新材料故事 | 無砟軌道修復(fù)材料：高鐵延年益壽的“特效藥”
來源：中國建材總院、中巖科技 發(fā)布時間：2022-09-15
編者按
當(dāng)材料醒來的那一刻，它將成為你生活中的一段感受?？础⒙牎⒂|摸......置身其中，材料無處不在。我們的能工巧匠們，實(shí)驗、堅守、創(chuàng)新，鍥而不舍，只為成就材料背后的可能，開發(fā)材料蘊(yùn)含的寶藏。我們始終心懷“國之大者”，打造“國之大材”，服務(wù)國防建設(shè)、服務(wù)國家重大工程、服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、服務(wù)人民美好生活......
《新材料故事》，將用通俗易懂的話語，讓大家更好認(rèn)識身邊無處不在的新材料，為大家講述我們與社會發(fā)展、人類生活齊步走的故事。
高鐵被認(rèn)為是中國“新四大發(fā)明”之首，也被譽(yù)為中國制造的新名片。截至2022年6月底，全國高鐵總里程約4.2萬公里，通達(dá)95%的百萬人口以上城市，位居世界首位。高鐵運(yùn)行速度約為150-400 公里/小時，極大縮短了城市間的交通時間。除去高效快捷的直觀印象，中國高鐵“硬幣測試”更是震驚全網(wǎng)?！坝矌艤y試”所反映的超高平順性背后是一項復(fù)雜而系統(tǒng)的工程，其中重要的一環(huán)則是無砟軌道的使用。
傳統(tǒng)鐵路采用散粒碎石作為道床結(jié)構(gòu)，稱為有砟軌道。無砟軌道則采用混凝土建造整體基礎(chǔ)，可以提高基礎(chǔ)穩(wěn)定性以及避免道砟飛濺，保障列車的高速平穩(wěn)和安全運(yùn)行。
高鐵無砟軌道在凍融循環(huán)、化學(xué)侵蝕、高頻動荷載等環(huán)境及荷載作用下，會產(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(yǎng)維護(hù)可以有效延長軌道的使用壽命。然而，日常繁忙的鐵路運(yùn)輸留給工程維修作業(yè)的天窗時間并不長，一些疑難雜癥的處理就要依靠“特效藥”。
普速鐵路有砟軌道
高鐵無砟軌道
高鐵無砟軌道修復(fù)材料
高速鐵路建設(shè)伊始，中國建材集團(tuán)所屬中巖科技的聚羧酸系高性能減水劑和CA砂漿成功進(jìn)入高鐵市場，從此與高鐵結(jié)下了不解之緣。隨著高鐵運(yùn)營時間的延長，各類“病害”開始顯現(xiàn)，但國外引進(jìn)的修復(fù)材料價格讓高鐵運(yùn)維成本居高不下。中巖科技高鐵無砟軌道修復(fù)材料的研究與應(yīng)用由此揭開序幕：
2017年3月，環(huán)氧基低粘度快固化裂縫注漿材料在呼張高鐵道床板裂縫修復(fù)工程中獲得應(yīng)用，施工溫度低至-10 ℃。
2017年11月，混凝土損傷修補(bǔ)材料及智能溫控模板成功應(yīng)用于京廣高鐵底座板露筋損傷修復(fù)工程。
2018年10月，離縫注漿材料在貴廣高鐵成功應(yīng)用，獲得良好的疏水效果和潮濕界面粘接性能。
2020年10月，路基抬升材料在隧道工程中成功應(yīng)用，產(chǎn)品阻燃性、力學(xué)性能和穩(wěn)定性獲得認(rèn)可。
2021年10月，改性環(huán)氧樹脂成功應(yīng)用于大巖板隧道滲漏水治理工程，可實(shí)現(xiàn)止水、補(bǔ)強(qiáng)于一體的加固效果。
材料特性
“見效快”--快速固化：高鐵修復(fù)天窗時間短，實(shí)際作業(yè)時間僅1-3小時，修復(fù)材料快速固化并具有一定的強(qiáng)度，才可以保障列車正常通行。材料快速固化的同時，材料放熱量高，容易出現(xiàn)爆聚、燒心、操作時間過短等問題，研發(fā)人員從材料組成、工藝設(shè)備多角度入手，精密調(diào)控材料的固化過程，在保證“療效”的前提下，實(shí)現(xiàn)了“質(zhì)效雙優(yōu)”的效果。
“好吸收”--超低粘度：高鐵無砟軌道為層狀結(jié)構(gòu)，以橋上CRTS II型板為例，無砟軌道由底座板、CA砂漿層、軌道板組成。無砟軌道層間脫離、產(chǎn)生離縫對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成重大隱患。CRTSII 軌道板寬度為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、超低的粘度。研究團(tuán)隊通過分子結(jié)構(gòu)不對稱設(shè)計制備了低粘度環(huán)氧樹脂，避免了大量使用稀釋劑造成的體積收縮等問題。
“廣譜修復(fù)”--潮濕基面粘接性能：傳統(tǒng)修復(fù)材料需要對基面進(jìn)行烘干處理，然后進(jìn)行灌漿修復(fù)。裂縫、離縫基面潮濕情況普遍存在，而狹長裂縫中水分難以在短時間內(nèi)完全烘干，因此具有疏水性能、可以水中固化的修復(fù)材料需求應(yīng)運(yùn)而生。親水注漿材料的疏水改性經(jīng)歷了復(fù)配、接枝、共聚等漫長的探索過程，最終將疏水基團(tuán)共聚于多元醇分子主鏈結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了最佳的疏水效果，大大提高了材料的環(huán)境適應(yīng)能力，達(dá)到“廣譜修復(fù)”的效果。
離縫注漿材料水中固化效果
基于上述科技成果的應(yīng)用，2018年12月中巖科技獲批成立建材行業(yè)防護(hù)修復(fù)與加固材料工程技術(shù)中心，2020年9月通過中國建材聯(lián)合會科技成果鑒定，項目成果總體達(dá)到國際領(lǐng)先水平，并榮獲2020年度建材行業(yè)技術(shù)發(fā)明二等獎。
建材行業(yè)防護(hù)修復(fù)與加固材料工程技術(shù)中心
成果應(yīng)用
中巖科技高鐵無砟軌道修復(fù)材料與技術(shù)已成功應(yīng)用于京廣高鐵、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(shù)十項鐵路工程中。由于高鐵的示范效應(yīng)，更多的科技成果逐步應(yīng)用于地鐵、隧道、機(jī)場、風(fēng)電、大壩等工程中。深入開展材料研究的同時，中巖科技還逐步向特種工程專業(yè)承包領(lǐng)域轉(zhuǎn)變，已取得特種工程補(bǔ)強(qiáng)加固、糾偏平移與防水防腐保溫施工資質(zhì)。
呼張線道床板裂縫注漿工程
2017年3月，中巖科技生產(chǎn)的低粘度環(huán)氧樹脂裂縫注漿材料成功應(yīng)用于京張鐵路道床板裂縫注漿冬季施工工程。施工期間，隧道內(nèi)板體溫度達(dá)-10℃，采用的注漿材料可低溫固化，半小時形成力學(xué)強(qiáng)度，固化體具有低溫柔性，可避免動荷載作用下二次開裂。
京廣高鐵底座板混凝土損傷修復(fù)工程
2017年9-11月，中巖科技開發(fā)的混凝土損傷修補(bǔ)材料及低溫施工成套工藝成功應(yīng)用于京廣高鐵CRTS II型無砟軌道底座板整治工程。該工程開發(fā)了智能溫控模板，解決了低溫氣候施工技術(shù)難題，降低了施工安全風(fēng)險，提高了應(yīng)急保障效能。
貴廣高鐵離縫注漿工程
2018年10月，中巖科技離縫注漿材料在貴廣高鐵成功應(yīng)用，解決了潮濕基面封邊問題，實(shí)現(xiàn)了層間存水環(huán)境離縫注漿。2021年11月，離縫注漿冬季型產(chǎn)品在京滬高鐵和津秦高鐵同時獲得成功應(yīng)用。
石太線混凝土軌枕側(cè)向檔肩與承軌槽修復(fù)工程
2018年10月，中巖科技速凝型混凝土損傷修復(fù)材料成功應(yīng)用于石太線，該線路為重載貨運(yùn)小曲率半徑線路，混凝土軌枕側(cè)向檔肩與承軌槽損傷嚴(yán)重，該材料的成功應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)天窗內(nèi)修復(fù)，避免了換枕等復(fù)雜操作，且綜合維修成本大幅降低。
京雄城際軌道板灌漿孔整治工程
2020年3月，混凝土損傷修補(bǔ)材料成功應(yīng)用于京雄城際CRTSIII型軌道板灌漿孔病害整治項目，解決了鉆孔后潮濕基面作業(yè)難題，確保了修復(fù)材料與基面粘結(jié)可靠性。
呼吸型防水應(yīng)用于線間防水層脫落整治工程
呼吸型防水材料可滲透于混凝土基體，吸附于混凝土毛細(xì)孔內(nèi)，而不在混凝土表面成膜，具有良好憎水效果和耐久性，中巖科技從2017至2021年已經(jīng)先后完成京沈、京廣、京津城際、京滬高鐵的試點(diǎn)應(yīng)用，并推廣應(yīng)用于多個機(jī)場項目。