crtsⅱ板式无砟轨道填充层修补砂浆性能研究.pdf

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填充板式 CRTS CRTSⅡ 无砟轨道 砂浆层 板式无砟轨道 性能研究 Ⅱ板式无砟轨道填充层 板式无砟轨道砂浆充填层 砂浆充填层 板式轨道
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《科技传播》2013•2 (下) 123 应用技术 Applied Technology CRTSⅡ板式无砟轨道填 充层修补砂浆性能研究 朱成桂 1 ,陈钱宝 2 ,章国辉 1 ,王宇峰 1 1. 中铁四局集团有限公司试验检测中心 ,安徽合肥 230041 2. 安徽中铁工程材料科技有限公司 ,安徽合肥 230041 摘 要 以双酚 A、聚硫醇 3300 和缩胺 -105 为主要原料,经交联固化得到了改性交联双酚 A 胶黏剂(ZTX),并 在此基础上,辅以重质碳酸钙与细砂作为混合无机填料,制备了改性交联双酚 A 聚合物砂浆(ZTXS)。并对胶黏剂 分子结构和砂浆的凝胶时间、拉伸强度、抗压强度、弹性模量、断裂伸长率、收缩率和粘结强度进行了分析研究。 结果表明,胶黏剂双组份的固化反应较完全,ZTXS砂浆能够满足CRTSⅡ板式无砟轨道填充层缺损掉块伤损对修补 材料的要求。 关 键 词 双酚A;交联固化;聚合物砂浆;凝胶时间;粘结强度 中图分类号 U414 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2013)85-0123-02 我国高速铁路及客运专线 ,广泛采用板式无砟轨道。根据 国外高铁经验和国内调研情况 ,随着雨雪冻融和音动车组不断 高速通过对轨道板和砂浆层的冲击 ,轨道板与砂浆层会出现不 同程度的缺损 [1-3]。CRTS Ⅱ板式无砟轨道填充层缺损掉块作 为板式轨道充填层损伤的主要形式 ,与离裂缝伤损不同的是这 种模式缺损在于它的面积较大 ,维修材料除了与 CA 砂浆提供 相同的轨道弹性外 ,还必须具有较高粘度、强大的粘接及渗透 能力和良好的施工可操作性。 本文主要以双酚 A、聚硫醇 3300[4] 和缩胺 -105[5] 为主 要原料 ,经交联固化得到了改性交联双酚 A 补强胶黏剂 [6-7]。 该胶黏剂选用复合固化体系 ,有效控制了体系结构 ,其固化砂 浆能够满足《高速铁路无砟轨道养护维修管理办法》CRTS Ⅱ 充填层缺损掉块伤损形式对材料的性能要求。材料经放大性工 艺修补验证试验 ,修补效果显着 ,应用前景广阔。 1 实验 1.1 砂浆缺损修补专用改性交联双酚 A 聚合物砂浆的制备 1.1.1 原材料选型 缺损掉块专用改性交联双酚 A 聚合物砂浆主要原材料如 下 :1)扬农双酚 A(1828)(国都化工有限公司);2)缩胺 -105 (苏州光福合成材料厂);3)2,2’- 二巯基乙硫醚(四川永业 化工有限公司);4)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(上海舒飞士特 种化工有限公司);5)三乙胺(浙江建业化工股份有限公司) 1.1.2 合成步骤控制 合成步骤包括 :扬农双酚 A( 牌号 1828)(a)主剂、聚硫醇 - 缩胺类复合改性固化剂和聚硫醇 - 缩胺类复合改性固化剂固化 双酚 A 环氧树脂三个步骤 ,以最佳生产配比为例 :1)双酚 A 砂浆主剂的制备 ;2)聚硫醇 - 缩胺类复合改性固化剂的合成 ; 3)聚硫醇 - 缩胺类复合改性固化剂固化双酚 F 环氧树脂。 1.2 样品性能测试及条件 1)凝胶时间测定仪 ,CHMC51-22A/50- 凝胶时间测定仪 ; 2)抗压强度 :WDW-100 微机控制电子万能试验机 ;3)收缩 率测定 ;4)粘结性能测试 :XD-119A 拉力试验机 ;5)弹性 模量测试 ;6)红外分析 :MAGNA-IR750 傅立叶红外光谱仪。 2 结果讨论 2.1 砂浆性能 2.1.1 聚合物砂浆(ZTXS)主要性能检测 从大量试验数据得出 ,当 a:b:c:s =100:50:15:138.6 时 ,其 性能基本都能满足《高速铁路无砟轨道养护维修管理办法》缺 损掉块伤损对材料的性能要求 ,检测结果如下表 1 : 序 号 检测项目 单位 指标要求 自主研发 ZTXS (a:b:c:s=100:50:15:138.6) 1 可使用时间(树脂) min ≥ 10 30 2 凝胶时间(树脂) min ≤ 60 30 3 抗压强度 MPa ≥ 2(2h) ≥ 15(24h) 32 (2h) 82 (24h) 4 弹性模量(28d) MPa 7000~10000 8170 5 收 缩 率(28d) % ≤ 1 0.8 6 粘结强度(28d) MPa ≥ 2 15.6 表 1 改性环氧树脂砂浆(ZTXS)的性能检测结果 2.1.2 材料耐久性 改性环氧树脂砂浆(ZTXS)的热膨胀系数结果如下表 2。 实验以体积膨胀系数 α 为准 : 序号 温度区间 1 温度区间 2 温度区间 3 V 20 V 60 △ V α 1 V 20 V 80 △ V α 2 V60 V80 △ V α 3 1 3d 91.5 91.7 0.2 0.00005 113.5 113.7 0.2 0.000029 91.7 91.6 -0.1-0.000055 2 7d 91.5 91.8 0.3 0.00008 113.5 113.8 0.3 0.000044 91.8 91.8 0 0 0.00027 0.000059 0.00066 表 2 改性环氧树脂砂浆(ZTXS)的体膨胀系数测定 与改性交联双酚 A 胶粘修补剂相比 ,ZTXS 的体膨胀系数 更小 ,尤其对温度区间较小的测定试验中 ,体积基本无变化 , 甚至出现负增长 ,这是由这是由于体系固化交联网络中的小分 子挥发所致。 2.1.3 改性交联双酚 A 胶黏剂(ZTX)结构分析 图 1 中 A、B、C 分别是双酚 A、复合固化剂、改性交联 双酚 A 胶黏剂 ZTX-2 的红外曲线。 A 中 3503cm -1 是双酚 A 中形成的缔合氢键 ,3056cm -1 是 双酚 A 苯环上不饱和氢的伸缩振动 ,1415、1363cm -1 是 CH3 的非对称与对称伸缩振动峰 ,907cm -1 是环氧基特征吸收峰 ; b 中 2558cm -1 是 -SH 的特征弱吸收峰 ,1582 cm -1 是 -N-H 的 变形振动 ;随着反应的进行 ,图上出现了环氧基的特征吸收 2月下_v2.indd 123 2013/3/1 16:46:22 2013•2(下)《科技传播》 124 应用技术 Applied Technology 峰逐渐消失和固化过程中 -N-O- 键的形成峰 ,表现在图 c 上 924cm -1 的吸收峰较弱和 1586cm -1 吸收增强。表明 A 与 B 确定 发生固化反应 ,整个反应完全。 图 1 红外谱图 2.2 室内模拟修补工艺实验 (a1) (b1) 图 2 CRTS- Ⅱ缺损掉块修补模拟模拟灌注实验(a1)干基 面 , (b1)湿基面 (a2) (b2) 图 3 CRTS- Ⅱ缺损掉块干基面不同部位缺损试块抗折实 验(a2)1/3 ,(b2)1/2 (a3) (b3) 图 4 CRTS- Ⅱ缺损掉块湿基面不同部位缺损试块抗折实 验(a)1/3, (b)1/2 缺损掉块室内模拟试验 ,将Ⅱ型板 CA 砂浆从分别从中间、 1/3 位置两种不同位置进行缺损模拟 ,然后将配置的 ZTXS 修 补砂浆灌入缺损部位 ,放入抗折压力机上进行室内抗折实验 , 观察断面的结构和断裂的位置 ,初步判断修补的效果。 由图 2~ 图 4 可知 ,缺损掉块修补抗折实验表明在施工抗 折载荷时 ,试块断裂面不在修补界面上 ,且出现了不规则的断 裂毛面 ,说明材料的修补效果明显。 2.3 放大性工艺试验研究 CRTS Ⅱ缺损掉块修补主要工艺包括缺陷制造工艺、搅拌 灌胶工艺和揭板验证工艺。 1)缺陷制造 :利用钢尺来验证缺损部位的大小 ,制造的 缺损部位大小选定为 30cm×15cm×4cm ;2)灌注工艺 :将不 同组分称量好放入搅拌桶内 ,通过手持搅拌器搅拌 ,然后灌入 伤损部位 ,直到固化胶灌满为止 ;3)揭板验证工艺 :通过对 灌注完成固化的修补部位进行揭板试验 ,结果表明高粘度环氧 树脂 ZTX-2 处理的修补部位饱满度好 ,砂浆层与修补材料无 明显的断面。待整体破碎后断裂面不在界面处 ,而在固化胶内 部发生了脆性断裂。 3 结论 本文主要以双酚 A、聚硫醇 3300 和缩胺 -105 为主要原 料 ,利用复合固化体系 ,通过在体系中加入砂子和重质碳酸钙 作骨架 ,经固化反应得到改性交联双酚 A 补强胶黏剂 ZTXS。 该胶黏剂能够满足《高速铁路无砟轨道养护维修管理办法》 CRTS Ⅱ充填层缺损掉块伤损形式对材料的性能要求。材料经 放大性工艺修补验证试验 ,修补效果显着 ,应用前景广阔。 参考文献 [1]吴绍利,吴智强,王鑫,等.板式无砟轨道轨道板与 砂浆层离缝快速维修技术研究[J].铁道建设,2002,3:115- 116. [2]胡新明,李良余.无砟轨道水泥沥青砂浆破损修复技术 [J].技术交流,2010,4:43-45. [3]张绮.客运专线无砟轨道与桥梁保护层裂缝修补技术 [J].山西建筑,2009,35(18):125-126. [4]胡张燕,吴通宇,李朝龙,等.多支化聚硫醇与环氧树 脂的固化反应[J],2009,38(2):48-50. [5]徐靖,周正发,任凤梅,等.导热环氧灌封胶的研制 [J].粘结,2009,3(233):60-62. [6]马金鑫,胡张燕,王跃川.环氧树脂/多元硫醇体系的 低温快速固化[J].热固性树脂,2011,26(1):35-37. [7]马万翔,王薇薇,何其慧,胡柏星,等.E-51 环氧树 脂改性双酚A 型氰酸酯树脂的研究[J],2011,26(1):6-8. 锁定长钢轨 ,完成换铺施工。 3 结论 更换 Vanguard(先锋)扣件施工工艺已在上海地铁 8 号线、 9 号线及 10 号线大面积推广应用。通过长期的施工实践证明 , 该工法技术上可行 ,经济上合理 ,施工上便捷。 参考文献 [1]中华人民共和国建设部.GB 50157-2003 地下铁道设计 规范. [2]中华人民共和国建设部.GB 50299-1999 地下铁道工程 施工及验收规范. [3]中华人民共和国铁道部.TB/T2924-1998 钢轨验收检 查. [4]萧允徽,张来仪.结构力学[M].高等教育出版社, 2010. (上接第135页) 2月下_v2.indd 124 2013/3/1 16:46:22
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