改性聚氨酯防護涂層在整治嚴寒地區高速鐵路防水保護層粉化中的應用

楊春枝(哈大鐵路客運專線有限責任公司,遼寧 沈陽 110002)

改性聚氨酯防護涂層在整治嚴寒地區高速鐵路防水保護層粉化中的應用

楊春枝(哈大鐵路客運專線有限責任公司,遼寧 沈陽 110002)

本文對哈大客專開通運營以來出現的防水保護層混凝土粉化掉塊，影響高速鐵路行車安全的病害進行分析。通過試驗研究，確定采用改性聚氨酯防護涂層對粉化處所進行整治。2013年至2014年間共整治施工了7處1698．1米，經過2年的凍融周期觀察，效果較好，阻止了防水保護層混凝土粉化的進一步發展，為今后整治同類病害提供借鑒。

整治；高速鐵路；防水保護層；粉化

1 概 況

哈大鐵路客運專線是國家重點建設項目，是國務院批準的《中長期鐵路網規劃》“四縱四橫”客運專線網的重要組成部分,是國內外首次在嚴寒地區修建運營的高速鐵路，正線線路903.939km，設計速度目標值為350km/h。于2007年8月開工建設，2012年12月1日開通運營，運營速度300km/h。自開通運營后，陸續發生了防水保護層混凝土粉化掉塊現象。脫落的保護層混凝土對鐵路運營乃至行車安全帶來了潛在危害。因此，急需對防水保護層混凝土粉化采取整治防護措施。

2 粉化原因分析

經調查測試，哈大客專防水保護層粉化深度一般在0.3厘米～2.0厘米左右，部分已露鋼筋。見圖1。

圖1 防水保護層混凝土粉化

由于哈大客專地處東北嚴寒地區的特殊地理位置，晝夜溫差大，歷史最低溫度-39.9℃、最高溫度39.8℃。冬季降雪多，由于水份的侵入，在反復凍融作用下，極易導致防水保護層混凝土產生粉化掉塊病害。

隨著時間的增加，防水保護層混凝土逐層進行凍融粉化，直至達到露筋掉塊。同時，防水保護層混凝土級別低，加之現場施工的部分缺陷，產生孔隙存水，進而又進一步加劇了凍融的發展，使之粉化掉塊進一步加大，從而對高鐵行車安全構成較大隱患。

3 整治方案

針對哈大客專防水保護層混凝土產生粉化、掉塊現象，經哈大客專公司、沈陽局、哈爾濱局共同研究試驗，確定了采用防護涂層的方式對粉化的防水保護層混凝土進行整治。

經過對多種材料的篩選，并經專家討論和論證確定采用雙組份改性聚氨酯涂層，通過噴涂工藝進行混凝土修復。

3.1 防護層結構形式

根據哈大客專的現場工況，結合改性聚氨酯防水材料的性能特點和工藝要求，主要有以下幾種結構形式：

1）第一種防護形式：混凝土+改性聚氨酯混凝土封口劑+改性聚氨酯彈性體+改性聚氨酯防護膜。主要防護區域有：防撞墻與保護層混凝土轉角各50mm寬，共2條；底座板與保護層混凝土轉角各50mm寬，共4條；保護層混凝土施工縫50mm寬，每10m一條；底座板伸縮縫之凸型擋臺與軌道板各30mm寬，每10m兩處，見圖2。

圖2 混凝土+封口劑+改性聚氨酯彈性體+防護膜

2）第二種防護形式：混凝土+改性聚氨酯混凝土封口劑+改性聚氨酯防護膜。主要防護區域有：從防撞墻20cm高經保護層混凝土至軌道板下緣之底座板共2條；底座板間之保護層混凝土共1條，見圖3。

圖3 混凝土+改性聚氨酯混凝土封口劑+改性聚氨酯防護膜

3）第三種防護形式：閉孔發泡填縫材料+改性聚氨酯混凝土封口劑+改性聚氨酯彈性體+改性聚氨酯防護膜。主要防護區域有：底座板伸縮縫與軌道板板縫重疊處，每10m兩處，見圖4。

圖4 閉孔發泡填縫材料+封口劑+改性聚氨酯彈性體+防護膜

3.2 防護層材料性能

改性聚氨酯是一種雙組份脂肪聚族氨酯類材料，其具有抗紫外線、抗低溫及耐老化等性能，改性聚氨酯防護材料噴涂系統是具有高機械強度的雙組份無溶劑液態體系，為百分之百固含量，不含可塑劑或有機溶劑。噴涂后形成連續無縫的彈性防護膜，具有柔韌性和彈性，可噴涂于各種不規則的結構表面，不會形成應力點，具有良好的填補裂縫功能。

改性聚氨酯防水體系由改性聚氨酯混凝土封口劑、改性聚氨酯彈性體、改性聚氨酯防護膜構成。改性聚氨酯混凝土封口劑的主要性能見表1。

表1 改性聚氨酯混凝土封口劑性能表

改性聚氨酯彈性體為液體材料現場噴涂成型，主要性能見表2。

表2 改性聚氨酯彈性體主要性能表

改性聚氨酯防護膜具有優異的抗紫外線老化性能，主要性能見表3。

表3 改性聚氨酯防護膜主要性能表

3.3 防護層施工工藝

3.3.1 基面處理

基面處理時，先使用研磨機、角磨機將混凝土粉化表面打磨平整，再使用空壓機將混凝土表面清理干凈。底座板棱角部位使用角磨機打磨平緩成弧形，弧形半徑為3mm。清理后的混凝土基面拉拔強度不小于1N/mm2(檢測標準ASTMC1583)，達不到要求的應進行重新修復。

3.3.2 改性聚氨酯混凝土封口劑施工

根據材料性能及工藝要求，改性聚氨酯封口劑施工前需滿足以下條件：一是環境溫度3℃以上且基面處理完成；二是混凝土表面的含水量≤6%；三是表面溫度應≥結露點+3℃。改性聚氨酯混凝土封口劑施工采取涂刷的方式（在施工第三防護系統時，先采用木制工具安裝封閉孔發泡材料，再進行改性聚氨酯封口劑施工），待表面干燥后24h內必須完成噴涂改性聚氨酯彈性體施工。

3.3.3 改性聚氨酯彈性體噴涂施工根據材料性能及工藝要求，噴涂改性聚氨酯彈性體施工需滿足以下施工條件：一是施工完成的混凝土封口劑充分硬化；二是施工環境為3℃以上；三是混凝土表面溫度≥結露點+3℃。施工時采用噴涂的施工方式，見圖5。噴涂設備使用具有全程流量監控及自動調正材料混合比例的專用噴涂設備。噴涂厚度滿足平面及立面改性聚氨酯彈性體噴涂厚度≥2mm，在陰角改性聚氨酯噴涂厚度≥3mm。

圖5 改性聚氨酯彈性體噴涂施工

圖6 防護膜施工

3.3.4 改性聚氨酯防護膜施工

根據材料性能及工藝要求，改性聚氨酯防護膜施工前應滿足以下要求：一是施工完成的混凝土封口劑、彈性體充分硬化；二是施工環境為3℃以上；三是混凝土表面溫度≥結露點+3℃。施工采取涂刷的方式，見圖6。

4 實際工程整治情況介紹

2013年-2014年間采用改性聚氨酯防護材料整治防水保護層嚴重粉化共計7處1698.1米。哈大客專防水保護層混凝土粉化采用改性聚氨酯防護涂層整治后,經過1-2年的凍融循環，整治效果良好。施工后的現場照片見圖9。

圖9 采用改性聚氨酯防護涂層整治后照片

5 結 語

采用改性聚氨酯防護涂層整治嚴寒地區高速鐵路防水保護層粉化的措施，按照上述工藝施工，可有效解決混凝土粉化的病害。但因哈大客專已開通運營，施工受行車限制較大，每日施工天窗時間不足4小時，加之均為夜間施工，費用略高。因此，仍需進一步探討簡化施工工藝、高效施工機具及高性能的施工材料，以降低施工成本。

Application of Modified polyurethane protective coating in the renovation of waterproof layer of powder of high speed railway in cold area

The article analyzes the block of the waterproof protective layer of the concrete and the diseases which affects the highway driving safety．Through the experimental study,it was determined that the modified polyurethane protective coating was used for the treatment of the concrete．Between 2013 and 2014,it renovated total 1698．17 meters in 7 places in total．There is a better effect after 2 years’freezing and thawing cycle，thus it will prevent the further development of the waterproof protection layer of the concrete,which provides reference for the future treatment of similar diseases．

high speed railway；waterproof protective layer；powder；renovation

U449．7

B

1003-8965(2017)01-0070-02