无砟轨道耐久性树脂砂浆技术研究.docx

无砟轨道耐久性树脂砂浆技术研究 摘 要：弹性调整层是板式无砟轨道结构的关健结构部分，其性能的好坏直接影响板式轨道应用的耐久性和维修工作。环氧树脂砂浆较其它材料明显的力学及耐久性优点，中铁二十三局联合常熟佳发化学有限责任公司等单位重点进行了环氧树脂砂浆作为板式无砟轨道弹性调整层材料的技术研究。 关键词：树脂砂浆；耐久性；粘结性；灌注 1、前言 为了克服CA砂浆材料强度偏低，寒冷地区将产生结冰膨胀、开裂等缺点，中铁二十三局对可以替代CA砂浆的材料进行了广泛比较分析，重点对合成树脂材料进行考察，环氧树脂砂浆具有更高机械强度与弹性，使用时间可根据不同气候条件与施工工艺要求进行调整，施工后强度上升快、施工进度快、可承载时间大大缩短。环氧树脂砂浆采用无溶剂体系，无挥发物产生，符合环保安全要求，固化过程体积收缩率极低，可保证充填高度及与轨道板的良好粘接。环氧树脂砂浆还具有优异的耐化学腐蚀与抗湿热老化性能，对金属非金属材料优异的粘结性能。由于环氧树脂中没有水及其它低温凝固的液态物质，因此可消除寒冷地区的冻融破坏问题。鉴于环氧树脂砂浆较其它材料明显的优点，我们重点进行了环氧树脂砂浆作为板式无砟轨道弹性调整层材料的研究。 2、实验部分 2.1试验原料 双酚A型环氧树脂E-51(128618)；柔韧性环氧树脂JEf-0211、JEf-0212；活性稀释剂JX-011、JX-015；改性胺固化剂JH-0431、JH-0432；硅灰石粉300-400；石英砂60-100；蓝色浆（自制）；水泥试块C40、 C60 。 2.2试验设备 2.2.1树脂砂浆试制备设备 10L高速分散机和转速0-3000转/分可调。 2.2.2树脂砂浆小试灌注设备 自制灌注模板，如图1。 图1 自制灌注模板 2.2.3性能测试设备 砂浆流动度：锥形漏斗（自制），上口直径70mm，下口10mm，高度450mm。 砂浆浇注件抗压强度、弹性模量测试：20kN及600kN万能材料试验机。 2.3实验方法、工艺流程 2.3.1树脂砂浆制备 树脂砂浆中主要原材料砂浆用的环氧树脂配合料A组分在配制砂浆前预先制备，固化剂B组分采用现有产品。树脂砂浆的配制工艺如图2所示。将预制好的环氧树脂A组分、固化剂B组分按设定比例加入到砂浆搅拌罐，然后逐步加入填充料，边搅拌、边加入，搅拌5-10分钟混合均匀即成可供灌注的环氧树脂砂浆。 2.3.2树脂砂浆基本组成、性能特点 树脂砂浆由环氧树脂、活性稀释剂、增韧剂、色料组成A组分ES-01A、改性胺类固化剂B组分ES-01B、细骨料（砂）C组分ES-01C组成。其性能与特点主要有以下几点： 配方组成变化的多样性：环氧树脂品种多，形态变化多样，从室温是固态的环氧树脂到很低粘度的液体形式都有。可满足混凝土基座与轨道板之间的弹性垫层要求；满足室温固化要求的胺类固化剂同样品种也很多；通过不同环氧树脂与固化剂的组配，可满足不同施工季节气温、湿度条件下的施工工艺性能要求；通过不同配方组合，可实现树脂砂浆不同可使用期、强度、弹性模量的要求。 环氧树脂砂浆具有极高机械强度与适度弹性，施工后强度上升快、施工进度快、承载时间可大大缩短。 环氧树脂对金属、非金属材料具有优异的粘结性能,树脂砂浆固化过程体积收缩率极低，可保证充填高度及与轨道板的良好粘接。 环氧树脂砂浆具有优异的耐化学腐蚀与抗湿热老化性能，可适用在较苛刻环境下运行要求。 环氧树脂砂浆采用无溶剂体系，无挥发物产生，符合环保安全要求。没有水及其它低温凝固的液态物质，因此可消除寒冷地区的冻融破坏问题。 树脂砂浆配方组分较少，易于操作掌握，施工设备可以简化。 经济性方面，由于树脂砂浆强度高，可降低弹性调整层厚度，具有较好经济可行性。 2.3.3树脂砂浆的力学性能指标、型式试验 有关树脂砂浆的力学性能指标，与CA砂浆相比，树脂砂浆强度指标要高出很多倍，其力学性能指标的确定原则是在保持树脂砂浆高强度的同时，兼顾原料成本进行确定。树脂砂浆从化学结构形态看，实质上是一种树脂浇注体。 型式试验除了力学性能的考核外，还应测试其灌注工艺性能。主要包括树脂砂浆A、B组分粘度、树脂砂浆混合粘度、流动度、树脂砂浆固化物比重、树脂砂浆固化收缩率、砂浆分离度等。环境实验项目有耐化学腐蚀、耐紫外线老化、耐高低温冲击等。 3、树脂砂浆的灌注 3.1轨道板灌注模板的制作与安装 将检查合格的轨道板用专用调高器具调高，留出树脂砂浆灌注厚度进行固定，合格后备灌注用。根据轨道板尺寸预制灌注模板，模板分前后左右四块制作。前后两块各开数个灌注工艺孔与排气孔，两侧面板用螺栓与夹具将灌注模板与轨道板紧密连接，模板与混凝土基板的间隙用密封胶带封闭，使之保证在0.2Mpa压力条件下灌注时不流胶。如图3、图4、图5、图6。 图3轨道板灌注模板安装 图4凸形挡台灌注模板安装 图5 安装注入口 图6安装排气口 3.2灌注管道连接 模板装配完毕，将模板上各灌注口与灌注分配器的出料口连接；灌注分配器的进料口与灌注泵的出口连接；灌注泵的进料口与砂浆搅拌机的出口连接；并检查是否密封。连接示意如图7，实际连接如图8、图9。 图8搅拌机与灌注泵的连接 图9分配器与灌注口的连接 3.3树脂砂浆制备 按计量比加入环氧树脂A组分、固化剂B组分，搅拌均匀。边搅边加填充砂C组分，搅拌10-15分钟混合成均匀砂浆备灌注。 树脂砂浆现场搅拌可采用A、B、C三组分一起搅拌工艺，也可以采用A组分与部分C组分、B组分与部分C组分分开进行预混料，然后通过两个计量泵打到静态混合器快速混合工艺。前者设备简单，但施工效率要低些；后者设备要求较高，但施工效率高，可不受气候温度限制。 树脂砂浆搅拌灌注的技术要求主要控制砂浆各组分搅拌的均匀性。对搅拌与灌注时间控制尤为重要，应根据气温变化与材料生产厂提供的可使用时间。在保证各组分混合均匀的前提下尽量缩短搅拌与灌注时间，以保证灌注粘度较低，使灌注顺利进行。 3.4树脂砂浆灌注 3.4.1灌注设备的选择 搅拌设备现场条件限制不宜笨重、复杂，采用一般桨式或锚式搅拌机即可。转速宜控制在60-80转/分左右；搅拌桶容积在200-300升左右，供搅拌灌注一块板所需的砂浆。如大批量连续灌注可采用双层搅拌机，使搅拌与灌注输料互不影响，其搅拌桶容积也可适当减小。砂浆输送可采用螺杆泵、注塞泵、管道挤压泵、齿轮泵等输送含颗粒粘稠物的输送机械，也可用压缩空气输送。 搅拌采用400L单层锚式搅拌机（转速64转/分、功率4Kw），灌注输送泵为挤压式管道泵（功率2.2kw、输送能力1.2-1.8 m3/h、工作压力1-2Mpa）。 3.4.2灌注 管道连接检查完毕，树脂砂浆搅拌好后即可开始灌注。打开轨道板灌注模板出口排气阀，分配器至轨道板的各进料阀，启动灌注泵，开始砂浆灌注。灌注过程注意分配器压力控制，压力太高（高于0.4Mpa）停灌注泵，待压力下降后再启动灌注。当模板排气口冒出少量砂浆后将排气口依次关闭，待全部排气口关闭后在0.1-0.2Mpa保压5-10分钟后停灌注泵，关闭分配器出口至轨道板间的进料阀。如分配器压力仍不下降则反转灌注泵卸压，拆除阀门前管道准备下一块板的灌注。 3.5模板拆除 待树脂砂浆初固化后（时间与气温有关，15-354-10小时）即可拆除模板，表面缺陷处可用树脂砂浆进行修补，将轨道板及基座受污染处树脂砂浆铲除清理，24小时后可承载。 树脂砂浆搅拌灌注的技术要求主要要控制砂浆各组分搅拌的均匀性，对搅拌与灌注时间控制尤为重要。应根据气温变化与材料生产厂提供的可使用时间，在保证各组分混合均匀的前提下尽量缩短搅拌与灌注时间，以保证灌注粘度较低，使灌注顺利进行。 4、树脂砂浆观测报告 在成高子试验段共灌注树脂砂浆板10块，采用无袋立模灌注工艺，中间设聚氨酯泡沫填充，砂浆层灌注厚度20mm,灌注完成脱模后树脂砂浆断面填充饱满，外观光洁。 2013年5月8日对灌注的10块板再次进行观测，树脂砂浆外观与去年灌注时基本无变化，未发现裂开等现象。灌注时树脂砂浆断面及这次观测照片比较如图10。 a 灌注脱模后外观 b 2013年5月8日观测外观 图10脱模后与本次观测的树脂砂浆层外观对比 4.1观测现象及发现问题、原因、机理分析 这次对树脂砂浆的观测，所观测结果与去年灌注的情况比较，除了运行一年来灰尘遮盖使表面看起来没有当初亮以外，几乎看不出其他变化。没有裂纹现象，对高程变化测量也基本无变化。 树脂砂浆灌注的轨道板性能稳定的原因可归结于树脂砂浆本身的高强度。固化完全后其抗压强度超过30Mpa，而列车运行轮轨给树脂砂浆的压力小于3Mpa,因此树脂砂浆对抵抗列车运行的静压力与疲劳应力有非常大的安全系数。另一方面，树脂砂浆对水泥混凝土的粘结强度高于水泥自身内聚强度，在外力作用下，往往是水泥破坏而粘结层不会被破坏。由于树脂砂浆的高粘结强度，将混凝土基座与轨道板紧紧连结在一起，因而可保证在列车动载荷冲击下轨道板仍保持稳定。 4.2观测试块力学性能检测对比与评价 对树脂砂浆浇注试块主要进行了抗压强度、压缩弹性模量、剪切强度、对水泥粘结强度、拉伸强度、断裂延伸率的比较测试。测试结果如表1。 表1 树脂砂浆试块力学性能变化 测试日期 性能指标项目 灌注完成7天后 13年5月测试 抗压强度Mpa 28.6 33.5 压缩弹性模量Mpa 203 241 剪切强度Mpa 6.5 6.1 粘结强度Mpa 2.5水泥断裂 2.7水泥断裂 拉伸强度Mpa 7.2 7.8 断裂伸长率% 8.9 7.2 结论 测试结果表明：经过严寒的冬天与回春升温的变化，树脂砂浆