CN105255159B - 一种用于固化道床沉降修复的高粘结减振型聚氨酯修补材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高速铁路或重载铁路聚氨酯固化道床沉降修复的高粘结减振型聚氨酯修补材料。该材料由A组分与B组分材料经机械混合搅拌而成，A组分与B组分的质量比为1:0.9~1:1.5；A组分为HDI三聚体和多亚甲基多苯基异氰酸酯组成的混合物，二者的质量比为3:7~6:4，—NCO含量为27%~29%；B组分为多元醇、催化剂、脱泡剂、除水剂、防老剂、阻燃剂和橡胶颗粒组成，其特征在于多元醇为6官能度甘露醇聚氧化丙烯多元醇和3官能度、分子量为12000的高分子量聚醚多元醇混合物。依据本发明制备的聚氨酯修补材料，体积膨胀率为1%~3%，1h抗压强度≥12MPa，粘结强度≥6MPa，阻尼因子为0.25~0.40；经500万次疲劳荷载，累积残余变形≤0.5%，此材料可用于聚氨酯固化道床沉降修复，也可用于道砟胶固化道床沉降修复。

Description

一种用于固化道床沉降修复的高粘结减振型聚氨酯修补材料

技术领域

本发明涉及一种用于高速铁路或重载铁路聚氨酯固化道床沉降修复的高粘结减振型聚氨酯修补材料，可用于固化道床结构老化伤损修复，也适用于高速铁路有砟——无砟轨道过渡区的道砟胶固化道床的伤损和沉降修复，属于微孔发泡聚氨酯弹性体技术领域。

背景技术

有砟轨道具有造价低、施工简单、弹性好及可维修等优点，但是，随着我国经济的快速发展，高速铁路和重载铁路是我国铁路发展的主要方向，随着运量、行车密度和轴重的增加，有砟轨道的养护维修工作量增大，进一步加剧了铁路运输与线路养护维修之间的矛盾；无砟轨道具有整体性强、稳定性高、维修工作量少等优点，但是无砟轨道要求稳固的线下基础，并且无砟轨道的可维修性差，工程造价相对较高。为解决有砟轨道和无砟轨道存在的不足，自2010年起，我国相继开展了聚氨酯泡沫固化道床成套技术研究，该道床兼具有砟道床的良好弹性和无砟道床的稳定性，具有良好的减振性能，并且具有一定的可维修性，是一种具有良好应用前景的新型轨道结构。

聚氨酯固化道床是采用双组份聚氨酯泡沫材料将已达到稳定的散粒体道砟固结形成的一种整体道床。由此可知，固化道床主要由起骨架作用的散粒体道砟和起连接、稳定作用的聚氨酯泡沫材料组成，服役中的固化道床直接承受列车的动荷载和气候环境的作用，而聚氨酯泡沫固化材料属于高分子材料，随着服役时间的延长，材料会出现一定程度的自然老化，表现为材料的力学性能和变形性能降低，影响聚氨酯固化道床的使用功能；此外，受下部基础不均匀沉降的影响，导致服役中的轨道结构产生一定的不均匀沉降，影响线路的平顺性，出现上述两种病害，均需要对聚氨酯固化道床进行维修，维修时先将轨枕与聚氨酯固化道床分离，再将表层已老化的聚氨酯固化道床清除，在轨枕与固化道床的空隙中回填一定量的道砟，然后用具有高粘结强度和高阻尼性能的聚氨酯修补材料灌注到道砟中，将轨枕与聚氨酯固化道床重新联接为一个整体，恢复聚氨酯固化道床的良好弹性和稳定性，修补材料在结构中主要起支撑、高度调整、承力、传力以及缓冲减振的作用，能够提高道床的纵横向阻力，这要求聚氨酯修补材料具有良好的工作性能，较高的粘结性能和压缩性能，能够满足天窗点内现场浇注维修施工的需要，由于聚氨酯固化道床具有优异的减振降噪效果，这要求修补材料具有较高的阻尼减振作用，满足减振降噪的需要，但目前聚氨酯材料多数为工厂内制备，并且其性能也难以满足修补聚氨酯固化道床的需要，为此，本发明提出了一种用于修补聚氨酯固化道床的高粘结强度减振型聚氨酯修补材料。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种流动性好、力学强度发展快、微膨胀、高粘结性能、高阻尼性能并具有优异耐久性能的聚氨酯修补材料，该材料可用于修复聚氨酯固化道床的老化损伤和沉降病害，也可以用于道砟胶固化道床的沉降病害。

技术方案：为了实现上述目的，本发明提供了一种聚氨酯修补材料，该材料由A、B双组分组成，A组分为异氰酸酯，由下列质量分数的原料组成：由HDI三聚体和多亚甲基多苯基异氰酸酯的混合而成，二者的质量比为3:7～6:4，—NCO含量为27％～29％；B组分由下列质量分数的原材料组成：多元醇占85％～88％，催化剂占多元醇的0.03％～0.12％，脱泡剂占多元醇的0.6％～1.5％，除水剂占多元醇的1％～5％，防老剂占多元醇的1％～2％，阻燃剂占多元醇的8％～12％，橡胶颗粒占B组分的3％～8％。A组分与B组分的质量比为1:0.9～1:1.5。

上述的异氰酸酯为HDI三聚体和多亚甲基多苯基异氰酸酯的混合物，混合后在25℃下的粘度为200mPa.s～500mPa.s。

上述B组分中的多元醇为6官能度甘露醇聚氧化丙烯多元醇和3官能度、分子量为12000的甘油聚氧化丙烯多元醇组成，二者的比例为2:8～4:6，混合后平均分子量为400～8000。

上述B组分中的催化剂为异辛酸铋和异辛酸锌的混合物，二者的比例为3:7。

上述B组分中的脱泡剂为憎水性聚硅氧烷消泡剂。

上述B组分中的除水剂为分子筛干燥剂、噁唑烷除水剂、氧化钙中的一种。

上述B组分中的防老剂为受阻胺类光稳定剂和抗氧剂的混合物，二者的比例为3:1。

上述B组分中的阻燃剂为三亚磷酸酯。

上述B组分中的橡胶颗粒为天然橡胶颗粒，颗粒粒径为1mm～3mm。

上述的一种聚氨酯修补材料具有优异的粘结性能和阻尼性能，能够满足高速铁路或重载铁路聚氨酯固化道床天窗时间维修作业的需要，其体积膨胀率为1％～3％；1h抗压强度≥12MPa，1d抗压强度≥30MPa，1d抗拉强度≥15MPa，断裂伸长率≥30％，粘结强度≥6MPa，阻尼因子为0.25～0.40；在最大压应力为0.3MPa时，经500万次疲劳荷载，聚氨酯修补材料累积残余变形≤0.5％。

工作机理：目前的双组份聚氨酯材料难以满足天窗时间内聚氨酯固化道床老化损伤或沉降修复的需要。为了实现反应速度快、粘结强度高、阻尼效果好、防老化效果好以及尺寸稳定性高的效果，本发明A组分中采用了部分HDI三聚体多异氰酸酯，HDI三聚体为脂肪族异氰酸酯，能够提高修补材料的粘结强度、防老化性能和耐久性能，同时也采用了部分多亚甲基多苯基异氰酸酯，该异氰酸酯官能度高，能够提高修补材料的力学强度和尺寸稳定性；B组分中采用了6官能度低分子量甘露醇聚氧化丙烯多元醇与3官能度高分子量聚醚多元醇复配技术，其中6官能度低分子量多元醇能够提高修补材料的力学强度和尺寸稳定性，3官能度高分子聚醚多元醇能够提高修补材料的变形性能和粘结强度，在分子结构中起良好的阻尼减振作用；脱泡剂用于消除混合浆液中的大气泡，提高修补材料的密度和强度；除水剂用于除去体系中多余的水分，以控制修补材料的体积膨胀率，进而提高修补材料的密度和强度；催化剂主要为催化多元醇与异氰酸酯反应的凝胶催化剂，用于控制体积的膨胀率，并且两种催化剂的催化反应速度不同，通过复配可以调节浆液反应速度；防老剂用于提高修补材料的防紫外老化性能和热老化性能，提高材料的耐久性；橡胶颗粒主要起阻尼作用，用于提高修补材料的减振降噪性能。

有益效果：本发明充分结合聚氨酯材料的高粘结性能和良好阻尼性能与橡胶颗粒的高阻尼性能，提供了一种用于高速铁路或重载铁路聚氨酯固化道床老化损伤修复和沉降病害修复的高粘结高阻尼聚氨酯修补材料，经过大量试验研究，该材料的各组分配比科学合理，修补材料具有以下优异的性能：

(1)化学反应迅速，能够满足天窗点内作业的需要。

(2)粘结强度高，能够与聚氨酯固化道床和轨枕形成良好的粘结。

(3)力学强度高、变形能力强，能够满足高速列车或重载列车运营的需要。

(4)阻尼效果好，在高速列车作用下能够起到良好的缓冲减振作用。

(5)尺寸稳定性高、耐老化性能好，能够保证聚氨酯修补材料的长期耐久性。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的实施方案。这些实施例仅限于解释说明本发明，而不限定本发明的范围。

实施例1

具体实施例1如表1所示。

将混凝土试件钻芯并切割成尺寸为φ50mm×25mm的试样，将两试样对中放置，试样间距为20mm，用牛皮纸和宽胶带将试样四周密封，在上部留有注浆孔，用电动搅拌器将A组分与B组分经高速搅拌混合好浇注到空腔中，1d后脱模，在混凝土试样外侧黏贴金属侧头，用电子万能试验机测试聚氨酯修补材料与混凝土材料的粘结性能，拉伸速率为10mm/min。抗疲劳性能试验最大荷载为0.3MPa，最小荷载为0.03MPa，加载频率为5HZ，用游标卡尺量取试样加载前后的厚度，计算500万次后累积残余变形。测试结果见表2。

表1具体实施例1

注：表中Mw表示化合物的平均分子量。

表2根据具体实施例1生产的聚氨酯修补材料的性能

序号	试验项目	实施效果
			1	膨胀率(％)	2.3
2	1h抗压强度(MPa)	15.0
			3	1d抗压强度(MPa)	42.0
4	1d拉伸强度(MPa)	22.0
			5	断裂伸长率(％)	46.0
6	粘结强度(MPa)	7.8
			7	阻尼因子	0.32
8	累积残余变形(％)	0.02

实施例2

具体实施例2如表3所示。

表3具体实施例2

注：表中Mw表示化合物的平均分子量。

具体实施例2试验方法与实施例1的试验方法相同，实施效果见表4。

表4根据具体实施例2生产的聚氨酯修补材料的性能

序号	试验项目	实施效果
			1	膨胀率(％)	2.0
2	1h抗压强度(MPa)	13.0
			3	1d抗压强度(MPa)	38.0
4	1d拉伸强度(MPa)	18.0
			5	断裂伸长率(％)	62.0
6	粘结强度(MPa)	6.9
			7	阻尼因子	0.29
8	累积残余变形(％)	0.05

实施例3

具体实施例3如表5所示。

表5具体实施例3

注：表中Mw表示化合物的平均分子量。

试验方法与实施例1的试验方法相同，实施效果见表6。

表6根据具体实施例3生产的聚氨酯修补材料的性能

序号	试验项目	实施效果
			1	膨胀率(％)	1.6
2	1h抗压强度(MPa)	14.0
			3	1d抗压强度(MPa)	41.0
4	1d拉伸强度(MPa)	20.0
			5	断裂伸长率(％)	65.0
6	粘结强度(MPa)	6.5
			7	阻尼因子	0.36
8	累积残余变形(％)	0.04

通过以上实施例可以看出，通过优选多元醇的比例和用量，添加HDI三聚体，匹配合适的脱泡剂、防老剂、催化剂、橡胶颗粒、阻燃剂和除水剂，可以得到具有反应速度快、粘结强度高、减振效果好、防老化效果好以及尺寸稳定性高的聚氨酯修补材料。因此，本发明中所得到的聚氨酯修补材料能够较好地适用于高速铁路或重载铁路聚氨酯固化道床老化损伤和沉降病害修复，也可以用于有砟——无砟过渡区的道砟胶固化道床沉降修复。

Claims (9)

1.一种用于高速铁路或重载铁路聚氨酯固化道床沉降修复的高粘结减振型聚氨酯修补材料，其特征在于：由异氰酸酯组成的A组分和由多元醇、催化剂、脱泡剂、除水剂、防老剂、阻燃剂、橡胶颗粒组成的B组分，二者的质量比为1:0.9～1:1.5的比例经机械搅拌混合后浇注到回填道砟中，浆液快速发生化学反应并产生微量体积膨胀，将轨枕、回填道砟及聚氨酯固化道床粘结为一个整体。其中，所述A组分为HDI三聚体和多亚甲基多苯基异氰酸酯的混合物，A组分25℃下的粘度为200mPa.s～500mPa.s；所述B组分中多元醇为6官能度甘露醇聚氧化丙烯多元醇和3官能度、重均分子量为12000的聚醚多元醇混合物，二者的比例为2:8～4:6，混合后平均分子量为400～8000，B组分在25℃下粘度为600mPa.s～1000mPa.s；所述B组分中橡胶颗粒为天然橡胶颗粒，颗粒粒径为1mm～3mm。

2.如权利要求1所述的聚氨酯修补材料，其特征在于异氰酸酯为HDI三聚体和多亚甲基多苯基异氰酸酯的混合物，二者的质量比为3:7～6:4，—NCO含量为27％～29％。

3.如权利要求1所述的聚氨酯修补材料，其特征在于橡胶颗粒为天然橡胶颗粒，橡胶颗粒用量为B组分的3％～8％。

4.如权利要求1所述的聚氨酯修补材料，其特征在于催化剂为异辛酸铋和异辛酸锌的混合物，二者的比例为4:6～7:3，催化剂用量为B组分中多元醇的0.03％～0.12％。

5.如权利要求1所述的聚氨酯修补材料，其特征在于脱泡剂为憎水性聚硅氧烷消泡剂，消泡剂用量为B组分中多元醇的0.6％～1.5％。

6.如权利要求1所述的聚氨酯修补材料，其特征在于除水剂为分子筛干燥剂、噁唑烷、氧化钙中的一种，除水剂用量为B组分中多元醇的1％～5％。

7.如权利要求1所述的聚氨酯修补材料，其特征在于防老剂为受阻胺类光稳定剂和抗氧剂的混合物，二者的比例为3:1，防老剂用量为B组分中多元醇的1％～2％。

8.如权利要求1所述的聚氨酯修补材料，其特征在于阻燃剂为三亚磷酸酯，阻燃剂用量为B组分中多元醇的8％～12％。

9.一种由权利要求1～8中任一项所述的聚氨酯修补材料，其特征在于，体积膨胀率为1％～3％；1h抗压强度≥12MPa，1d抗压强度≥30MPa，1d抗拉强度≥15MPa，断裂伸长率≥30％，粘结强度≥6MPa，阻尼因子为0.25～0.40；在最大压应力为0.3MPa时，经500万次疲劳荷载，聚氨酯修补材料累积残余变形≤0.5％。