一種用於聚氨酯固化道床的軟質聚氨酯泡沫材料拉伸粘結強度試驗方法
2024-03-22 05:43:05 2
一種用於聚氨酯固化道床的軟質聚氨酯泡沫材料拉伸粘結強度試驗方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於聚氨酯固化道床的軟質聚氨酯泡沫材料拉伸粘結強度試驗方法，該方法主要包括以下步驟：(1)將兩圓柱體道砟試件相對同心而立，兩試件間距離為20mm，用牛皮紙和膠帶密封兩試件間空腔；(2)將攪拌好的雙組份聚氨酯漿液澆注到空腔中，待漿液發生反應產生體積膨脹、凝結硬化並養護一定齡期後，拆除密封並切除多餘泡沫體；(3)在粘結試樣兩側塗抹膠黏劑，將定位底板黏貼到試樣兩側；(4)用緊固螺栓將帶有拉杆的拉伸鋼板聯接到定位底板上；(5)沿拉伸方向測試軟質聚氨酯泡沫材料與道砟石的粘結強度。本發明採用夾心粘結試樣測試軟質聚氨酯泡沫材料與道砟的粘結強度，具有原理可靠，安裝方便、測量準確的特點。
【專利說明】一種用於聚氨酯固化道床的軟質聚氨酯泡沬材料拉伸粘結 強度試驗方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用於高速（重載）鐵路聚氨酯固化道床的軟質聚氨酯泡沫材料與 道砟拉伸粘結強度的試驗方法，特別是一種採用夾心粘結試樣測試聚氨酯泡沫材料與道砟 石拉伸粘結強度的方法。
【背景技術】
[0002] 我國社會與經濟的快速發展對鐵路運輸提出了越來越高的要求，快速、安全、舒適 的高速鐵路和運輸密集、載重量大的重載鐵路成為我國鐵路發展的主要趨勢，這對有砟軌 道的運營、管理提出了嚴峻的考驗。國內外有砟軌道運營實踐表明，隨著運量、行車密度、軸 重及行車速度的增加，道砟磨損、粉化造成的軌道幾何形態惡化速度將成倍增加，大幅增加 線路養護維修工作量，使得鐵路運輸與養護維修之間的矛盾進一步加劇，當前，如何在滿足 運營要求的前提下減少道砟磨損、粉化速率，進而減少線路的養護維修工作量，已成為很多 國家研究的重要領域。
[0003] 聚氨酯固化道床是採用雙組份軟質聚氨酯泡沫材料將散粒體道砟固結形成的一 種整體道床。固化道床既在一定程度上保持了有砟道床彈性好、噪聲小的優點，又具有無砟 道床整體性高、穩定性好的特點，能夠大幅度減少道砟磨損、粉化速率，可顯著降低線路養 護維修工作量，從而有效緩解鐵路運輸需求與養護維修之間的矛盾，因此，聚氨酯固化道床 被稱為兼具有砟/無砟軌道結構優點的第三種軌道結構形式。在聚氨酯固化道床技術體系 中，如何提高軟質聚氨酯泡沫材料與道砟所形成固結體的整體性和穩定性是確保聚氨酯固 化道床性能優異的關鍵，這要求聚氨酯泡沫材料除了填充道砟間的空隙之外，還要與道砟 形成良好的粘結，二者形成牢固整體，進而確保在列車荷載下道砟與聚氨酯泡沫材料成為 一穩定結構，可以看出，粘結性能好壞是評價用於聚氨酯固化道床的聚氨酯泡沫材料性能 優劣的重要指標，但目前關於高分子材料與非金屬材料間粘結性能的試驗方法均為單面粘 結測試方法，即受檢材料僅一側與基底粘結，這與填充在道砟間的聚氨酯泡沫材料與兩側 道砟均應粘結的服役現狀存在較大差異，不適合評價二者的粘結性能，為此，本發明提出了 一種道砟石--軟質聚氨酯泡沫材料--道砟石夾心式複合結構，並設計了一套拉伸粘結 測試裝置用於測試軟質聚氨酯泡沫材料與道砟石的粘結性能。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在於尋求一種採用夾心式複合結構測定軟質聚氨酯泡沫材料與道 砟石粘結強度的試驗方法，實現精確測定軟質聚氨酯泡沫材料與道砟間的拉伸粘結強度。
[0005] 本發明為了模擬服役中聚氨酯泡沫固化材料與道砟的粘附狀態，設計了道砟-聚 氨酯泡沫材料-道砟的夾心粘結試樣；為了消除試樣受拉時的偏心、扭轉和受力不均勻問 題，實現受拉時試樣對中，本發明從兩方面進行了設計：一方面，定位底板粘結面的尺寸略 大於粘結試樣的尺寸，二者直徑相差1mm，這方便試樣與定位底板粘結時定位對中；另一方 面，兩側的定位底板均與帶有球形拉杆的拉伸鋼板相連，每側通過4個定位螺栓聯接，確保 受力時拉杆能夠自動調整對中。
[0006] 本發明先將道砟母巖鑽取並切割成尺寸為Φ50πιπιΧ20πιπι的圓柱體試件，將兩 圓柱體試件對立同心放置，用牛皮紙和透明寬膠帶沿圓柱體弧線方向將兩圓柱體間圍成 Φ50πιπιΧ20πιπι的空腔，並設置注漿孔，將混合好的聚氨酯漿液倒入空腔中，漿液發生化學 反應，填充道砟間的空腔，並將道砟粘結在一起，形成夾心粘結試樣，待粘結試樣在溫度為 (23±2) °C、溼度為40%?60%的環境中養護72h，切除多餘的聚氨酯泡沫固化材料，拆除 膠帶和牛皮紙，在粘結試樣兩側均勻塗抹膠黏劑，將定位底板黏貼到粘結試件兩側，待膠黏 劑乾燥後，將帶球形拉杆的拉伸鋼板聯接到定位底板上，拉杆能夠直接聯接到電子萬能試 驗機上，沿拉杆方向施加拉伸力，按l〇mm/min的加載速率進行加載，記錄粘結強度的最大 力。
[0007] 本發明為實現定位底板與粘結試樣和拉伸鋼板精確對中，將圓柱形定位底板兩側 均設計成內凹面，內凹面的尺寸為Φ51_Χ5_。
[0008] 本發明採用夾心式粘結試樣及拉伸粘結裝置在電子萬能試驗機上進行拉伸粘結 強度試驗，該方法能夠真實反映軟質聚氨酯泡沫材料與道砟石的粘結力，具有原理可靠、測 試精度高，數據離散性小，分析結果精確的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009] 圖1為本發明測試方法的試驗組合結構原理示意圖，包括道砟石試樣1、軟質聚氨 酯泡沫材料2、膠黏劑3、定位底板4、拉伸鋼板5、球形拉杆6、定位螺栓7。
【具體實施方式】：
[0010] 下面通過實施例具體說明測試軟質聚氨酯泡沫材料2與道砟石試樣1之間的拉伸 粘結強度的方法和過程。
[0011] 1、試驗條件
[0012] (1)採用特級道砟母巖製作道砟石試樣，粘結面為有一定粗糙度的平整切割平面。
[0013] (2)採用雙組份環氧樹脂類強力膠作為膠黏劑，確保定位底板與道砟石間的粘結 強度大於聚氨酯泡沫材料與道砟石的粘結強度。
[0014] 2、試塊製作
[0015] (1)用鑽機鑽取圓柱形道碎石試樣，試件尺寸為<t50mmX30mm，圓柱體直徑允許 偏差為±1臟，圓柱體試件對立同心放置，兩試件間圍成的空腔尺寸為Φ50πιπιΧ20πιπι，厚度 方向允許偏差為±2_，用寬膠帶和牛皮紙將空腔密封，避免漿液膨脹時試件發生移位，將 混合好的聚氨酯漿液倒入空腔中，倒入的漿液液面至試件中心位置，漿液發生化學反應，產 生體積膨脹，填充道砟間的空腔，並將道砟粘結在一起，形成夾心粘結試樣，待粘結試樣在 溫度為（23±2) °C、溼度為40%?60%的環境中養護72h，每組製作5個試樣。
[0016] (2)經過養護後，切除多餘的聚氨酯泡沫固化材料，拆除膠帶和牛皮紙，在粘結試 樣兩側均勻塗抹雙組分環氧樹脂膠黏劑，將定位底板黏貼到粘結試件兩側，黏貼後擠壓定 位底板，確保2個定位底板平行。
[0017] (3)待膠黏劑固化後進行拉伸粘結強度試驗。
[0018] 3、測試過程
[0019] 用螺栓將帶拉杆的拉伸鋼板聯接到定位底板上，拉伸鋼板的球座內塗抹潤滑脂， 上下拉杆與電子萬能試驗機相聯，開啟電子萬能試驗機，拉伸速率設置為l〇mm/min，將試件 拉伸至斷裂，記錄斷裂時的最大應力和斷裂形式，並記錄荷載--位移曲線。
[0020] 4、試驗結果分析
[0021] (1)軟質聚氨酯泡沫材料與道砟石試樣的粘結強度應按下式進行計算： 「 1 N
[0022] σ =- A
[0023] 式中：σ--軟質聚氨酯泡沫材料與道砟石試樣的粘結強度，單位為MPa ;
[0024] N--拉伸極限荷載,單位為N ;
[0025] A--試樣粘結面積，直徑為(p50mm
[0026] 試驗結果為5個試樣的平均值，若其中一個測試值與平均值的差超過平均值的 15%，則應剔除該測試值，取剩餘測試值的平均值作為試樣的粘結強度；若剩餘測試值中仍 有測試值與平均值只差超過平均值的15%，則該組數據無效。
[0027] (2)試塊合格判定標準：軟質聚氨酯泡沫材料與道砟石試樣的粘結試樣應從軟質 聚氨酯泡沫材料本體斷裂。
【權利要求】
1. 一種用於聚氨酯固化道床的軟質聚氨酯泡沫材料拉伸粘結強度試驗方法，其特徵在 於將混合均勻的聚氨酯漿液澆注到兩圓柱體道砟石間形成的空腔中，漿液發生化學反應並 發生體積膨脹填充道砟石間的空腔，形成道砟石-軟質聚氨酯泡沫材料-道砟石的夾心粘 結試樣，粘結試樣在溫度為（23±2)°c、溼度為40%?60%的環境中養護72h，切除多餘的 聚氨酯泡沫固化材料；用膠黏劑將定位底板粘結在夾心試樣兩側，待膠黏劑晾乾後，用螺栓 將帶有拉杆的拉伸鋼板固定到定位底板上，拉杆和拉伸鋼板間為球座聯接，在電子萬能試 驗機上進行拉伸粘結性能測試，加載速率為l〇mm/min。
2. 根據權利要求1所述的拉伸粘結強度試驗方法，其特徵在於道砟石為圓柱體試件， 試件通過鑽芯取樣獲得，上下底面均為切割面，切割面為平整非光滑表面，圓柱體的尺寸為 Φ 50mmX 20mm。
3. 根據權利要求1所述的拉伸粘結強度試驗方法，其特徵在於兩道砟石間的空腔尺寸 為Φ 50mmX 20mm，先用牛皮紙裹附在道砟石試件上，再在牛皮紙外側緊密纏繞透明膠帶，避 免聚氨酯漿液進入牛皮紙與道砟石試件間的縫隙，牛皮紙上開挖面積為20mmX20mm的孔 洞，該孔洞作為灌注孔。
4. 根據權利要求1所述的拉伸粘結強度試驗方法，其特徵在於拉伸鋼板中間有中空的 球座，能夠與一端為球面的拉杆實現球形滑動聯接，試件兩側受力時，上下拉杆能夠實現自 動矯正對中。
5. 根據權利要求1所述的拉伸粘結強度試樣方法，其特徵在於定位底板兩側為凹面， 凹面尺寸為Φ 51mmX 5mm，能夠與粘結試樣及拉伸鋼板迅速對中。
6. 根據權利要求1所述的拉伸粘結強度試驗方法，其特徵在於試驗採用的軟質聚氨酯 泡沫材料的密度為120kg/m3?400kg/m 3。
7. 根據權利要求2所述的道砟為特級道砟，道砟試樣應乾燥。
8. 根據權利要求3所述的灌注孔，其特徵在於灌注孔堅直向上放置，聚氨酯漿液由灌 注孔注入空腔中，漿液面至試件中心位置。
9. 根據權利要求4所述的拉伸鋼板，其特徵在於拉伸鋼板中心帶有球座，球座弧面直 徑為Φ 25mm，球座弧面頂部有尺寸為Φ 22mm的孔。
10. 根據權利要求4所述的拉杆，其特徵在於拉杆一端為球形弧面，球形弧面直徑為 Φ 25mm，拉杆直徑為Φ 20mm。
【文檔編號】G01N19/04GK104122203SQ201410394617
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月12日 優先權日:2014年8月12日
【發明者】鄭新國, 李書明, 謝永江, 曾志, 劉競, 翁智財, 朱長華, 仲新華, 楊德軍 申請人:中國鐵道科學研究院鐵道建築研究所