高鐵底座板專用修補材料抗凍性能研究

馮如林

（沈陽鐵路局科學技術研究所，沈陽110043）

高鐵底座板專用修補材料抗凍性能研究

馮如林

（沈陽鐵路局科學技術研究所，沈陽110043）

高速鐵路底座板易受現場施工條件的影響，加之該結構受凍融影響較大，容易發生粉化脫落問題。底座板專用混凝土修補材料，與底座板基座黏結性能良好，但產品的抗凍性能較佳。論述了適用哈大高鐵氣候特點的底座板專用混凝土修補材料試驗技術指標、實驗室試驗方法及抗凍性能試驗方法。

寒冷地區;高速鐵路;底座板;粉化;試驗

【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的無砟軌道高速鐵路，采用Ⅰ型板式無砟軌道結構。軌道板為強度較高廠制預應力板，因其密實性高，受凍融的影響較小；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；底座板受現場施工條件的影響，該結構受凍融影響較大，容易發生粉化脫落問題，嚴重時，可脫落至整個保護層深度，導致結構鋼筋裸露，裸露的鋼筋銹蝕會對底座板結構強度產生影響，因此應及時整治。

高鐵無砟軌道底座板受高速列車的沖擊振動作用強烈，還要承受一定的彎曲變形，修補后的混凝土層除自身應具備足夠的強度和抗裂性外，最關鍵的是要和底座板原有混凝土之間，在寒冷氣候條件下，具備足夠的黏結強度、抗凍性能，使修復后的底座板整體性良好，早期強度要迅速達到設計指標。論文主要論述實驗室進行專用混凝土修補材料的抗凍性能研究。

2 針對哈大線氣候特點制定試驗技術指標

2.1 技術指標

依據哈大線氣候特點、修補材料的使用環境及前期試驗探索結果，確定嚴寒地區低溫修補材料的相關產品技術指標，如表1所示。

2.2 技術指標的確定原則

1）施工環境氣溫低，施工時間短。（高鐵夜間維修天窗僅有4h，施工1h后通車，參照《混凝土結構修復用聚合物水泥砂漿》（JG/T336—2001）有關初凝、終凝時間的規定，特制定上述凝結時間）

2）要達到理想的修補效果，后期使用過程修補材料應與基體混凝土的熱脹冷縮相一致。（為此，修補材料的強度不宜與混凝土基座相差過大，考慮到混凝土基座的設計強度為C40，修補材料的28d抗壓強度以達到30～45MPa為宜，7d抗壓強度要求可參照《混凝土結構修復用聚合物水泥砂漿》（JG/T336—2001）。）

3）修補面不承重，抗折強度要求不高。（參照《混凝土結構修復用聚合物水泥砂漿》（JG/T336—2001），可將抗折強度適當放寬至7d≥4.0MPa，28d≥6.0MPa。）

表1 設計修補材料的技術指標

4）抗震性能好，早期黏結強度要求高（修補后4h通車，黏結強度過低，修補面易因震動剝離被卷起而脫落），并且黏結強度抗凍融循環能力強（拉伸黏結強度凍融循環試驗方法參照《混凝土界面處理劑》（JC/T907—2002）中5.4.6進行）。

5）抗凍性能好。東北嚴寒地區，《預拌砂漿》（GB/T25181—2010）中8.1.10規定嚴寒地區抗凍循環次數應為50次，但凍結最低溫度要求為-15～-20℃，考慮到該試驗的凍結溫度為-40℃，凍融循環次數可放寬至25次，后期可考慮延長至50次。

2.3 原材料組分

依據技術指標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，并將其粒度分布復配至級配區3區規定的標準之內（《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），依據工作性，確定每種體系的膠砂比、水灰比等基本參數。

2）通過1#、2#兩種體系的耐凍融循環能力測定，選取優化配方。

3 實驗室試驗方法

3.1 實驗室試驗條件

標準實驗條件：溫度（20℃±2℃），相對濕度45%～75%；標準養護條件：溫度（20℃±2℃），相對濕度不小于95%；凍融循環試驗條件：本試驗設置為-40℃。

3.2 試件成型

試件的成型分別按抗壓、抗折強度試件成型、拉伸黏結強度試件成型、收縮率試件的成型規定進行。

3.3 養護

7d齡期養護：試件成型后立即放入標準養護條件下養護7d，其中24h脫模。

28d齡期養護：試件標準養護條件下養護7d后放入標準試驗條件下再養護21d。

4 修復材料的抗凍性能試驗

專用砂漿抗凍性的強度損失率與質量損失率試驗方法參照《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》（JGJ/T70—2009）進行試驗。

1）試件應在28d齡期時進行凍融試驗。試驗前2d，應將凍融試件和對比試件從養護室取出，進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，然后對凍融試件進行編號，稱其質量，然后置入冰箱進行凍融試驗，對比試件則放入標準養護箱繼續養護，直到完成凍融循環后與凍融試件同時試壓[1]。

當冰箱內溫度低于-35℃時試件方可放入，溫度高于-35℃時，應以溫度重新降至-35℃時計算試件的凍結時間，從裝完試件至溫度重新降至-35℃的時間不應超過2h。

2）每次凍結時間應為4h，凍結完成后應立即取出試件，并應立即放入能使水溫保持在15～20℃的水槽中進行融化，水槽水面應至少高于試件表面20mm，試件在水中融化的時間定為5h，融化完畢即為1次凍融循環，取出試件，送入冰箱進行下一次循環試驗，以此連續進行直至設計規定的次數或試件破壞為止。

3）每5次循環，進行1次外觀檢測，并記錄試件的破壞情況。當該組試件中有2個出現明顯分層、裂開、貫通縫等破壞時，試件的抗凍性能試驗應終止。

4）砂漿強度損失率按式（1）計算：

式中，△fm為n次凍融循環后砂漿試件的強度損失率，%；fm1為對比試件的抗壓強度平均值，MPa；fm2為經n次凍融循環后的3塊試件抗壓強度的算術平均值，MPa。

5）砂漿試件凍融后的質量損失率應按式（2）計算：

式中，△mm為n次凍融循環后砂漿試件的質量損失率，%，以3塊試件的算術平均值計算；m0為凍融循環實驗前的試件質量，g；mn為經n次凍融循環后試件質量，g。

6）1#與2#修補材料的凍融試驗結果如表2所示。

5 1 #、2 #修復材料性能對比

1）由表2可以看出，隨循環次數的增加，1#、2#修復材料的力學強度逐漸降低。水通過滲透進入基體后，在低溫環境下進行凝固結冰，也會產生一定的結冰膨脹，出現結冰壓力，造成基體結構的進一步破壞，最終表現為試塊的力學強度有所降低。但同時發現，經過10個凍融循環時，試塊的抗壓強度分別降低了3.61%和1.49%，而經過40個循環后，強度保持率仍可達到83.37%和87.57%，這說明修復材料具有良好的密實性，能夠較好地阻礙外界低溫環境的凍融[2]。

2）在凍融循環次數相同時，2#修補材料的性能普遍好于1#修補材料。如表3所示。應用2#修補材料對底座板粉化區域進行修補將取得顯著效果。

表2 1#、2#修補材料凍融循環試驗結果

表3 實驗室產品內檢性能

【1】葉建雄，陳越，張靖，等.水泥基材料超低溫凍融循環試驗研究[J].土木建筑與環境工程，2010(5):200.

【2】趙軍，高丹盈，李光輝.聚丙烯纖維細石混凝土加固凍害混凝土的研究[J].建筑材料學報，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，從事鐵路科學技術研究。