一种用于聚氨酯固化道床的软质聚氨酯泡沫材料拉伸粘结强度试验方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于聚氨酯固化道床的软质聚氨酯泡沫材料拉伸粘结强度试验方法，该方法主要包括以下步骤：(1)将两圆柱体道砟试件相对同心而立，两试件间距离为20mm，用牛皮纸和胶带密封两试件间空腔；(2)将搅拌好的双组份聚氨酯浆液浇注到空腔中，待浆液发生反应产生体积膨胀、凝结硬化并养护一定龄期后，拆除密封并切除多余泡沫体；(3)在粘结试样两侧涂抹胶黏剂，将定位底板黏贴到试样两侧；(4)用紧固螺栓将带有拉杆的拉伸钢板联接到定位底板上；(5)沿拉伸方向测试软质聚氨酯泡沫材料与道砟石的粘结强度。本发明采用夹心粘结试样测试软质聚氨酯泡沫材料与道砟的粘结强度，具有原理可靠，安装方便、测量准确的特点。
【专利说明】一种用于聚氨酯固化道床的软质聚氨酯泡沬材料拉伸粘结 强度试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于高速（重载）铁路聚氨酯固化道床的软质聚氨酯泡沫材料与 道砟拉伸粘结强度的试验方法，特别是一种采用夹心粘结试样测试聚氨酯泡沫材料与道砟 石拉伸粘结强度的方法。
【背景技术】
[0002] 我国社会与经济的快速发展对铁路运输提出了越来越高的要求，快速、安全、舒适 的高速铁路和运输密集、载重量大的重载铁路成为我国铁路发展的主要趋势，这对有砟轨 道的运营、管理提出了严峻的考验。国内外有砟轨道运营实践表明，随着运量、行车密度、轴 重及行车速度的增加，道砟磨损、粉化造成的轨道几何形态恶化速度将成倍增加，大幅增加 线路养护维修工作量，使得铁路运输与养护维修之间的矛盾进一步加剧，当前，如何在满足 运营要求的前提下减少道砟磨损、粉化速率，进而减少线路的养护维修工作量，已成为很多 国家研究的重要领域。
[0003] 聚氨酯固化道床是采用双组份软质聚氨酯泡沫材料将散粒体道砟固结形成的一 种整体道床。固化道床既在一定程度上保持了有砟道床弹性好、噪声小的优点，又具有无砟 道床整体性高、稳定性好的特点，能够大幅度减少道砟磨损、粉化速率，可显著降低线路养 护维修工作量，从而有效缓解铁路运输需求与养护维修之间的矛盾，因此，聚氨酯固化道床 被称为兼具有砟/无砟轨道结构优点的第三种轨道结构形式。在聚氨酯固化道床技术体系 中，如何提高软质聚氨酯泡沫材料与道砟所形成固结体的整体性和稳定性是确保聚氨酯固 化道床性能优异的关键，这要求聚氨酯泡沫材料除了填充道砟间的空隙之外，还要与道砟 形成良好的粘结，二者形成牢固整体，进而确保在列车荷载下道砟与聚氨酯泡沫材料成为 一稳定结构，可以看出，粘结性能好坏是评价用于聚氨酯固化道床的聚氨酯泡沫材料性能 优劣的重要指标，但目前关于高分子材料与非金属材料间粘结性能的试验方法均为单面粘 结测试方法，即受检材料仅一侧与基底粘结，这与填充在道砟间的聚氨酯泡沫材料与两侧 道砟均应粘结的服役现状存在较大差异，不适合评价二者的粘结性能，为此，本发明提出了 一种道砟石--软质聚氨酯泡沫材料--道砟石夹心式复合结构，并设计了一套拉伸粘结 测试装置用于测试软质聚氨酯泡沫材料与道砟石的粘结性能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于寻求一种采用夹心式复合结构测定软质聚氨酯泡沫材料与道 砟石粘结强度的试验方法，实现精确测定软质聚氨酯泡沫材料与道砟间的拉伸粘结强度。
[0005] 本发明为了模拟服役中聚氨酯泡沫固化材料与道砟的粘附状态，设计了道砟-聚 氨酯泡沫材料-道砟的夹心粘结试样；为了消除试样受拉时的偏心、扭转和受力不均匀问 题，实现受拉时试样对中，本发明从两方面进行了设计：一方面，定位底板粘结面的尺寸略 大于粘结试样的尺寸，二者直径相差1mm，这方便试样与定位底板粘结时定位对中；另一方 面，两侧的定位底板均与带有球形拉杆的拉伸钢板相连，每侧通过4个定位螺栓联接，确保 受力时拉杆能够自动调整对中。
[0006] 本发明先将道砟母岩钻取并切割成尺寸为Φ50πιπιΧ20πιπι的圆柱体试件，将两 圆柱体试件对立同心放置，用牛皮纸和透明宽胶带沿圆柱体弧线方向将两圆柱体间围成 Φ50πιπιΧ20πιπι的空腔，并设置注浆孔，将混合好的聚氨酯浆液倒入空腔中，浆液发生化学 反应，填充道砟间的空腔，并将道砟粘结在一起，形成夹心粘结试样，待粘结试样在温度为 (23±2) °C、湿度为40%?60%的环境中养护72h，切除多余的聚氨酯泡沫固化材料，拆除 胶带和牛皮纸，在粘结试样两侧均匀涂抹胶黏剂，将定位底板黏贴到粘结试件两侧，待胶黏 剂干燥后，将带球形拉杆的拉伸钢板联接到定位底板上，拉杆能够直接联接到电子万能试 验机上，沿拉杆方向施加拉伸力，按l〇mm/min的加载速率进行加载，记录粘结强度的最大 力。
[0007] 本发明为实现定位底板与粘结试样和拉伸钢板精确对中，将圆柱形定位底板两侧 均设计成内凹面，内凹面的尺寸为Φ51_Χ5_。
[0008] 本发明采用夹心式粘结试样及拉伸粘结装置在电子万能试验机上进行拉伸粘结 强度试验，该方法能够真实反映软质聚氨酯泡沫材料与道砟石的粘结力，具有原理可靠、测 试精度高，数据离散性小，分析结果精确的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1为本发明测试方法的试验组合结构原理示意图，包括道砟石试样1、软质聚氨 酯泡沫材料2、胶黏剂3、定位底板4、拉伸钢板5、球形拉杆6、定位螺栓7。
【具体实施方式】：
[0010] 下面通过实施例具体说明测试软质聚氨酯泡沫材料2与道砟石试样1之间的拉伸 粘结强度的方法和过程。
[0011] 1、试验条件
[0012] (1)采用特级道砟母岩制作道砟石试样，粘结面为有一定粗糙度的平整切割平面。
[0013] (2)采用双组份环氧树脂类强力胶作为胶黏剂，确保定位底板与道砟石间的粘结 强度大于聚氨酯泡沫材料与道砟石的粘结强度。
[0014] 2、试块制作
[0015] (1)用钻机钻取圆柱形道碎石试样，试件尺寸为<t50mmX30mm，圆柱体直径允许 偏差为±1臟，圆柱体试件对立同心放置，两试件间围成的空腔尺寸为Φ50πιπιΧ20πιπι，厚度 方向允许偏差为±2_，用宽胶带和牛皮纸将空腔密封，避免浆液膨胀时试件发生移位，将 混合好的聚氨酯浆液倒入空腔中，倒入的浆液液面至试件中心位置，浆液发生化学反应，产 生体积膨胀，填充道砟间的空腔，并将道砟粘结在一起，形成夹心粘结试样，待粘结试样在 温度为（23±2) °C、湿度为40%?60%的环境中养护72h，每组制作5个试样。
[0016] (2)经过养护后，切除多余的聚氨酯泡沫固化材料，拆除胶带和牛皮纸，在粘结试 样两侧均匀涂抹双组分环氧树脂胶黏剂，将定位底板黏贴到粘结试件两侧，黏贴后挤压定 位底板，确保2个定位底板平行。
[0017] (3)待胶黏剂固化后进行拉伸粘结强度试验。
[0018] 3、测试过程
[0019] 用螺栓将带拉杆的拉伸钢板联接到定位底板上，拉伸钢板的球座内涂抹润滑脂， 上下拉杆与电子万能试验机相联，开启电子万能试验机，拉伸速率设置为l〇mm/min，将试件 拉伸至断裂，记录断裂时的最大应力和断裂形式，并记录荷载--位移曲线。
[0020] 4、试验结果分析
[0021] (1)软质聚氨酯泡沫材料与道砟石试样的粘结强度应按下式进行计算： 「 1 N
[0022] σ =- A
[0023] 式中：σ--软质聚氨酯泡沫材料与道砟石试样的粘结强度，单位为MPa ;
[0024] N--拉伸极限荷载,单位为N ;
[0025] A--试样粘结面积，直径为(p50mm
[0026] 试验结果为5个试样的平均值，若其中一个测试值与平均值的差超过平均值的 15%，则应剔除该测试值，取剩余测试值的平均值作为试样的粘结强度；若剩余测试值中仍 有测试值与平均值只差超过平均值的15%，则该组数据无效。
[0027] (2)试块合格判定标准：软质聚氨酯泡沫材料与道砟石试样的粘结试样应从软质 聚氨酯泡沫材料本体断裂。
【权利要求】
1. 一种用于聚氨酯固化道床的软质聚氨酯泡沫材料拉伸粘结强度试验方法，其特征在 于将混合均匀的聚氨酯浆液浇注到两圆柱体道砟石间形成的空腔中，浆液发生化学反应并 发生体积膨胀填充道砟石间的空腔，形成道砟石-软质聚氨酯泡沫材料-道砟石的夹心粘 结试样，粘结试样在温度为（23±2)°c、湿度为40%?60%的环境中养护72h，切除多余的 聚氨酯泡沫固化材料；用胶黏剂将定位底板粘结在夹心试样两侧，待胶黏剂晾干后，用螺栓 将带有拉杆的拉伸钢板固定到定位底板上，拉杆和拉伸钢板间为球座联接，在电子万能试 验机上进行拉伸粘结性能测试，加载速率为l〇mm/min。
2. 根据权利要求1所述的拉伸粘结强度试验方法，其特征在于道砟石为圆柱体试件， 试件通过钻芯取样获得，上下底面均为切割面，切割面为平整非光滑表面，圆柱体的尺寸为 Φ 50mmX 20mm。
3. 根据权利要求1所述的拉伸粘结强度试验方法，其特征在于两道砟石间的空腔尺寸 为Φ 50mmX 20mm，先用牛皮纸裹附在道砟石试件上，再在牛皮纸外侧紧密缠绕透明胶带，避 免聚氨酯浆液进入牛皮纸与道砟石试件间的缝隙，牛皮纸上开挖面积为20mmX20mm的孔 洞，该孔洞作为灌注孔。
4. 根据权利要求1所述的拉伸粘结强度试验方法，其特征在于拉伸钢板中间有中空的 球座，能够与一端为球面的拉杆实现球形滑动联接，试件两侧受力时，上下拉杆能够实现自 动矫正对中。
5. 根据权利要求1所述的拉伸粘结强度试样方法，其特征在于定位底板两侧为凹面， 凹面尺寸为Φ 51mmX 5mm，能够与粘结试样及拉伸钢板迅速对中。
6. 根据权利要求1所述的拉伸粘结强度试验方法，其特征在于试验采用的软质聚氨酯 泡沫材料的密度为120kg/m3?400kg/m 3。
7. 根据权利要求2所述的道砟为特级道砟，道砟试样应干燥。
8. 根据权利要求3所述的灌注孔，其特征在于灌注孔坚直向上放置，聚氨酯浆液由灌 注孔注入空腔中，浆液面至试件中心位置。
9. 根据权利要求4所述的拉伸钢板，其特征在于拉伸钢板中心带有球座，球座弧面直 径为Φ 25mm，球座弧面顶部有尺寸为Φ 22mm的孔。
10. 根据权利要求4所述的拉杆，其特征在于拉杆一端为球形弧面，球形弧面直径为 Φ 25mm，拉杆直径为Φ 20mm。
【文档编号】G01N19/04GK104122203SQ201410394617
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】郑新国, 李书明, 谢永江, 曾志, 刘竞, 翁智财, 朱长华, 仲新华, 杨德军 申请人:中国铁道科学研究院铁道建筑研究所