本發(fā)明涉及一種高速鐵路有砟軌道道床表面膠結(jié)材料。

背景技術(shù)：

有砟軌道道床可提供良好的軌道彈性，減緩和吸收輪軌沖擊和震動，且便于養(yǎng)護(hù)維修。但是，當(dāng)高速列車速度超過300km/h時，道床表面形成的列車風(fēng)速可達(dá)50m/s以上，表面輕質(zhì)、扁平的道砟易產(chǎn)生飛濺，對列車運(yùn)營安全構(gòu)成了危害。為了提高列車行車安全，目前多采用道砟膠對有砟軌道道床進(jìn)行固結(jié)，防止道砟飛濺。道砟結(jié)構(gòu)膠結(jié)材料主要包括柔性道砟膠結(jié)材料和剛性道砟膠結(jié)材料。柔性道砟膠結(jié)材料為發(fā)泡型聚氨酯材料，它可增加有砟軌道道床的整體性和穩(wěn)定性，大幅降低列車運(yùn)行噪音。剛性道砟膠結(jié)材料俗稱道砟膠，它主要應(yīng)用于有砟軌道和無砟軌道過渡段，使過渡段的剛度均勻化，提高列車運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

德國拜耳公司最早研發(fā)了發(fā)泡型聚氨酯道床固化材料，它主要包括A、B兩組分，采用大型灌注機(jī)對道砟進(jìn)行完全填充，形成有阻尼的空隙緩沖結(jié)構(gòu)，消耗振動能量，減少噪聲和振動。根據(jù)研究表明，使用這種形式的結(jié)構(gòu)，可以減少40％的振動，吸收噪聲，更合理地分配上部載荷，下部結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力較少40％。發(fā)泡型聚氨酯固化道床材料主要用于優(yōu)化有砟軌道結(jié)構(gòu)，提高有砟軌道道床各項性能，減少維修。但是它的施工難度較大、成本較高、施工周期較長，且為了減少紫外線照射對材料性能的影響，道床表面會覆蓋一層道砟，不適于作為防止道砟飛濺的專用膠結(jié)材料使用

道砟膠能滲透到“道床”結(jié)構(gòu)內(nèi)，在“道砟”表面成膜，與“道砟”接觸點(diǎn)粘接，進(jìn)而與“道砟”形成抗壓整體。道砟膠的剛度和硬度較大，可用于提高有砟軌道道床橫縱向阻力、調(diào)整支承剛度、抑制道砟飛濺，且噴涂道砟膠后的道砟僅在接觸點(diǎn)粘結(jié)，排水性能不受影響，常用于小曲線半徑無縫線路、無砟軌道向有砟軌道的過渡段上。道砟膠主要包括乳液類和非發(fā)泡型聚氨酯。乳液類道砟膠在前期的試驗(yàn)研究中取得了一定的進(jìn)展。但是，乳液類道砟膠也存在較多問題，如在濕度較大的環(huán)境下成膜速度較慢，粘結(jié)強(qiáng)度較低，耐水解性能和耐紫外老化性能較差等。聚氨酯的物理力學(xué)性能優(yōu)異，環(huán)境適應(yīng)性和耐久性能良好，已成為有砟軌道道床的主要固化材料和發(fā)展方向，其相關(guān)專利較多，如中國專利CN201210002264.1《一種高速鐵路用道砟膠及制備方法、使用方法》、CN201110345037.4《一種聚氨酯道砟膠及其制備方法》、CN201110064269.2《一種新型軌道交通聚交聯(lián)氨酯類道砟膠》等。但是，聚氨酯道砟膠對施工環(huán)境敏感性較大，如道砟表面或空氣濕度較大材料發(fā)泡，導(dǎo)致材料性能降低等。而且，聚氨酯道砟膠對道砟清潔度要求較高，但是運(yùn)營線路有砟軌道道床表面的灰塵、石粉等雜質(zhì)較多，噴涂道砟膠后道砟間的粘結(jié)牢固程度無法保證。同時，道砟膠的早期強(qiáng)度較低，噴涂后人員踩踏易破壞膠結(jié)效果，而且運(yùn)營線路的有砟軌道道床道在“天窗期”噴砟膠涂道砟膠后即通車，存在道砟飛濺的風(fēng)險。此外，經(jīng)聚氨酯道砟膠膠結(jié)后的道砟維修養(yǎng)護(hù)和清篩較為困難，無法養(yǎng)護(hù)維修。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高速鐵路有砟軌道道床表面膠結(jié)材料。

技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種高速鐵路有砟軌道道床表面膠結(jié)材料。其特征在于：該組合物由A、B兩部分組成，A部分由下列質(zhì)量份數(shù)的原料組成：異氰酸酯組合物100份，所述異氰酸酯組合物由異氰酸酯及其預(yù)聚物組成，異氰酸酯為MDI-50、PAPI、碳化亞二胺改性MDI和IPDI中的一種或幾種，異氰酸酯預(yù)聚物為異氰酸酯與多元醇及含活潑氫低聚物制備的NCO含量在15％～20％的預(yù)聚物，其中異氰酸酯為MDI-100、IPDI中的一種或兩種，多元醇及含活潑氫低聚物為分子量在400-600的油脂化學(xué)聚醚二醇，分子量為1000～1200四氫呋喃-氧化丙烯共聚醚二元醇、分子量為1300～1500的端羥基環(huán)氧化聚丁二烯中的一種或幾種，環(huán)保增塑劑10～30份，粘結(jié)促進(jìn)劑2～6份；B部分由下列質(zhì)量份數(shù)的原料組成：聚醚多元醇100份，所述聚醚多元醇為分子量為4000～4800的高活性聚醚三醇、分子量為2000～3000的高活性聚醚二醇中的一種或兩種，擴(kuò)鏈交聯(lián)劑30～60份，所述擴(kuò)鏈交聯(lián)劑為乙二胺四醚、MOCA和三異丙醇胺中的一種或幾種，環(huán)保增塑劑10～30份，消泡劑1～3份，防老劑2～5份；A、B兩部分的體積比為1∶0.5～1∶4。

上述的環(huán)保型增塑劑為非鄰苯二甲酸酯類、高溶解性苯甲酸酯類中的一種或兩種。

上述的粘結(jié)促進(jìn)劑為含有異氰酸酯基團(tuán)的硅烷類偶聯(lián)劑。

上述的消泡劑為有機(jī)硅類消泡劑。

上述的防老劑為光穩(wěn)定劑、抗氧劑和水解穩(wěn)定劑中的一種或幾種。

工作機(jī)理：本發(fā)明的一種高速鐵路有砟軌道道床表面膠結(jié)材料的A部分中，采用異氰酸酯與其預(yù)聚物復(fù)配的方法，對材料的粘度、力學(xué)性能和柔順性等進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。其中，異氰酸酯采用性能良好的液態(tài)異氰酸酯，便于生產(chǎn)與使用；異氰酸酯預(yù)聚物中異氰酸酯選擇結(jié)構(gòu)規(guī)整性好、機(jī)械性能優(yōu)的MDI-100與耐候性能優(yōu)的IPDI，多元醇及含活潑氫低聚物選擇憎水效果優(yōu)、可抑制發(fā)泡的油脂化學(xué)聚醚二醇，規(guī)整性能好、綜合性能優(yōu)的低溫不結(jié)晶的四氫呋喃-氧化丙烯共聚醚二元醇和粘結(jié)性能、抗沖擊性能、柔順性與耐水性能優(yōu)的端羥基環(huán)氧化聚丁二烯。B部分中聚醚多元醇采用高活性的三元醇與二元醇復(fù)配使用，提高材料的固化速度，調(diào)節(jié)其柔順性和力學(xué)性能，同時采用與體系相匹配的高活性擴(kuò)鏈交聯(lián)劑乙二胺四醚、MOCA和三異丙醇胺中，抑制異氰酸酯與水反應(yīng)，防止材料在較高濕度下發(fā)泡。為了降低體系粘度，調(diào)節(jié)性能、且提高材料的環(huán)保性，A、B組份中加入了非鄰苯二甲酸酯類和高溶解性苯甲酸酯類環(huán)保型增塑劑。此外，為了進(jìn)一步提高材料與道砟的粘結(jié)性能，A部分中采用了含異氰酸酯基團(tuán)的硅烷類偶聯(lián)劑。同時，該體系由于各組分共同作用，無須加入催化劑材料固化速度即可滿足現(xiàn)場要求，材料的濕度敏感性更低，更環(huán)保。

有益效果：本發(fā)明提供的一種高速鐵路有砟軌道道床表面膠結(jié)材料，經(jīng)過大量試驗(yàn)研究，該組份的各組份配比科學(xué)合理，該組合物具有以下優(yōu)異的性能：

(1)施工便捷：粘度適宜，且常溫固化，可采用常規(guī)噴涂機(jī)呈“傘”噴涂施工。

(2)適用性好：對道砟清潔度要求和濕度敏感性膠低，且可在“天窗期”內(nèi)使用，抑制道砟飛濺效果良好。

(3)可搗固維修：表面膠結(jié)道床可采用手持搗固機(jī)或大型搗固機(jī)進(jìn)行正常的養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)，經(jīng)搗固后材料可較迅速破壞，道砟可恢復(fù)顆粒狀態(tài)，并可進(jìn)行二次膠結(jié)。

(4)耐疲勞性能好：材料在長期高速鐵路列車動載荷和日常養(yǎng)護(hù)維修人員踩踏的情況下，仍保持良好的粘結(jié)狀態(tài)。

(5)耐久性能好：材料耐熱老化、耐濕熱老化、耐水性、耐腐蝕性和耐紫外老化性能良好，可長期保持良好的服役狀態(tài)。

具體實(shí)施方式

下面以實(shí)施例說明具體實(shí)施方式，這些實(shí)施例僅限于解釋說明本發(fā)明，而不限定本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

道床表面膠結(jié)材料的組成：

A部分由下列重量份數(shù)的原料組成：異氰酸酯組合物100份，其中MDI-50為60份，PAPI為20份，MDI-100與油脂化學(xué)聚醚二醇制備的NCO含量為15％的預(yù)聚物為10份，IPDI與端羥基環(huán)氧化聚丁二烯制備的NCO含量為20％的預(yù)聚物為10份，非鄰苯二甲酸酯類增塑劑5份，高溶解性苯甲酸酯類增塑劑5份，含有異氰酸酯基團(tuán)的硅烷類偶聯(lián)劑為2份；

B部分由下列重量份數(shù)的原料組成：高活性聚醚二醇50份，高活性聚醚三醇50份，乙二胺四醚15份，MOCA為10份，三異丙醇胺油脂5份，非鄰苯二甲酸酯類增塑劑5份，高溶解性苯甲酸酯類增塑劑5份，有機(jī)硅類消泡劑1份，光穩(wěn)定劑0.5份，抗氧劑0.5份，水解穩(wěn)定劑1份；

A、B兩部分的體積比為1∶0.5。

實(shí)施例2

道床表面膠結(jié)材料的組成：

A部分由下列重量份數(shù)的原料組成：異氰酸酯組合物100份，其中IPDI為30份，碳化亞二胺改性MDI為40份，MDI-100與四氫呋喃-氧化丙烯共聚醚二元醇制備的NCO含量為17.5％的預(yù)聚物為20份，IPDI與端羥基環(huán)氧化聚丁二烯制備的NCO含量為16％的預(yù)聚物為10份，非鄰苯二甲酸酯類增塑劑20份，高溶解性苯甲酸酯類增塑劑10份，含有異氰酸酯基團(tuán)的硅烷類偶聯(lián)劑為6份；

B部分由下列重量份數(shù)的原料組成：高活性聚醚二醇70份，高活性聚醚三醇30份，乙二胺四醚25份，MOCA為5份，三異丙醇胺油脂30份，非鄰苯二甲酸酯類增塑劑20份，高溶解性苯甲酸酯類增塑劑10份，有機(jī)硅類消泡劑3份，光穩(wěn)定劑2份，抗氧劑2份，水解穩(wěn)定劑1份；

A、B兩部分的體積比為1∶4。

實(shí)施例3

道床表面膠結(jié)材料的組成：

A部分由下列重量份數(shù)的原料組成：異氰酸酯組合物100份，其中IPDI為50份，MDI-100與端羥基環(huán)氧化聚丁二烯制備的NCO含量為18％的預(yù)聚物為50份，非鄰苯二甲酸酯類增塑劑10份，高溶解性苯甲酸酯類增塑劑10份，含有異氰酸酯基團(tuán)的硅烷類偶聯(lián)劑為4份；

B部分由下列重量份數(shù)的原料組成：高活性聚醚三醇100份，乙二胺四醚30份，MOCA為10份，三異丙醇胺油脂5份，非鄰苯二甲酸酯類增塑劑5份，高溶解性苯甲酸酯類增塑劑15份，有機(jī)硅類消泡劑1.5份，光穩(wěn)定劑2份，抗氧劑1份，水解穩(wěn)定劑0.5份；

A、B兩部分的體積比為1∶3。

實(shí)施例4

道床表面膠結(jié)材料的組成：

A部分由下列重量份數(shù)的原料組成：異氰酸酯組合物100份，其中PAPI為70份，IPDI與四氫呋喃-氧化丙烯共聚醚二元醇制備的NCO含量為20％的預(yù)聚物為30份，非鄰苯二甲酸酯類增塑劑15份，含有異氰酸酯基團(tuán)的硅烷類偶聯(lián)劑為3份；

B部分由下列重量份數(shù)的原料組成：高活性聚醚二醇100份，乙二胺四醚40份，高溶解性苯甲酸酯類增塑劑15份，有機(jī)硅類消泡劑1.2份，光穩(wěn)定劑1.5份，抗氧劑1份，水解穩(wěn)定劑0.5份；

A、B兩部分的體積比為1∶2。

實(shí)施例5

道床表面膠結(jié)材料的組成：

A部分由下列重量份數(shù)的原料組成：異氰酸酯組合物100份，其中IPDI為20份，MDI-50為20份，碳化亞二胺改性MDI為10份，IPDI與油脂化學(xué)聚醚二醇制備的NCO含量為15％的預(yù)聚物為50份，高溶解性苯甲酸酯類增塑劑25份，含有異氰酸酯基團(tuán)的硅烷類偶聯(lián)劑為5份；

B部分由下列重量份數(shù)的原料組成：高活性聚醚二醇55份，高活性聚醚三醇45份，MOCA為30份，三異丙醇胺油脂20份，非鄰苯二甲酸酯類增塑劑25份，有機(jī)硅類消泡劑2.5份，光穩(wěn)定劑2份，抗氧劑1份，水解穩(wěn)定劑1份；

A、B兩部分的體積比為1∶1。

實(shí)施例6

道床表面膠結(jié)材料的組成：

A部分由下列重量份數(shù)的原料組成：異氰酸酯組合物100份，其中IPDI為30份，碳化亞二胺改性MDI為30份，MDI-100與四氫呋喃-氧化丙烯共聚醚二元醇制備的NCO含量為19％的預(yù)聚物為40份，非鄰苯二甲酸酯類增塑劑10份，高溶解性苯甲酸酯類增塑劑3份，含有異氰酸酯基團(tuán)的硅烷類偶聯(lián)劑為2.5份；

B部分由下列重量份數(shù)的原料組成：高活性聚醚二醇80份，高活性聚醚三醇20份，MOCA為5份，三異丙醇胺油脂30份，非鄰苯二甲酸酯類增塑劑20份，高溶解性苯甲酸酯類增塑劑7份，有機(jī)硅類消泡劑1.2份，光穩(wěn)定劑2份，抗氧劑2份，水解穩(wěn)定劑0.5份；

A、B兩部分的體積比為1∶1。

實(shí)施例7

道床表面膠結(jié)材料的組成：

A部分由下列重量份數(shù)的原料組成：異氰酸酯組合物100份，其中PAPI為20份，MDI-50為30份，IPDI為30份，IPDI與四氫呋喃-氧化丙烯共聚醚二元醇制備的NCO含量為19％的預(yù)聚物為20份，非鄰苯二甲酸酯類增塑劑28份，含有異氰酸酯基團(tuán)的硅烷類偶聯(lián)劑為5.5份；

B部分由下列重量份數(shù)的原料組成：高活性聚醚二醇40份，高活性聚醚三醇60份，乙二胺四醚40份，MOCA為15份，高溶解性苯甲酸酯類增塑劑13份，有機(jī)硅類消泡劑2.7份，光穩(wěn)定劑1份，抗氧劑0.5份，水解穩(wěn)定劑1份；

A、B兩部分的體積比為1∶1.5。

實(shí)施例8

道床表面膠結(jié)材料的組成：

A部分由下列重量份數(shù)的原料組成：異氰酸酯組合物100份，其中IPDI為10份，碳化亞二胺改性MDI為40份，PAPI為10份，MDI-100與四氫呋喃-氧化丙烯共聚醚二元醇制備的NCO含量為18.5％的預(yù)聚物為15份，IPDI與端羥基環(huán)氧化聚丁二烯制備的NCO含量為15.5％的預(yù)聚物為25份，非鄰苯二甲酸酯類增塑劑11份，高溶解性苯甲酸酯類增塑劑11份，含有異氰酸酯基團(tuán)的硅烷類偶聯(lián)劑為2.7份；

B部分由下列重量份數(shù)的原料組成：高活性聚醚二醇30份，高活性聚醚三醇70份，乙二胺四醚25份，MOCA為5份，三異丙醇胺油脂11份，非鄰苯二甲酸酯類增塑劑17份，有機(jī)硅類消泡劑1.6份，光穩(wěn)定劑1份，抗氧劑1份，水解穩(wěn)定劑0.7份；

A、B兩部分的體積比為1∶2.5。

實(shí)例1～8中道床表面膠結(jié)材料試驗(yàn)結(jié)果如下表所示，其中拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率參照GB/T528-2009執(zhí)行；抗壓強(qiáng)度參照GB/T 1041-2008執(zhí)行；粘結(jié)強(qiáng)度參照聚氨酯道砟膠暫行技術(shù)條件附錄C執(zhí)行；熱空氣老化和濕熱老化參照GB/T 3512-2001執(zhí)行；紫外老化參照GB/T 16422.3-1997執(zhí)行。