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        高鐵底座板專用修補(bǔ)材料抗凍性能研究

        2016-12-06 07:36:27馮如林
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2016年10期
        關(guān)鍵詞:抗凍凍融循環(huán)凍融

        馮如林

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

        高鐵底座板專用修補(bǔ)材料抗凍性能研究

        馮如林

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

        高速鐵路底座板易受現(xiàn)場施工條件的影響,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

        哈大高鐵是我國首條修建在寒冷地區(qū)的無砟軌道高速鐵路,采用Ⅰ型板式無砟軌道結(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小;底座板受現(xiàn)場施工條件的影響,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,裸露的鋼筋銹蝕會對底座板結(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1#、2#兩種體系的耐凍融循環(huán)能力測定,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℃),相對濕度45%~75%;標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件:溫度(20℃±2℃),相對濕度不小于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)將凍融試件和對比試件從養(yǎng)護(hù)室取出,進(jìn)行外觀檢測并記錄原始狀況,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,然后對凍融試件進(jìn)行編號,稱其質(zhì)量,然后置入冰箱進(jìn)行凍融試驗(yàn),對比試件則放入標(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,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、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,遼寧沈陽人,高級工程師,從事鐵路科學(xué)技術(shù)研究。

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