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一種用于聚氨酯固化道床的軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于聚氨酯固化道床的軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)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(duì)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(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生體積膨脹、凝結(jié)硬化并養(yǎng)護(hù)一定齡期后，拆除密封并切除多余泡沫體；(3)在粘結(jié)試樣兩側(cè)涂抹膠黏劑，將定位底板黏貼到試樣兩側(cè)；(4)用緊固螺栓將帶有拉桿的拉伸鋼板聯(lián)接到定位底板上；(5)沿拉伸方向測(cè)試軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料與道砟石的粘結(jié)強(qiáng)度。本發(fā)明采用夾心粘結(jié)試樣測(cè)試軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料與道砟的粘結(jié)強(qiáng)度，具有原理可靠，安裝方便、測(cè)量準(zhǔn)確的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種用于聚氨酯固化道床的軟質(zhì)聚氨酯泡沬材料拉伸粘結(jié) 強(qiáng)度試驗(yàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于高速（重載）鐵路聚氨酯固化道床的軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料與 道砟拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，特別是一種采用夾心粘結(jié)試樣測(cè)試聚氨酯泡沫材料與道砟 石拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)鐵路運(yùn)輸提出了越來(lái)越高的要求，快速、安全、舒適 的高速鐵路和運(yùn)輸密集、載重量大的重載鐵路成為我國(guó)鐵路發(fā)展的主要趨勢(shì)，這對(duì)有砟軌 道的運(yùn)營(yíng)、管理提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。國(guó)內(nèi)外有砟軌道運(yùn)營(yíng)實(shí)踐表明，隨著運(yùn)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(tài)惡化速度將成倍增加，大幅增加 線路養(yǎng)護(hù)維修工作量，使得鐵路運(yùn)輸與養(yǎng)護(hù)維修之間的矛盾進(jìn)一步加劇，當(dāng)前，如何在滿足 運(yùn)營(yíng)要求的前提下減少道砟磨損、粉化速率，進(jìn)而減少線路的養(yǎng)護(hù)維修工作量，已成為很多 國(guó)家研究的重要領(lǐng)域。
[0003] 聚氨酯固化道床是采用雙組份軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料將散粒體道砟固結(jié)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(yōu)點(diǎn)，又具有無(wú)砟 道床整體性高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，能夠大幅度減少道砟磨損、粉化速率，可顯著降低線路養(yǎng) 護(hù)維修工作量，從而有效緩解鐵路運(yùn)輸需求與養(yǎng)護(hù)維修之間的矛盾，因此，聚氨酯固化道床 被稱為兼具有砟/無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的第三種軌道結(jié)構(gòu)形式。在聚氨酯固化道床技術(shù)體系 中，如何提高軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料與道砟所形成固結(jié)體的整體性和穩(wěn)定性是確保聚氨酯固 化道床性能優(yōu)異的關(guān)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(jié)，二者形成牢固整體，進(jìn)而確保在列車荷載下道砟與聚氨酯泡沫材料成為 一穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，可以看出，粘結(jié)性能好壞是評(píng)價(jià)用于聚氨酯固化道床的聚氨酯泡沫材料性能 優(yōu)劣的重要指標(biāo)，但目前關(guān)于高分子材料與非金屬材料間粘結(jié)性能的試驗(yàn)方法均為單面粘 結(jié)測(cè)試方法，即受檢材料僅一側(cè)與基底粘結(jié)，這與填充在道砟間的聚氨酯泡沫材料與兩側(cè) 道砟均應(yīng)粘結(jié)的服役現(xiàn)狀存在較大差異，不適合評(píng)價(jià)二者的粘結(jié)性能，為此，本發(fā)明提出了 一種道砟石--軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料--道砟石夾心式復(fù)合結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了一套拉伸粘結(jié) 測(cè)試裝置用于測(cè)試軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料與道砟石的粘結(jié)性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于尋求一種采用夾心式復(fù)合結(jié)構(gòu)測(cè)定軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料與道 砟石粘結(jié)強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)精確測(cè)定軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料與道砟間的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。
[0005] 本發(fā)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(tài)，設(shè)計(jì)了道砟-聚 氨酯泡沫材料-道砟的夾心粘結(jié)試樣；為了消除試樣受拉時(shí)的偏心、扭轉(zhuǎn)和受力不均勻問(wèn) 題，實(shí)現(xiàn)受拉時(shí)試樣對(duì)中，本發(fā)明從兩方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)：一方面，定位底板粘結(jié)面的尺寸略 大于粘結(jié)試樣的尺寸，二者直徑相差1mm，這方便試樣與定位底板粘結(jié)時(shí)定位對(duì)中；另一方 面，兩側(cè)的定位底板均與帶有球形拉桿的拉伸鋼板相連，每側(cè)通過(guò)4個(gè)定位螺栓聯(lián)接，確保 受力時(shí)拉桿能夠自動(dòng)調(diào)整對(duì)中。
[0006] 本發(fā)明先將道砟母巖鉆取并切割成尺寸為Φ50πιπιΧ20πιπι的圓柱體試件，將兩 圓柱體試件對(duì)立同心放置，用牛皮紙和透明寬膠帶沿圓柱體弧線方向?qū)蓤A柱體間圍成 Φ50πιπιΧ20πιπι的空腔，并設(shè)置注漿孔，將混合好的聚氨酯漿液倒入空腔中，漿液發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)，填充道砟間的空腔，并將道砟粘結(jié)在一起，形成夾心粘結(jié)試樣，待粘結(jié)試樣在溫度為 (23±2) °C、濕度為40%?60%的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)72h，切除多余的聚氨酯泡沫固化材料，拆除 膠帶和牛皮紙，在粘結(jié)試樣兩側(cè)均勻涂抹膠黏劑，將定位底板黏貼到粘結(jié)試件兩側(cè)，待膠黏 劑干燥后，將帶球形拉桿的拉伸鋼板聯(lián)接到定位底板上，拉桿能夠直接聯(lián)接到電子萬(wàn)能試 驗(yàn)機(jī)上，沿拉桿方向施加拉伸力，按l〇mm/min的加載速率進(jìn)行加載，記錄粘結(jié)強(qiáng)度的最大 力。
[0007] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)定位底板與粘結(jié)試樣和拉伸鋼板精確對(duì)中，將圓柱形定位底板兩側(cè) 均設(shè)計(jì)成內(nèi)凹面，內(nèi)凹面的尺寸為Φ51_Χ5_。
[0008] 本發(fā)明采用夾心式粘結(jié)試樣及拉伸粘結(jié)裝置在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸粘結(jié) 強(qiáng)度試驗(yàn)，該方法能夠真實(shí)反映軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料與道砟石的粘結(jié)力，具有原理可靠、測(cè) 試精度高，數(shù)據(jù)離散性小，分析結(jié)果精確的特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為本發(fā)明測(cè)試方法的試驗(yàn)組合結(jié)構(gòu)原理示意圖，包括道砟石試樣1、軟質(zhì)聚氨 酯泡沫材料2、膠黏劑3、定位底板4、拉伸鋼板5、球形拉桿6、定位螺栓7。

【具體實(shí)施方式】：
[0010] 下面通過(guò)實(shí)施例具體說(shuō)明測(cè)試軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料2與道砟石試樣1之間的拉伸 粘結(jié)強(qiáng)度的方法和過(guò)程。
[0011] 1、試驗(yàn)條件
[0012] (1)采用特級(jí)道砟母巖制作道砟石試樣，粘結(jié)面為有一定粗糙度的平整切割平面。
[0013] (2)采用雙組份環(huán)氧樹(shù)脂類強(qiáng)力膠作為膠黏劑，確保定位底板與道砟石間的粘結(jié) 強(qiáng)度大于聚氨酯泡沫材料與道砟石的粘結(jié)強(qiáng)度。
[0014] 2、試塊制作
[0015] (1)用鉆機(jī)鉆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(duì)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(shí)試件發(fā)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn) 生體積膨脹，填充道砟間的空腔，并將道砟粘結(jié)在一起，形成夾心粘結(jié)試樣，待粘結(jié)試樣在 溫度為（23±2) °C、濕度為40%?60%的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)72h，每組制作5個(gè)試樣。
[0016] (2)經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)后，切除多余的聚氨酯泡沫固化材料，拆除膠帶和牛皮紙，在粘結(jié)試 樣兩側(cè)均勻涂抹雙組分環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑，將定位底板黏貼到粘結(jié)試件兩側(cè)，黏貼后擠壓定 位底板，確保2個(gè)定位底板平行。
[0017] (3)待膠黏劑固化后進(jìn)行拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)。
[0018] 3、測(cè)試過(guò)程
[0019] 用螺栓將帶拉桿的拉伸鋼板聯(lián)接到定位底板上，拉伸鋼板的球座內(nèi)涂抹潤(rùn)滑脂， 上下拉桿與電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)相聯(lián)，開(kāi)啟電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，拉伸速率設(shè)置為l〇mm/min，將試件 拉伸至斷裂，記錄斷裂時(shí)的最大應(yīng)力和斷裂形式，并記錄荷載--位移曲線。
[0020] 4、試驗(yàn)結(jié)果分析
[0021] (1)軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料與道砟石試樣的粘結(jié)強(qiáng)度應(yīng)按下式進(jìn)行計(jì)算： 「 1 N
[0022] σ =- A
[0023] 式中：σ--軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料與道砟石試樣的粘結(jié)強(qiáng)度，單位為MPa ;
[0024] N--拉伸極限荷載,單位為N ;
[0025] A--試樣粘結(jié)面積，直徑為(p50mm
[0026] 試驗(yàn)結(jié)果為5個(gè)試樣的平均值，若其中一個(gè)測(cè)試值與平均值的差超過(guò)平均值的 15%，則應(yīng)剔除該測(cè)試值，取剩余測(cè)試值的平均值作為試樣的粘結(jié)強(qiáng)度；若剩余測(cè)試值中仍 有測(cè)試值與平均值只差超過(guò)平均值的15%，則該組數(shù)據(jù)無(wú)效。
[0027] (2)試塊合格判定標(biāo)準(zhǔn)：軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料與道砟石試樣的粘結(jié)試樣應(yīng)從軟質(zhì) 聚氨酯泡沫材料本體斷裂。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于聚氨酯固化道床的軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法，其特征在 于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(fā)生化學(xué)反應(yīng)并 發(fā)生體積膨脹填充道砟石間的空腔，形成道砟石-軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料-道砟石的夾心粘 結(jié)試樣，粘結(jié)試樣在溫度為（23±2)°c、濕度為40%?60%的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)72h，切除多余的 聚氨酯泡沫固化材料；用膠黏劑將定位底板粘結(jié)在夾心試樣兩側(cè)，待膠黏劑晾干后，用螺栓 將帶有拉桿的拉伸鋼板固定到定位底板上，拉桿和拉伸鋼板間為球座聯(lián)接，在電子萬(wàn)能試 驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸粘結(jié)性能測(cè)試，加載速率為l〇mm/min。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法，其特征在于道砟石為圓柱體試件， 試件通過(guò)鉆芯取樣獲得，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(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法，其特征在于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(cè)緊密纏繞透明膠帶，避 免聚氨酯漿液進(jìn)入牛皮紙與道砟石試件間的縫隙，牛皮紙上開(kāi)挖面積為20mmX20mm的孔 洞，該孔洞作為灌注孔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法，其特征在于拉伸鋼板中間有中空的 球座，能夠與一端為球面的拉桿實(shí)現(xiàn)球形滑動(dòng)聯(lián)接，試件兩側(cè)受力時(shí)，上下拉桿能夠?qū)崿F(xiàn)自 動(dòng)矯正對(duì)中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試樣方法，其特征在于定位底板兩側(cè)為凹面， 凹面尺寸為Φ 51mmX 5mm，能夠與粘結(jié)試樣及拉伸鋼板迅速對(duì)中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法，其特征在于試驗(yàn)采用的軟質(zhì)聚氨酯 泡沫材料的密度為120kg/m3?400kg/m 3。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的道砟為特級(jí)道砟，道砟試樣應(yīng)干燥。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的灌注孔，其特征在于灌注孔堅(jiān)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(jù)權(quán)利要求4所述的拉伸鋼板，其特征在于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(jù)權(quán)利要求4所述的拉桿，其特征在于拉桿一端為球形弧面，球形弧面直徑為 Φ 25mm，拉桿直徑為Φ 20mm。
【文檔編號(hào)】G01N19/04GK104122203SQ201410394617
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】鄭新國(guó), 李書明, 謝永江, 曾志, 劉競(jìng), 翁智財(cái), 朱長(zhǎng)華, 仲新華, 楊德軍 申請(qǐng)人:中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所