新(xīn)材料故事 | 無砟軌道修複材料：高鐵延年益壽的“特效藥”
來源：中(zhōng)國(guó)建材總院、中(zhōng)岩科(kē)技(jì ) 發布時間：2022-09-15
編者按
當材料醒來的那一刻，它将成為(wèi)你生活中(zhōng)的一段感受。看、聽、觸摸......置身其中(zhōng)，材料無處不在。我們的能(néng)工(gōng)巧匠們，實驗、堅守、創新(xīn)，锲而不舍，隻為(wèi)成就材料背後的可(kě)能(néng)，開發材料蘊含的寶藏。我們始終心懷“國(guó)之大者”，打造“國(guó)之大材”，服務(wù)國(guó)防建設、服務(wù)國(guó)家重大工(gōng)程、服務(wù)國(guó)民(mín)經濟主戰場、服務(wù)人民(mín)美好生活......
《新(xīn)材料故事》，将用(yòng)通俗易懂的話語，讓大家更好認識身邊無處不在的新(xīn)材料，為(wèi)大家講述我們與社會發展、人類生活齊步走的故事。
高鐵被認為(wèi)是中(zhōng)國(guó)“新(xīn)四大發明”之首，也被譽為(wèi)中(zhōng)國(guó)制造的新(xīn)名(míng)片。截至2022年6月底，全國(guó)高鐵總裏程約4.2萬公(gōng)裏，通達95%的百萬人口以上城市，位居世界首位。高鐵運行速度約為(wèi)150-400 公(gōng)裏/小(xiǎo)時，極大縮短了城市間的交通時間。除去高效快捷的直觀印象，中(zhōng)國(guó)高鐵“硬币測試”更是震驚全網。“硬币測試”所反映的超高平順性背後是一項複雜而系統的工(gōng)程，其中(zhōng)重要的一環則是無砟軌道的使用(yòng)。
傳統鐵路采用(yòng)散粒碎石作(zuò)為(wèi)道床結構，稱為(wèi)有(yǒu)砟軌道。無砟軌道則采用(yòng)混凝土建造整體(tǐ)基礎，可(kě)以提高基礎穩定性以及避免道砟飛濺，保障列車(chē)的高速平穩和安(ān)全運行。
高鐵無砟軌道在凍融循環、化學(xué)侵蝕、高頻動荷載等環境及荷載作(zuò)用(yòng)下，會産(chǎn)生裂縫、離縫、脫空、沉降等病害，影響軌道的平順性。及時的保養維護可(kě)以有(yǒu)效延長(cháng)軌道的使用(yòng)壽命。然而，日常繁忙的鐵路運輸留給工(gōng)程維修作(zuò)業的天窗時間并不長(cháng)，一些疑難雜症的處理(lǐ)就要依靠“特效藥”。
普速鐵路有(yǒu)砟軌道
高鐵無砟軌道
高鐵無砟軌道修複材料
高速鐵路建設伊始，中(zhōng)國(guó)建材集團所屬中(zhōng)岩科(kē)技(jì )的聚羧酸系高性能(néng)減水劑和CA砂漿成功進入高鐵市場，從此與高鐵結下了不解之緣。随着高鐵運營時間的延長(cháng)，各類“病害”開始顯現，但國(guó)外引進的修複材料價格讓高鐵運維成本居高不下。中(zhōng)岩科(kē)技(jì )高鐵無砟軌道修複材料的研究與應用(yòng)由此揭開序幕：
2017年3月，環氧基低粘度快固化裂縫注漿材料在呼張高鐵道床闆裂縫修複工(gōng)程中(zhōng)獲得應用(yòng)，施工(gōng)溫度低至-10 ℃。
2017年11月，混凝土損傷修補材料及智能(néng)溫控模闆成功應用(yòng)于京廣高鐵底座闆露筋損傷修複工(gōng)程。
2018年10月，離縫注漿材料在貴廣高鐵成功應用(yòng)，獲得良好的疏水效果和潮濕界面粘接性能(néng)。
2020年10月，路基擡升材料在隧道工(gōng)程中(zhōng)成功應用(yòng)，産(chǎn)品阻燃性、力學(xué)性能(néng)和穩定性獲得認可(kě)。
2021年10月，改性環氧樹脂成功應用(yòng)于大岩闆隧道滲漏水治理(lǐ)工(gōng)程，可(kě)實現止水、補強于一體(tǐ)的加固效果。
材料特性
“見效快”--快速固化：高鐵修複天窗時間短，實際作(zuò)業時間僅1-3小(xiǎo)時，修複材料快速固化并具(jù)有(yǒu)一定的強度，才可(kě)以保障列車(chē)正常通行。材料快速固化的同時，材料放熱量高，容易出現爆聚、燒心、操作(zuò)時間過短等問題，研發人員從材料組成、工(gōng)藝設備多(duō)角度入手，精(jīng)密調控材料的固化過程，在保證“療效”的前提下，實現了“質(zhì)效雙優”的效果。
“好吸收”--超低粘度：高鐵無砟軌道為(wèi)層狀結構，以橋上CRTS II型闆為(wèi)例，無砟軌道由底座闆、CA砂漿層、軌道闆組成。無砟軌道層間脫離、産(chǎn)生離縫對結構穩定性造成重大隐患。CRTSII 軌道闆寬度為(wèi)2.55米，受限于快速固化需求和低注漿壓力，材料充盈離縫的前提是良好的流動性能(néng)、超低的粘度。研究團隊通過分(fēn)子結構不對稱設計制備了低粘度環氧樹脂，避免了大量使用(yòng)稀釋劑造成的體(tǐ)積收縮等問題。
“廣譜修複”--潮濕基面粘接性能(néng)：傳統修複材料需要對基面進行烘幹處理(lǐ)，然後進行灌漿修複。裂縫、離縫基面潮濕情況普遍存在，而狹長(cháng)裂縫中(zhōng)水分(fēn)難以在短時間内完全烘幹，因此具(jù)有(yǒu)疏水性能(néng)、可(kě)以水中(zhōng)固化的修複材料需求應運而生。親水注漿材料的疏水改性經曆了複配、接枝、共聚等漫長(cháng)的探索過程，最終将疏水基團共聚于多(duō)元醇分(fēn)子主鏈結構，實現了最佳的疏水效果，大大提高了材料的環境适應能(néng)力，達到“廣譜修複”的效果。
離縫注漿材料水中(zhōng)固化效果
基于上述科(kē)技(jì )成果的應用(yòng)，2018年12月中(zhōng)岩科(kē)技(jì )獲批成立建材行業防護修複與加固材料工(gōng)程技(jì )術中(zhōng)心，2020年9月通過中(zhōng)國(guó)建材聯合會科(kē)技(jì )成果鑒定，項目成果總體(tǐ)達到國(guó)際領先水平，并榮獲2020年度建材行業技(jì )術發明二等獎。
建材行業防護修複與加固材料工(gōng)程技(jì )術中(zhōng)心
成果應用(yòng)
中(zhōng)岩科(kē)技(jì )高鐵無砟軌道修複材料與技(jì )術已成功應用(yòng)于京廣高鐵、石太鐵路、京滬高鐵、京雄城際、貴廣高鐵、贛深高鐵、廣珠城際等數十項鐵路工(gōng)程中(zhōng)。由于高鐵的示範效應，更多(duō)的科(kē)技(jì )成果逐步應用(yòng)于地鐵、隧道、機場、風電(diàn)、大壩等工(gōng)程中(zhōng)。深入開展材料研究的同時，中(zhōng)岩科(kē)技(jì )還逐步向特種工(gōng)程專業承包領域轉變，已取得特種工(gōng)程補強加固、糾偏平移與防水防腐保溫施工(gōng)資質(zhì)。
呼張線(xiàn)道床闆裂縫注漿工(gōng)程
2017年3月，中(zhōng)岩科(kē)技(jì )生産(chǎn)的低粘度環氧樹脂裂縫注漿材料成功應用(yòng)于京張鐵路道床闆裂縫注漿冬季施工(gōng)工(gōng)程。施工(gōng)期間，隧道内闆體(tǐ)溫度達-10℃，采用(yòng)的注漿材料可(kě)低溫固化，半小(xiǎo)時形成力學(xué)強度，固化體(tǐ)具(jù)有(yǒu)低溫柔性，可(kě)避免動荷載作(zuò)用(yòng)下二次開裂。
京廣高鐵底座闆混凝土損傷修複工(gōng)程
2017年9-11月，中(zhōng)岩科(kē)技(jì )開發的混凝土損傷修補材料及低溫施工(gōng)成套工(gōng)藝成功應用(yòng)于京廣高鐵CRTS II型無砟軌道底座闆整治工(gōng)程。該工(gōng)程開發了智能(néng)溫控模闆，解決了低溫氣候施工(gōng)技(jì )術難題，降低了施工(gōng)安(ān)全風險，提高了應急保障效能(néng)。
貴廣高鐵離縫注漿工(gōng)程
2018年10月，中(zhōng)岩科(kē)技(jì )離縫注漿材料在貴廣高鐵成功應用(yòng)，解決了潮濕基面封邊問題，實現了層間存水環境離縫注漿。2021年11月，離縫注漿冬季型産(chǎn)品在京滬高鐵和津秦高鐵同時獲得成功應用(yòng)。
石太線(xiàn)混凝土軌枕側向檔肩與承軌槽修複工(gōng)程
2018年10月，中(zhōng)岩科(kē)技(jì )速凝型混凝土損傷修複材料成功應用(yòng)于石太線(xiàn)，該線(xiàn)路為(wèi)重載貨運小(xiǎo)曲率半徑線(xiàn)路，混凝土軌枕側向檔肩與承軌槽損傷嚴重，該材料的成功應用(yòng)可(kě)實現天窗内修複，避免了換枕等複雜操作(zuò)，且綜合維修成本大幅降低。
京雄城際軌道闆灌漿孔整治工(gōng)程
2020年3月，混凝土損傷修補材料成功應用(yòng)于京雄城際CRTSIII型軌道闆灌漿孔病害整治項目，解決了鑽孔後潮濕基面作(zuò)業難題，确保了修複材料與基面粘結可(kě)靠性。
呼吸型防水應用(yòng)于線(xiàn)間防水層脫落整治工(gōng)程
呼吸型防水材料可(kě)滲透于混凝土基體(tǐ)，吸附于混凝土毛細孔内，而不在混凝土表面成膜，具(jù)有(yǒu)良好憎水效果和耐久性，中(zhōng)岩科(kē)技(jì )從2017至2021年已經先後完成京沈、京廣、京津城際、京滬高鐵的試點應用(yòng)，并推廣應用(yòng)于多(duō)個機場項目。