拌，然后灌入伤损部位，直到固化胶灌满为止；3）揭板验证工艺：通过对灌注完成固化的修补部位进行揭板试验，结果表明高粘度环氧树脂ZTX-2 处理的修补部位饱满度好，砂浆层与修补材料无明显的断面。待整体破碎后断裂面不在界面处，而在固化胶内部发生了脆性断裂。

3 结论

本文主要以双酚A、聚硫醇3300 和缩胺-105 为主要原料，利用复合固化体系，通过在体系中加入砂子和重质碳酸钙作骨架，经固化反应得到改性交联双酚A 补强胶黏剂ZTXS。该胶黏剂能够满足《高速铁路无砟轨道养护维修管理办法》CRTS Ⅱ充填层缺损掉块伤损形式对材料的性能要求。材料经放大性工艺修补验证试验，修补效果显着，应用前景广阔。

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