高速铁路无砟轨道聚氨酯嵌缝胶快速修复技术

靳昊，李育宏，易忠来，陈云峰，李化建

（1. 中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081；2. 兰州铁路局，甘肃 兰州 730000）

高速铁路无砟轨道聚氨酯嵌缝胶快速修复技术

靳昊1，李育宏2，易忠来1，陈云峰2，李化建1

（1. 中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081；2. 兰州铁路局，甘肃 兰州 730000）

通过调研高速铁路无砟轨道聚氨酯嵌缝胶的服役情况，总结其伤损类型为聚氨酯嵌缝胶开裂、离缝、发泡起鼓、分层和凝胶未固化5类；结合在役“天窗期”修补特点，提出了局部修复、表面封闭和整体更换的快速修复工艺；优选硅酮嵌缝胶和非硫化丁基橡胶作为聚氨酯嵌缝胶的修复材料，并提出相关性能要求。该研究对高速铁路无砟轨道失效嵌缝材料快速修复方法提供技术支持。

无砟轨道；伸缩缝；聚氨酯；硅酮；嵌缝胶；修复

0 引言

高速铁路无砟轨道为长连续浇筑结构，为防止混凝土开裂，在无砟道床混凝土上设置伸缩缝[1]，采用灌入嵌缝胶的方式对伸缩缝进行防水密封。早期，高速铁路无砟轨道伸缩缝嵌缝胶多以价格低廉的沥青类材料为主，但是沥青类材料稳定性和耐老化性能差，伤损失效情况较为严重，已被耐老化性较好的聚氨酯等高性能嵌缝胶取代[2-3]。聚氨酯嵌缝胶一般分为单组份和双组份，单组份聚氨酯嵌缝胶为湿气固化型，双组份聚氨酯嵌缝胶为反应固化型。聚氨酯嵌缝胶的稳定性较好，综合性能较优，且性能可调，已在高铁线路普及推广。

应用初期，聚氨酯嵌缝胶出现较多问题。施工过程中、通车前和运营中聚氨酯嵌缝胶均会出现不同程度的伤损，且数量较多。聚氨酯嵌缝胶防水密封功能丧失后，水进入无砟轨道结构内部，造成冒浆、冻涨等问题，为混凝土结构耐久性和运营安全埋下隐患。因此，亟须对聚氨酯嵌缝胶进行修复，使其恢复防水密封功能。

现有高速铁路无砟轨道嵌缝胶修复多针对沥青类材料，修复方法以剔除更换为主，更换材料多为聚氨酯嵌缝胶和硅酮嵌缝胶[4]。聚氨酯嵌缝胶与沥青类材料性能差异较大，具有交联网状结构，韧性高、强度大，且与混凝土粘结强度高，难于清除，如按原有方法修复，大幅降低修复效率，增加施工成本。针对聚氨酯嵌缝胶的特点，根据聚氨酯嵌缝胶伤损类型和伤损程度，提出不同的快速修复方法：局部修复、表面封闭和整体更换；选择硅酮嵌缝胶和非硫化丁基橡胶作为聚氨酯嵌缝胶修复材料，并提出相关性能要求。

1 伤损分类

高速铁路无砟轨道聚氨酯嵌缝胶按照伤损类型可分为以下5类：

（1）开裂（见图1（a））。聚氨酯嵌缝胶整体位移能力较差，且与混凝土粘结强度高于材料拉伸强度，当伸缩缝受温度力影响变宽时，聚氨酯嵌缝胶本体被拉裂。

（2）离缝（见图1（b））。发生离缝原因主要是材料变形能力较低，且拉伸强度大于其与混凝土的粘结强度，当低温伸缩缝变宽时，聚氨酯嵌缝胶与混凝土脱离。聚氨酯嵌缝胶离缝发展速度较快，纵向短时间内即可贯通。

（3）发泡起鼓（见图1（c））。聚氨酯嵌缝胶的异氰酸酯组份会与水发生反应，生成气体，当环境湿度过高或缝内潮湿时施工，易导致聚氨酯嵌缝胶发泡起鼓，材料性能严重受损，后期易出现离缝。

（4）分层（见图1（d））。聚氨酯嵌缝胶进行二次灌注时，未待前次聚氨酯嵌缝胶固化或未对固化后的胶体表面进行处理，聚氨酯嵌缝胶层间粘结强度较低，易出现分层、脱离等情况。

（5）凝胶未固化（见图1（e））。双组份聚氨酯嵌缝胶搅拌不均匀、配比不正确、低温施工、湿度过高施工等，均会造成其局部或整体永久凝胶不固化。

为了便于进行聚氨酯嵌缝胶修复工作，按可修复性将聚氨酯嵌缝胶分为一般伤损和严重伤损。

（1）一般伤损。一般伤损指聚氨酯嵌缝胶局部伤损或失效，主要包括聚氨酯嵌缝胶的局部轻微裂缝或离缝，其中裂缝长度≤3 cm，深度≤1 cm，且不连续；离缝长度≤10 cm，每条聚氨酯嵌缝胶的离缝数量≤5条，且不连续。

（2）严重伤损。严重伤损指聚氨酯嵌缝胶出现大面积伤损或整体失效，主要包括聚氨酯嵌缝胶贯通或连续裂缝；与混凝土的长大离缝；发泡起鼓、分层或凝胶不固化。

2 修复要求

高速铁路“天窗期”时间短，一般为夜间4 h，施工地点较为偏僻，运输和电力支持较为困难，且需修复位置随机性较大、不集中。为适应现场工况环境，提高施工效率，聚氨酯嵌缝胶修复应满足以下要求。

图1 聚氨酯嵌缝胶伤损分类

2.1 修复工艺

聚氨酯嵌缝胶修复工艺应简单，关键工艺步骤易控制，施工人员经短期培训即可掌握全部工艺要点。施工机具数量少、便于携带，少量施工人员即可组成一个修复单元，节约人工成本，便于大面积、分散修复。保持较高的修复效率，同时确保修复质量，无须二次修复即可恢复嵌缝胶防水密封功能。

2.2 修复材料

修复材料可选择现场固化型修复材料和预制型修复材料。现场固化型修复材料应为单组份触变型修复材料，可保持材料性能稳定性、均一性，而且减少了现场配制搅拌过程，节约修复时间，便于对立面聚氨酯嵌缝胶进行修复，其性能满足《高速铁路无砟轨道嵌缝材料暂行技术条件》[4]。此外，修复材料应具有良好的挤出性（特别是低温），提高修复效率，与聚氨酯嵌缝胶具有良好的粘结性，拉伸模量不高于聚氨酯嵌缝胶。而且，修复材料还应具有较快的表干时间和良好的低温固化能力，满足夜间“天窗期”修补需要。预制型修复材料应与混凝土具有较高的早期粘结力，防止列车通过将其卷起。修复材料的柔顺性较高，可抵抗伸缩缝温度力反复变形，且可与不平顺的混凝土表面粘结牢固。同时应具有良好的耐水性、耐热性、耐碱性和耐紫外老化性能。

3 快速修复工艺

基于聚氨酯嵌缝胶修复工艺要求，结合聚氨酯嵌缝胶伤损分类（可修复性），将修复工艺分为局部修复、表面封闭和整体更换。

3.1 局部修复

聚氨酯嵌缝胶一般伤损宜采用局部修复，具体修复工艺如下（见图2）：（1）缝的清理。采用吹风机、毛刷等将聚氨酯嵌缝胶裂缝和离缝内和周围的灰尘、杂质等清扫干净。（2）涂刷界面剂。将界面剂涂刷至裂缝和离缝内和周围的聚氨酯嵌缝胶及混凝土表面，界面剂应涂刷均匀薄层。（3）填缝修复。将胶枪的枪头插入缝隙中，将修复材料注入缝隙，至胶体从缝隙溢出为止，然后在裂缝和离缝表面，沿缝隙方向打胶，并延长一定距离。（4）修饰。采用刮刀等将修复材料进行抹平修饰处理，确保将裂缝和离缝密封严实。

图2 局部修复工艺

3.2 表面封闭

当聚氨酯嵌缝胶伤损较严重，但难于清除时（如聚氨酯嵌缝胶裂缝和离缝数量多、长度大、分层等），宜采用表面封闭的方法进行修复。具体工艺如下（见图3）：（1）表面清理。采用打磨机将伸缩缝两侧混凝土（约3 cm）进行打磨处理，露出混凝土坚实基面，然后采用吹风机将聚氨酯嵌缝胶和打磨后混凝土的表面吹扫干净。（2）涂刷界面剂。将界面剂涂刷至打磨后的混凝土表面。（3）封闭处理。采用自粘型非硫化丁基橡胶裁剪好后，覆盖至伸缩缝表面，采用压辊将材料压实，确保初期粘结牢固。

图3 表面封闭工艺

3.3 整体更换

当聚氨酯嵌缝胶伤损严重、较易清除时，宜采用整体更换的方法进行修复。具体工艺如下（见图4）：（1）聚氨酯嵌缝胶剔除。采用长钎、刀具等工具将失效聚氨酯嵌缝胶剔除。（2）基础清理。将缝内两侧混凝土进行打磨处理，将附着的聚氨酯嵌缝胶、原界面剂、杂质等清除干净，根据伸缩缝宽度和深度情况裁剪泡沫条或泡沫板，将其填充至伸缩缝内。（3）在缝内两侧混凝土涂刷界面剂，然后采用专用胶枪将修复材料填充至伸缩缝内，并采用刮刀抹平修饰。

图4 整体更换工艺

4 修复材料

现场固化型修复材料用于局部修复及整体更换，预制型修复材料用于表面封闭修复。基于上述修复材料要求，现场固化修复材料选择单组份触变型硅酮嵌缝胶修复材料。硅酮的柔顺性良好，耐老化性能优异，其性能可满足《高速铁路无砟轨道嵌缝胶暂行技术条件》[5]要求。而且，硅酮固化反应受温度影响较小，低温下也可正常固化，且在反应前未经交联，分子量较低，低温挤出性好，便于施工。同时，硅酮与聚氨酯具有较高的粘结性，可确保伸缩缝变形时粘结界面不断开。此外，硅酮的拉伸模量普遍低于聚氨酯，可通过自身变形缓解原聚氨酯嵌缝胶的内聚力，避免出现新的伤损。硅酮嵌缝胶修复材料性能要求见表1。

表1 硅酮嵌缝胶修复材料性能要求

预制型修复材料选择非硫化丁基橡胶。丁基橡胶耐热、耐碱、耐水和耐紫外老化性能优异，可在户外长期使用。非硫化丁基橡胶可永久保持非硫化状态，具有优异的柔顺性，可在异形面、不平整面使用。而且它具有自粘性，随着时间增加，非硫化丁基橡胶在重力作用下，可逐渐与混凝土表面达到满粘状态，提高粘结强度，其性能满足JC/T 942—2004《丁基橡胶防水密封胶粘带》规范要求[6]。同时，非硫化丁基橡胶与界面配合使用可在施工早期具有良好的粘结性，以抵抗早期高速列车风的影响。此外，非硫化丁基橡胶还可根据伸缩缝变形情况调整材料厚度，防止材料反复受拉、压后变薄出现开裂，失去防水密封功能。非硫化丁基橡胶修复材料性能要求见表2。

表2 非硫化丁基橡胶修复材料性能要求

5 结论

（1）根据聚氨酯嵌缝胶伤损类型，可将其分为：聚氨酯嵌缝胶开裂、离缝、发泡起鼓、分层和凝胶未固化等。

（2）损伤程度划分为一般伤损和严重伤损。修复工艺分为局部修复、表面封闭和整体更换，其中局部修复主要针对一般伤损，表面封闭和整体更换针对严重伤损。

（3）现场固化型修复材料为硅酮嵌缝胶修复材料，用于聚氨酯嵌缝胶局部修复及整体更换，预制型修复材料为非硫化丁基橡胶，用于聚氨酯嵌缝胶表面封闭修复。

[1] 易忠来，靳昊，李化建，等. 高速铁路无砟轨道嵌缝材料技术要求研究[J]. 中国铁路，2015(4)：45-49.

[2] 靳昊，易忠来，李化建. 国内聚氨酯密封胶研究进展[J]. 聚氨酯工业，2014(6)：22-24.

[3] 李化建. 高速铁路无砟轨道收缩缝嵌缝材料开发与应用[R]. 北京：中国铁道科学研究院，2014.

[4] 谭社会，靳昊，易忠来. 聚氨酯嵌缝材料老化性能初探[J]. 铁道建筑，2015(11)：108-112.

[5] TG/GW 119—2013 高速铁路无砟轨道嵌缝材料暂行技术条件[S]. 北京：中国铁道出版社，2014.

[6] JC/T 942—2004 丁基橡胶防水密封胶粘带[S].北京：中国建材工业出版社，2004.

责任编辑 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

中国铁路总公司科技研究开发计划项目（2013G008-A-3）；中国铁道科学研究院科技研究开发计划项目（2015YJ042）

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