CRTS II型板式无砟轨道底座板缺损修复工艺研究

杨建锋 朱玉雪 王 健 尹润平

（1中国铁路北京局集团有限公司工务部，北京100165；2中国建筑材料科学研究总院，北京100024；3中建材中岩科技有限公司，北京100024）

CRTSII型板式无砟轨道与其它类型无砟轨道的明显区别在于全线轨道板和桥上底座板均为纵向连续结构，这是CRTS II型板式无砟轨道系统的基本特点。CRTSII型板式无砟轨道桥梁段自下而上的结构为混凝土轨道板、沥青砂浆垫层、混凝土底座板、“两布一膜”滑动层、侧向挡块。底座板为纵向跨梁缝连续结构。

调研结果显示，部分路段存在无砟轨道底座板缺损、钢筋裸露现象，个别钢筋上拱高出CA砂浆层，造成行车安全隐患。依托中国铁路北京局集团有限公司科技研究开发计划课题，本文选取不同类型修复材料进行对比研究，以力学性能、粘接性能及粘接耐久性为研究目标，对材料进行优化选择，以适应高速铁路无砟道床混凝土修复天窗时间短、力学性能要求高和粘接耐久性高的特点。

1 试验方法

材料优化选择按照TG/GW 115-2012《高速铁路无砟轨道线路维修规则（试行）》附表11-1技术要求执行，2 h抗压强度≥10 MPa、28 d抗压强度≥50 MPa、28 d粘接强度≥2.5 MPa。由于我国高速铁路无砟道床结构处于冻融循环环境中且有快速通车需求，本研究提出了2 h粘接强度≥2.5 MPa、粘接耐久性试验后粘接强度≥2.5 MPa的技术要求。

混凝土抗压和抗折强度测试参照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》执行。混凝土粘接耐久性试验参照DL/T 5126-2001《聚合物改性水泥砂浆试验规程》执行。粘接耐久性试验方法：正拉粘接强度试件养护至规定龄期后，进行冻融循环，（20±2）℃水中浸泡 18h、（-20±3）℃低温箱 3h、（50±3）℃高温箱3h，冻融循环10次后进行正拉粘接强度测试。

2 结果与讨论

表1 混凝土伤损修补材料基本性能指标

2.1 力学性能

由于普通水泥砂浆（CM）界面粘接力不足，故选用粘接力较高的聚合物修补砂浆（PM）作为对比样，该砂浆具有高强、无收缩、高粘接强度的特性；选用环氧树脂基快速修补材料（ZY-TS）作为对比样，该材料具有高强、高粘接、低收缩、粘接耐久性好等特性。

将材料按照配比分别搅拌均匀，在规定时间内成型于4 cm×4 cm×16 cm砂浆试模中，20℃养护至规定龄期，测定其抗压强度值、抗折强度、粘接强度，试验结果见表1。

由表1可知，普通水泥砂浆（CM）和聚合物修补砂浆（PM）抗压、抗折和体积收缩均符合维修规则要求，但粘接强度不足。混凝土损伤修补材料（ZY-TS）2h粘接强度大于聚合物修补砂浆28d粘接强度，且能够在2h内满足通车要求。

水泥基材料具有胶凝特性，水泥与水作用，生产水化产物水化硅酸钙凝胶（C-S-H Gel），从而将骨料胶结为整体结构。因此，使用水泥基材料进行界面黏结时，界面处于润湿状态有利于提高其界面粘接强度，其干粘接强度较低。但由于水泥砂浆（CM）水化过程会产生干燥收缩、自生收缩、化学收缩等现象，不利于界面粘接强度的提高，需使用其它材料对其进行改性。

聚合物修补砂浆（PM）在普通水泥砂浆基础上增加了膨胀剂及胶黏剂组分，改善其体积收缩性能及粘接性能，但力学性能下降。试验可知，材料收缩率由0.043%减低至0.007%，材料28 d粘接强度由1.02 MPa提高至2.20 MPa，但依然不能满足高速铁路无砟轨道维修规则要求。

3.2 粘接耐久性

表2 混凝土缺损修补材料粘接耐久性

由表2可知：混凝土损伤修补材料冻融前拉伸粘接强度远高于砂浆；砂浆试件拉伸粘接强度随冻融循环次数的增加而下降，冻融10次后粘接强度不足1.0 MPa，不满足维修规则要求；修补料冻融后粘接强度略有降低、冻融10次后降低较多，但仍高于砂浆冻融前粘接强度，且冻融后依然满足维修规则要求。

出现病害路段年平均气温14℃，最冷月1月份的多年平均气温-1℃左右，最热月7月份的多年平均气温27℃左右。因此，试验条件下的冻融循环温度为-20℃～50℃，无砟道床混凝土实际经受的冻融循环为-1℃～27℃，试验条件更为苛刻。修复材料在更为苛刻的条件下可满足粘接性能需求，因此，推测其在实际修复工程中可满足使用需求。

水泥基材料在经历冻融循环时，先在20℃水中进行饱水，水分进入混凝土毛细孔内，降温阶段水分结冰产生冻胀压力，导致混凝土开裂；升温阶段冰融化；再次降温时水分进入毛细孔及裂缝中，冻胀应力进一步增大，使聚合物砂浆及标准砂浆试块基体强度降低、界面粘接力变弱。而环氧树脂基修补材料具有憎水特性，其吸水率仅为0.1%，进行粘接耐久性试验过程中，冻融循环仅对标准砂浆试块起破坏作用，对界面粘接力的影响较聚合物砂浆更小，其下降幅度更小。

4 结论

（1）ZY-TS混凝土损伤修补材料为环氧树脂基材料，其2 h粘接强度2.73 MPa、2 h抗压强度69.6MPa、粘接耐久性试验后粘接强度为2.69 MPa，可满足高速铁路无砟道床底座板混凝土修复要求。

（2）水泥基材料粘接强度不足，提高其粘接强度时力学性能下降，均不能满足高速铁路无砟道床混凝土维修要求。

（3）ZY-TS混凝土损伤修补材料具有憎水特性，粘接耐久性试验中冻融循环仅对所使用的标准砂浆试块起破坏作用，因此，其粘接耐久性优于水泥基材料。