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新材料故事 | 無砟軌道修復材料:高鐵延年益壽的“特效藥”

來源:中國建材總院、中巖科技  發布時間:2022-09-15

編者按

當材料醒來的那一刻,它將成為你生活中的一段感受???、聽、觸摸......置身其中,材料無處不在。我們的能工巧匠們,實驗、堅守、創新,鍥而不舍,只為成就材料背后的可能,開發材料蘊含的寶藏。我們始終心懷“國之大者”,打造“國之大材”,服務國防建設、服務國家重大工程、服務國民經濟主戰場、服務人民美好生活......

《新材料故事》,將用通俗易懂的話語,讓大家更好認識身邊無處不在的新材料,為大家講述我們與社會發展、人類生活齊步走的故事。

高鐵被認為是中國“新四大發明”之首,也被譽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95%的百萬人口以上城市,位居世界首位。高鐵運行速度約為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?!坝矌艤y試”所反映的超高平順性背后是一項復雜而系統的工程,其中重要的一環則是無砟軌道的使用。

傳統鐵路采用散粒碎石作為道床結構,稱為有砟軌道。無砟軌道則采用混凝土建造整體基礎,可以提高基礎穩定性以及避免道砟飛濺,保障列車的高速平穩和安全運行。

高鐵無砟軌道在凍融循環、化學侵蝕、高頻動荷載等環境及荷載作用下,會產生裂縫、離縫、脫空、沉降等病害,影響軌道的平順性。及時的保養維護可以有效延長軌道的使用壽命。然而,日常繁忙的鐵路運輸留給工程維修作業的天窗時間并不長,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

高鐵無砟軌道修復材料

高速鐵路建設伊始,中國建材集團所屬中巖科技的聚羧酸系高性能減水劑和CA砂漿成功進入高鐵市場,從此與高鐵結下了不解之緣。隨著高鐵運營時間的延長,各類“病害”開始顯現,但國外引進的修復材料價格讓高鐵運維成本居高不下。中巖科技高鐵無砟軌道修復材料的研究與應用由此揭開序幕:

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板裂縫修復工程中獲得應用,施工溫度低至-10 ℃。

2017年11月,混凝土損傷修補材料及智能溫控模板成功應用于京廣高鐵底座板露筋損傷修復工程。

2018年10月,離縫注漿材料在貴廣高鐵成功應用,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用,產品阻燃性、力學性能和穩定性獲得認可。

2021年10月,改性環氧樹脂成功應用于大巖板隧道滲漏水治理工程,可實現止水、補強于一體的加固效果。

材料特性

“見效快”--快速固化:高鐵修復天窗時間短,實際作業時間僅1-3小時,修復材料快速固化并具有一定的強度,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,容易出現爆聚、燒心、操作時間過短等問題,研發人員從材料組成、工藝設備多角度入手,精密調控材料的固化過程,在保證“療效”的前提下,實現了“質效雙優”的效果。

“好吸收”--超低粘度:高鐵無砟軌道為層狀結構,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、產生離縫對結構穩定性造成重大隱患。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。研究團隊通過分子結構不對稱設計制備了低粘度環氧樹脂,避免了大量使用稀釋劑造成的體積收縮等問題。

“廣譜修復”--潮濕基面粘接性能:傳統修復材料需要對基面進行烘干處理,然后進行灌漿修復。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完全烘干,因此具有疏水性能、可以水中固化的修復材料需求應運而生。親水注漿材料的疏水改性經歷了復配、接枝、共聚等漫長的探索過程,最終將疏水基團共聚于多元醇分子主鏈結構,實現了最佳的疏水效果,大大提高了材料的環境適應能力,達到“廣譜修復”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用,2018年12月中巖科技獲批成立建材行業防護修復與加固材料工程技術中心,2020年9月通過中國建材聯合會科技成果鑒定,項目成果總體達到國際領先水平,并榮獲2020年度建材行業技術發明二等獎。

建材行業防護修復與加固材料工程技術中心

成果應用

中巖科技高鐵無砟軌道修復材料與技術已成功應用于京廣高鐵、石太鐵路、京滬高鐵、京雄城際、貴廣高鐵、贛深高鐵、廣珠城際等數十項鐵路工程中。由于高鐵的示范效應,更多的科技成果逐步應用于地鐵、隧道、機場、風電、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承包領域轉變,已取得特種工程補強加固、糾偏平移與防水防腐保溫施工資質。

呼張線道床板裂縫注漿工程

2017年3月,中巖科技生產的低粘度環氧樹脂裂縫注漿材料成功應用于京張鐵路道床板裂縫注漿冬季施工工程。施工期間,隧道內板體溫度達-10℃,采用的注漿材料可低溫固化,半小時形成力學強度,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工程

2017年9-11月,中巖科技開發的混凝土損傷修補材料及低溫施工成套工藝成功應用于京廣高鐵CRTS II型無砟軌道底座板整治工程。該工程開發了智能溫控模板,解決了低溫氣候施工技術難題,降低了施工安全風險,提高了應急保障效能。

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用,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,離縫注漿冬季型產品在京滬高鐵和津秦高鐵同時獲得成功應用。

石太線混凝土軌枕側向檔肩與承軌槽修復工程

2018年10月,中巖科技速凝型混凝土損傷修復材料成功應用于石太線,該線路為重載貨運小曲率半徑線路,混凝土軌枕側向檔肩與承軌槽損傷嚴重,該材料的成功應用可實現天窗內修復,避免了換枕等復雜操作,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,混凝土損傷修補材料成功應用于京雄城際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難題,確保了修復材料與基面粘結可靠性。

呼吸型防水應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,吸附于混凝土毛細孔內,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年已經先后完成京沈、京廣、京津城際、京滬高鐵的試點應用,并推廣應用于多個機場項目。

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