无砟轨道新老混凝土界面性能影响因素综述*

黄诚，杨洋，陈国政，孙悦，丁邦威，朱丽伟

（南京工程学院建筑工程学院 江苏 南京 211167）

0 引言

随着中国国内经济水平以及科技水平的不断提高，铁路可行驶速度也在不断突破，具有优越性能的无砟轨道被大范围采用。无砟轨道虽适应性强、不易出现病害，但随着无砟轨道 (Ballastless track)是指采用混凝土、沥青混合料等整体基础取代散粒碎石道床的轨道结构，又称作无碴轨道，是当今世界先进的轨道技术。长时间的运营，难以避免各种各样的病害。作为双块无砟轨道的重要组成部分，道床板和支承层的工作状态对轨道系统的运行有着重要的影响。因此，研究由道床板和支撑层组成的复合板的界面性能具有重要的意义[1]。

1 发展现状及分类

20世纪60年代，中国便开始对无砟轨道进行研究。虽然在20世纪70~80年代发展逐步减缓，但是随着三次世界高铁热潮的掀起，无砟轨道高速铁路网络体系也逐步建立。

双块式无砟轨道系统经过多年发展基本成型。因其有着不同的下部基础，可分为路基、桥梁和隧道3种。路基上双块式无砟轨道下部基础为支承层；桥上双块式无砟轨道下部布设底座板；而隧道内双块式无砟轨道下部基础未布设任何结构[2]。

2 无砟轨道病害

2.1 道床板上拱

道床板的上拱现象主要出现的3个地段分别为路桥过渡段、路隧过渡段和施工后浇带地段。施工时无砟轨道道床板表面温度较低，由于水泥水化作用导致道床板内部温度上升，与外部形成温度差。从而导致道床板内产生的纵向温度应力急速增大，促使传递到道床板边缘的纵向温度应力过大，导致分层出现在强度不足的道床板和支承层粘结面处，表现的形式是道床板与下部支承层分离，道床板向上形成路拱。此外，由于浇筑时间的不一致，导致道床板两侧温度梯度不均衡，其引起的道床板两侧翘曲变形不一致。其中促使道床板出现上拱还有翘曲变形差值的改变[3~4]。

2.2 道床板开裂

在实际工程施工中，道床板的温度变化大，而产生的温度应力将会引起道床板开裂。构成道床板的混凝土内水分散失导致的收缩也会促使道床板开裂；新老混凝土的结合面易受环境因素的影响，道床板开裂的风险进一步提高[5]。

2.3 支承层离缝渗浆

道床板的施工温度较低，与运行时温度有很大差别，由于温度的升高导致道床板结构出现裂缝；在道床板施工阶段，支承层表面处理不当会留有杂物，从而容易造成裂缝；施工时，支承层的顶面要作为无砟轨道的运输通道，此间的磨损使得支承层的表面粗糙度降低，从而导致粘结力降低；道床板与支承层之间的填充物经过磨损、老化、材料缺失。以上4种情况都是导致支承层出现离缝渗浆的原因[5]。

3 道床板与支承层界面性能影响因素及防护措施

伴随着高速铁路的飞快发展，无砟轨道的结构形式也在不断地完善。无砟轨道虽然耐久性好，但一旦出现病害，其力学性能会受到极大的影响。作为双块式无砟轨道的重要组成部分，道床板与支承层的界面性能严重影响着双块式无砟轨道的整体力学性能。道床板与支承层形成的复合板病害研究实质上是新老混凝土界面粘结性能能否满足运营条件的研究[6]。

3.1 新老混凝土的强度

3.1.1 界面接缝方式

修补之后的新老混凝土界面的粘结效果主要取决于砂浆或混凝土浇筑的方向。实际施工中会对混凝土构件的顶面底面侧面进行不同程度的修补，接缝方式的不同会导致各界面新老混凝土的粘结强度产生差异，随之影响到混凝土强度。

3.1.2 老混凝土预先润湿情况

工程中对老混凝土表面湿润，但研究表明，粘结面水膜的存在会影响新老混凝土的粘结性能。老混凝土水胶比较高，新混凝土水胶比低修补新混凝土时会产生“汲水”现象，增加界面处新混凝土的水胶比导致粘结强度降低。

3.2 植筋情况

在剪切开裂后，试件仍具有较强的承载力和良好的延性，即使在植筋加固的新老混凝土粘结界面存在裂缝，试件仍能继续工作。相比较而言，采用植筋加固的新老混凝土粘结不仅可以改变新老混凝土粘结的延性破坏，使其产生裂缝后界面仍具有较好的抗剪性能，故结构可带裂缝工作，可适当的提高新老混凝土粘结面的抗剪性能[7]。

3.3 界面的粗糙度

修护混凝土的方法主要分成3个步骤，分别为：（1）老混凝土表层清理；

（2）老混凝土表层浇筑粘结面；

（3）在表层浇注新混凝土并且按时养护。故混凝土修护需要对老混凝土表层进行清理，表层处理的方法是将老混凝土经过风化腐蚀后的结合层表面上残留的杂质清除。如将部分骨料裸露在混凝土表层，可一定程度的提高粘结面的粗糙度。由于粘结面粗糙，老混凝土更容易浸透。为增加粘结强度，可除去混凝土表面的异物然后对结合面进行合理的粗糙处理，或者也可适量增大混凝土表面积。

4 复合板界面性能的防护措施

4.1 提高新老混凝土界面粘结强度

4.1.1 施工工艺

界面接缝方式的优良选择可以大大提高新老混凝土的粘结强度，在几种不同的修补方式中，顶面粘结为最优选择。自重作用下，新混凝土产生向下压力，与老混凝土紧密结合，界面裂缝水化作用后与老混凝土形成良好咬合。除此以外，界面剂的厚度也需一个合适值。界面剂的最优涂抹厚度在0.5~1.5mm之间，一般不超过3mm。

4.1.2 界面粘结材料

当胶凝材料通过化学变形形成胶结力时，新老混凝土之间的胶结力很弱，导致界面粘结强度低于新老混凝土本身的粘结强度。在新老混凝土结构加固工程中，可以选择合适的界面剂来提高新老混凝土界面的胶结力。界面剂也要根据不同的情况选择不同材料，常见的界面剂有膨胀剂、水泥净浆和粉煤灰。当混凝土被外界化学因素侵蚀影响而破坏时，我们须改用其他种类的砂浆或界面剂并且增加保护层的厚度，从而形成新的保护层。

4.2 优化植筋方式

采用植筋法加固粘结新老混凝土界面时，要合理配置植筋率；合理选取植筋的种类、孔径。锚固植筋时，注意选择合适的锚固长度。不仅要关注植筋本身对新老混凝土界面的加固，且需关注植筋表面与混凝土的粘接性能，可选用带肋钢筋，进而增加强度与刚度。此外，使用合适的锚固剂，采用箍筋加固也有优化植筋对新老混凝土界面的加固作用。植筋技术施工时间短，操作简单，作业空间小，合理的植筋方式将有着更广泛的利用空间[8]。

4.3 提高粘结面摩阻力

提高粘结面摩阻力可通过提升界面粗糙度实现。实践表明，诸多处理方法中，人工凿毛法处理后的界面粗糙度不如高压水射法。但考虑到简单实用、造价低、适合大范围使用等诸多优点，工程实际中往往选用人工凿毛法。在界面涂抹合适厚度且种类合适的膨胀剂，会在混凝土中产生膨胀力加大界面的摩擦力。此外，界面植筋防锈除锈也可增加界面摩阻力，提高界面粘结强度。

5 结语

道床板与支承层是否出现病害及出现病害的程度取决于其表面粘结性能，其实质是新老混凝土的界面粘结强度是否满足轨道系统的运营要求。随着高速铁路的发展，关于新老混凝土界面性能研究与应用也日益普遍，但有关问题还有待深入研究并改善。