馮如林

（沈陽(yáng)鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所，沈陽(yáng)110043）

高鐵底座板專用修補(bǔ)材料抗凍性能研究

馮如林

（沈陽(yáng)鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所，沈陽(yáng)110043）

高速鐵路底座板易受現(xiàn)場(chǎng)施工條件的影響，加之該結(jié)構(gòu)受凍融影響較大，容易發(fā)生粉化脫落問(wèn)題。底座板專用混凝土修補(bǔ)材料，與底座板基座黏結(jié)性能良好，但產(chǎn)品的抗凍性能較佳。論述了適用哈大高鐵氣候特點(diǎn)的底座板專用混凝土修補(bǔ)材料試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法及抗凍性能試驗(yàn)方法。

寒冷地區(qū);高速鐵路;底座板;粉化;試驗(yàn)

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.066

1 引言

哈大高鐵是我國(guó)首條修建在寒冷地區(qū)的無(wú)砟軌道高速鐵路，采用Ⅰ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)。軌道板為強(qiáng)度較高廠制預(yù)應(yīng)力板，因其密實(shí)性高，受凍融的影響較??；CA砂漿層為袋裝瀝青砂漿，材料本身不吸水，所以受凍融影響也非常?。坏鬃迨墁F(xiàn)場(chǎng)施工條件的影響，該結(jié)構(gòu)受凍融影響較大，容易發(fā)生粉化脫落問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)，可脫落至整個(gè)保護(hù)層深度，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)鋼筋裸露，裸露的鋼筋銹蝕會(huì)對(duì)底座板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生影響，因此應(yīng)及時(shí)整治。

高鐵無(wú)砟軌道底座板受高速列車的沖擊振動(dòng)作用強(qiáng)烈，還要承受一定的彎曲變形，修補(bǔ)后的混凝土層除自身應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和抗裂性外，最關(guān)鍵的是要和底座板原有混凝土之間，在寒冷氣候條件下，具備足夠的黏結(jié)強(qiáng)度、抗凍性能，使修復(fù)后的底座板整體性良好，早期強(qiáng)度要迅速達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。論文主要論述實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行專用混凝土修補(bǔ)材料的抗凍性能研究。

2 針對(duì)哈大線氣候特點(diǎn)制定試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)

2.1 技術(shù)指標(biāo)

依據(jù)哈大線氣候特點(diǎn)、修補(bǔ)材料的使用環(huán)境及前期試驗(yàn)探索結(jié)果，確定嚴(yán)寒地區(qū)低溫修補(bǔ)材料的相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)，如表1所示。

2.2 技術(shù)指標(biāo)的確定原則

1）施工環(huán)境氣溫低，施工時(shí)間短。（高鐵夜間維修天窗僅有4h，施工1h后通車，參照《混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)用聚合物水泥砂漿》（JG/T336—2001）有關(guān)初凝、終凝時(shí)間的規(guī)定，特制定上述凝結(jié)時(shí)間）

2）要達(dá)到理想的修補(bǔ)效果，后期使用過(guò)程修補(bǔ)材料應(yīng)與基體混凝土的熱脹冷縮相一致。（為此，修補(bǔ)材料的強(qiáng)度不宜與混凝土基座相差過(guò)大，考慮到混凝土基座的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40，修補(bǔ)材料的28d抗壓強(qiáng)度以達(dá)到30～45MPa為宜，7d抗壓強(qiáng)度要求可參照《混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)用聚合物水泥砂漿》（JG/T336—2001）。）

3）修補(bǔ)面不承重，抗折強(qiáng)度要求不高。（參照《混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)用聚合物水泥砂漿》（JG/T336—2001），可將抗折強(qiáng)度適當(dāng)放寬至7d≥4.0MPa，28d≥6.0MPa。）

表1 設(shè)計(jì)修補(bǔ)材料的技術(shù)指標(biāo)

4）抗震性能好，早期黏結(jié)強(qiáng)度要求高（修補(bǔ)后4h通車，黏結(jié)強(qiáng)度過(guò)低，修補(bǔ)面易因震動(dòng)剝離被卷起而脫落），并且黏結(jié)強(qiáng)度抗凍融循環(huán)能力強(qiáng)（拉伸黏結(jié)強(qiáng)度凍融循環(huán)試驗(yàn)方法參照《混凝土界面處理劑》（JC/T907—2002）中5.4.6進(jìn)行）。

5）抗凍性能好。東北嚴(yán)寒地區(qū)，《預(yù)拌砂漿》（GB/T25181—2010）中8.1.10規(guī)定嚴(yán)寒地區(qū)抗凍循環(huán)次數(shù)應(yīng)為50次，但凍結(jié)最低溫度要求為-15～-20℃，考慮到該試驗(yàn)的凍結(jié)溫度為-40℃，凍融循環(huán)次數(shù)可放寬至25次，后期可考慮延長(zhǎng)至50次。

2.3 原材料組分

依據(jù)技術(shù)指標(biāo)確定原材料的大致組分（膠凝材料、骨料、礦物摻合料、膠粉、外加劑等），選取合適粒度的骨料石英砂，并將其粒度分布復(fù)配至級(jí)配區(qū)3區(qū)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)（《建筑用砂》（GB—T14684—2001））。

1）選取2種膠凝材料體系（普硅慢凝型、硫鋁快硬型），依據(jù)工作性，確定每種體系的膠砂比、水灰比等基本參數(shù)。

2）通過(guò)1#、2#兩種體系的耐凍融循環(huán)能力測(cè)定，選取優(yōu)化配方。

3 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法

3.1 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)條件

標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件：溫度（20℃±2℃），相對(duì)濕度45%～75%；標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件：溫度（20℃±2℃），相對(duì)濕度不小于95%；凍融循環(huán)試驗(yàn)條件：本試驗(yàn)設(shè)置為-40℃。

3.2 試件成型

試件的成型分別按抗壓、抗折強(qiáng)度試件成型、拉伸黏結(jié)強(qiáng)度試件成型、收縮率試件的成型規(guī)定進(jìn)行。

3.3 養(yǎng)護(hù)

7d齡期養(yǎng)護(hù)：試件成型后立即放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)7d，其中24h脫模。

28d齡期養(yǎng)護(hù)：試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)7d后放入標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下再養(yǎng)護(hù)21d。

4 修復(fù)材料的抗凍性能試驗(yàn)

專用砂漿抗凍性的強(qiáng)度損失率與質(zhì)量損失率試驗(yàn)方法參照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T70—2009）進(jìn)行試驗(yàn)。

1）試件應(yīng)在28d齡期時(shí)進(jìn)行凍融試驗(yàn)。試驗(yàn)前2d，應(yīng)將凍融試件和對(duì)比試件從養(yǎng)護(hù)室取出，進(jìn)行外觀檢測(cè)并記錄原始狀況，隨后放入15～20℃的水中浸泡，浸泡的水面應(yīng)高于試件頂面至少20mm，凍融試件在浸泡2d后取出，然后對(duì)凍融試件進(jìn)行編號(hào)，稱其質(zhì)量，然后置入冰箱進(jìn)行凍融試驗(yàn)，對(duì)比試件則放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，直到完成凍融循環(huán)后與凍融試件同時(shí)試壓[1]。

當(dāng)冰箱內(nèi)溫度低于-35℃時(shí)試件方可放入，溫度高于-35℃時(shí)，應(yīng)以溫度重新降至-35℃時(shí)計(jì)算試件的凍結(jié)時(shí)間，從裝完試件至溫度重新降至-35℃的時(shí)間不應(yīng)超過(guò)2h。

2）每次凍結(jié)時(shí)間應(yīng)為4h，凍結(jié)完成后應(yīng)立即取出試件，并應(yīng)立即放入能使水溫保持在15～20℃的水槽中進(jìn)行融化，水槽水面應(yīng)至少高于試件表面20mm，試件在水中融化的時(shí)間定為5h，融化完畢即為1次凍融循環(huán)，取出試件，送入冰箱進(jìn)行下一次循環(huán)試驗(yàn)，以此連續(xù)進(jìn)行直至設(shè)計(jì)規(guī)定的次數(shù)或試件破壞為止。

3）每5次循環(huán)，進(jìn)行1次外觀檢測(cè)，并記錄試件的破壞情況。當(dāng)該組試件中有2個(gè)出現(xiàn)明顯分層、裂開(kāi)、貫通縫等破壞時(shí)，試件的抗凍性能試驗(yàn)應(yīng)終止。

4）砂漿強(qiáng)度損失率按式（1）計(jì)算：

式中，△fm為n次凍融循環(huán)后砂漿試件的強(qiáng)度損失率，%；fm1為對(duì)比試件的抗壓強(qiáng)度平均值，MPa；fm2為經(jīng)n次凍融循環(huán)后的3塊試件抗壓強(qiáng)度的算術(shù)平均值，MPa。

5）砂漿試件凍融后的質(zhì)量損失率應(yīng)按式（2）計(jì)算：

式中，△mm為n次凍融循環(huán)后砂漿試件的質(zhì)量損失率，%，以3塊試件的算術(shù)平均值計(jì)算；m0為凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)前的試件質(zhì)量，g；mn為經(jīng)n次凍融循環(huán)后試件質(zhì)量，g。

6）1#與2#修補(bǔ)材料的凍融試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

5 1 #、2 #修復(fù)材料性能對(duì)比

1）由表2可以看出，隨循環(huán)次數(shù)的增加，1#、2#修復(fù)材料的力學(xué)強(qiáng)度逐漸降低。水通過(guò)滲透進(jìn)入基體后，在低溫環(huán)境下進(jìn)行凝固結(jié)冰，也會(huì)產(chǎn)生一定的結(jié)冰膨脹，出現(xiàn)結(jié)冰壓力，造成基體結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步破壞，最終表現(xiàn)為試塊的力學(xué)強(qiáng)度有所降低。但同時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)10個(gè)凍融循環(huán)時(shí)，試塊的抗壓強(qiáng)度分別降低了3.61%和1.49%，而經(jīng)過(guò)40個(gè)循環(huán)后，強(qiáng)度保持率仍可達(dá)到83.37%和87.57%，這說(shuō)明修復(fù)材料具有良好的密實(shí)性，能夠較好地阻礙外界低溫環(huán)境的凍融[2]。

2）在凍融循環(huán)次數(shù)相同時(shí)，2#修補(bǔ)材料的性能普遍好于1#修補(bǔ)材料。如表3所示。應(yīng)用2#修補(bǔ)材料對(duì)底座板粉化區(qū)域進(jìn)行修補(bǔ)將取得顯著效果。

表2 1#、2#修補(bǔ)材料凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果

表3 實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品內(nèi)檢性能

【1】葉建雄，陳越，張靖，等.水泥基材料超低溫凍融循環(huán)試驗(yàn)研究[J].土木建筑與環(huán)境工程，2010(5):200.

【2】趙軍，高丹盈，李光輝.聚丙烯纖維細(xì)石混凝土加固凍害混凝土的研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，2009(5):300.

Study on Anti-freeze Property of Special Repair Materials for High-speed Rail Base Plate

FENG Ru-lin
(Science&Technology Research Institute of Shenyang Railway Bureau,Shenyang110043,China)

Due to the limit of the construction site conditions,and greatly affected by the freeze-thaw,the high-speed rail base plate is easy to effloresce and drop.The concrete patching material for the base plate is bonded to the base plate but the product has good anti-freeze property.This paper discusses the technical index of material test,the method of laboratory test and frost resistance test of the concrete patching material for the base plate applicable for Ha-Da high-speed rail climate characteristics.

cold area;high-speed rail;baseplate;effloresce;test

U213

A

1007-9467（2016）08-0120-02

2016-08-03

馮如林（1962～），男，遼寧沈陽(yáng)人，高級(jí)工程師，從事鐵路科學(xué)技術(shù)研究。