李 明

(中鐵十八局集團第五工程有限公司，天津 300451)

CRTSⅢ型無砟軌道是我國自主研發(fā)的新型軌道系統(tǒng)，并在成灌鐵路中首先投入使用，該類型軌道系統(tǒng)具有施工速度快、維修方便、結構受力明確等諸多優(yōu)點，在國內(nèi)外均取得了良好的應用效果[1-2]。

自密實混凝土作為CRTSⅢ型無砟軌道的板間填充層，具有承載和傳遞荷載的作用，其性能關系著CRTSⅢ型無砟軌道的使用壽命[3]。然而，在自密實混凝土灌注施工過程中，受施工、材料、環(huán)境等因素的影響，容易導致混凝土與底板等結構產(chǎn)生離縫現(xiàn)象，在高溫日曬或者雨水侵蝕之后，很容易發(fā)展成滲漿、位移變形等病害，嚴重降低系統(tǒng)結構的承載力，影響行車安全，因此必須對CRTSⅢ型無砟軌道的離縫采取修復措施[4-5]。

1 工程概況

新建北京至天津濱海新區(qū)鐵路寶坻至濱海新區(qū)段JBSG-2標段線路全長25.16 km(DK116+93.73-DK141+251)，全部采用CRTSⅢ型板式無砟軌道，鋪軌長度50.315 km，結構高度為738 mm，底座寬度2 900 mm，直線板厚度200 mm，自密實混凝土等級C40。受材料、施工和外部環(huán)境的影響，部分軌道板出現(xiàn)層間離縫現(xiàn)象，脫空長度50～1 500 mm，脫空深度50～400 mm，離縫寬度2～5 mm，見圖1。

2 離縫分類及原因

根據(jù)離縫的寬度、深度、長度以及面積比等參數(shù)，將CRTSⅢ型板式無砟軌道離縫參考《高速鐵路無砟道床傷損修補》(Q/CR 802-2020)劃分為三個等級(見表1)，根據(jù)無砟軌道傷損評定，本標段無砟軌道離縫為Ⅲ級傷損。造成CRTSⅢ型板式無砟軌道出現(xiàn)離縫的原因主要有：①施工過程中自密實混凝土灌漿不飽滿或者養(yǎng)護不恰當，造成水分流失過快導致開裂現(xiàn)象。②京津地區(qū)夏季溫度較高，且晝夜溫差較大，且澆筑硬化過程產(chǎn)生大量的水化熱，自密實混凝土的膨脹和收縮不均，在溫度應力作用下，極易造成板端翹曲或下凹。③自密實混凝土在拌合過程中沒有控制好材料間的配合比，導致層間性能差異較大，故而導致離縫現(xiàn)象。

表1 離縫傷損等級評定標準

3 離縫修補材料配制

離縫采用注漿方式進行修補，要求注漿材料在北方低溫環(huán)境下具備粘度低、強度高、斷裂伸長率大、可灌性好等特點，同時兼顧環(huán)境友好型等要求，而傳統(tǒng)注漿材料的粘度一般在3 000～15 000 MPa·s，可灌性較差，因此在離縫修補過程中，采用雙酚F 型環(huán)氧樹脂、柔性固化劑、活性稀釋劑、消泡劑、固化促進劑等配制環(huán)保型低粘度灌漿材料。

雙酚F 型環(huán)氧樹脂由昆山南亞樹脂廠生產(chǎn)，環(huán)氧值平均指標為100 g/當量；柔性固化劑由河南省天擇實業(yè)有限責任公司生產(chǎn)，25 ℃密度為1.02～1.06 g/cm3，25 ℃粘度2 000±1 000 cps；活性稀釋劑由深圳大洲化工有限公司生產(chǎn)，該公司主要生產(chǎn)烷基縮水甘油醚(Alkyl glycidyl ether，簡稱AGE)、丁基縮水甘油醚(Butyl glycidyl ether，簡稱BGE)、芐基縮水甘油醚(Benzyl glycidyl ether ，俗稱692)三類稀釋劑；消泡劑等各類助劑由上海凱茵化工有限公司生產(chǎn)，消泡劑固含量為20%，pH6～8。

按照《混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料》(JC/T 1041—2007)中的相關技術參數(shù)要求，首先在現(xiàn)場開展了三種活性劑對灌漿材料粘度的影響試驗。在試驗中，環(huán)氧樹脂、固化劑、各類助劑的摻量為150 g、55 g、4.5 g，且保持不變，改變?nèi)N活性稀釋劑的摻量(占環(huán)氧樹脂質(zhì)量的百分比)分別為10%、15%、20%和30%，得到漿液的粘度隨活性稀釋劑摻量的變化規(guī)律見圖2。從圖2中可知：隨著活性劑摻量的增加，漿液的粘度逐漸降低，相同摻量下，AGE的粘度>692的粘度>BGE的粘度，這說明BGE活性劑對于環(huán)氧樹脂灌漿料的稀釋效果最好，這是因為在AGE稀釋劑中存在的C12-14鏈，容易導致分子鏈之間發(fā)生纏繞或者交聯(lián)作用從而使粘度增加；692活性劑中含有苯環(huán)，這種物質(zhì)會增大分子之間的運動阻力，從而使粘度增加；BGE活性劑的分子質(zhì)量較小，分子位阻小且不易發(fā)生分子之間的纏繞，故而稀釋效果最好，因此現(xiàn)場采用BEG活性劑作為灌漿料的稀釋劑。

圖2 注漿料粘度隨活性劑摻量變化

雖然活性劑摻量越多，漿液的粘度越小，可灌性也越好，但是大量摻入活性稀釋劑后，固化物的力學性能也會隨之降低，因此為了保證漿液的可灌性，同時降低對固化物力學性能的影響，可向漿液中摻入一定量的高揮發(fā)性乙醇(0～30 g)，灌漿料配比設計見表2，其性能參數(shù)試驗結果如表3所示。從表3中可知：隨著乙醇摻量的增加，灌漿料的表干時間、斷裂伸長率逐漸增加，抗拉強度、抗壓強度、粘度逐漸減小，均滿足對應的規(guī)范要求，而在干粘和濕粘情況下，其強度也滿足相關要求，且均為基材破壞，乙醇對于灌漿料具有明顯的增韌作用，但也會降低灌漿料的抗拉和抗壓強度，且表干時間不宜過長，否則會影響施工效率。根據(jù)《混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料》(JC/T 1041—2007)相關技術標準，僅有配方4和5滿足I 類標準，而配方4在保證低粘度和足夠斷裂伸長率情況下，具有更好的固化物力學性能，故認為配方4為最佳的灌漿料配合比。

表2 灌漿材料配合比設計 g

表3 不同配方下灌漿料性能參數(shù)

4 離縫修補施工

CRTSⅢ型板式無砟軌道離縫注漿修復工藝流程：①對離縫的長度、寬度、深度、走向及貫穿等情況進行統(tǒng)計和標注，根據(jù)離縫特征確定合理的注漿嘴粘貼位置。②利用鋼絲刷和真空除塵器將離縫中的雜物和積水清理干凈，確保修補砂漿可以與自密實混凝土粘接牢固。③在標記好的位置粘貼注漿嘴，注漿嘴間距為20～30 cm。④采用專用封縫膠涂抹離縫表面進行封縫，應特別注意涂抹封縫膠時防止堵塞注漿嘴。⑤從離縫的任意一端，把注漿管連接到注漿嘴上，要保證所有的注漿嘴都處于開啟通氣狀態(tài)。⑥將環(huán)氧樹脂、BEG活性稀釋劑、乙醇以及其他助劑作為A組分，將固化劑作為B組分，將雙組分料筒連接混合管，混合管與注漿管相連后，開始離縫注漿，直到離縫另一端的注漿嘴有漿液流出時，結束灌漿施工。⑦注漿結束待灌漿料完全固化后，用角磨機將離縫表面打磨平整。⑧利用配制好的聚合物水泥防水涂料刷涂在灌漿料表面進行防水處理。

5 修補效果評價

5.1 無損檢測

采用NM-4B超聲波檢測儀對離縫注漿修復前后的構件進行無損檢測，無損檢測采用對側法進行測試，試驗前在構件兩側平行的測試面標注出測試點，然后調(diào)整儀器參數(shù)，最后將一對涂有黃油的換能器在相互平行對應的兩個點上進行超聲波檢測[6]，記錄構件的超聲波速。隨機選取10個點進行分析，結果見圖3，超聲波波速越大，表明構件密實度越高，構件離縫的寬度越小，注漿填充性越好。從圖3中可知：在灌漿修復前，構件的超聲波速波動較大，而經(jīng)過灌漿修復之后，超聲波速波動較小，其中未修復前，測試點1和測試點8的超聲波速相差不大，表明這兩個點未出現(xiàn)離縫，而其余點的超聲波速明顯低于修復后的超聲波速，表明這些點均位于離縫位置。修復前超聲波速經(jīng)過混凝土-空氣-混凝土介質(zhì)，修復后經(jīng)過混凝土-環(huán)氧樹脂-混凝土介質(zhì)，因而修復后的超聲波速更大，而且修復過后的超聲波速波動小，說明離縫注漿比較均勻，修復效果較好，混凝土密實度得到增強。

圖3 離縫注漿修復前后無損檢測結果對比

5.2 動荷載作用下實時位移監(jiān)測

對修復前后無砟軌道進行動荷載模擬試驗，模擬試驗在出現(xiàn)離縫的一段構件上進行，對該段構件施加動荷載，單輪動荷載：按照25型8節(jié)列車車廂重量、120 km/h速度和動力沖擊系數(shù)取0.005進行換算(動荷載= 靜輪載(1+0.005×120))，經(jīng)計算，最大動荷載約為140 kN，機載頻率約為0.6 s。在試驗過程中采用位移實時監(jiān)測系統(tǒng)對軌道板橫向和垂向位移、底座板垂向位移進行監(jiān)測，結果見圖4。在離縫修復之前，軌道板的最大橫向位移最大可達0.022 4 mm，灌漿修復之后，軌道板的最大橫向位移減小到0.007 2 mm，橫向位移降幅達到67.9%；在修復之前，軌道板的最大垂向位移為0.009 mm，修復之后，軌道板的最大垂向位移為0.003 mm，橫道板最大垂向位移降幅為66.7%；修復之前，底座板的最大垂向位移為0.003 mm，修復之后，底座板的最大垂向位移為0.002 mm，底座板的最大垂向位移降幅為33.3%。通過實時位移監(jiān)測結果可知：通過低粘度環(huán)氧樹脂灌漿材料對離縫進行注漿修補可以有效降低無砟軌道在列車動荷載作用下的位移變形。

圖4 修復前后動荷載作用下實時位移監(jiān)測結果對比

6 結論

(1)注漿材料需要具備粘度低、強度高、斷裂伸長率大、可灌性好等特點，BGE對注漿料的稀釋效果最好，同時可摻入一定量的乙醇增強注漿料的韌性，通過試驗確定的注漿料最佳配合比為：環(huán)氧樹脂∶BGE∶固化劑∶乙醇∶各類助劑=150∶45∶66.5∶20∶4.5 g。

(2)離縫注漿修復之后的超聲波波速相比修復前更加均勻，波動更小，表明離縫位置處的注漿效果較好。

(3)在列車動荷載下，注漿修復之后的軌道板最大橫向位移、軌道板垂向位移以及底座板垂向位移相比修復前分別降低67.9%、66.7%和33.3%。