CN102516922B

CN102516922B - 一种预埋套管锚固胶及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN102516922B
Application number: CN201110385153.9A
Authority: CN
Inventors: 吴绍利; 王鑫; 吴智强
Original assignee: Metals and Chemistry Research Institute of CARS
Current assignee: China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; Metals and Chemistry Research Institute of CARS; Beijing CARS Advanced Material Technology Co Ltd
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2031-11-28
Also published as: CN102516922A

Abstract

本发明提供了一种预埋套管锚固胶，其包括分开放置的A组分、B组分和C组分；所述锚固胶包括按重量份计：30～70份的乙烯基树脂，5～20份的不饱和聚酯树脂，10～20份的活性稀释剂，5～25份的增韧剂，1.0～2.0份的促进剂，1.0～10.0份的白碳黑，1.0～5.0份的固化剂，100～250份的填料；其中，所述乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂、活性稀释剂、增韧剂、促进剂和白碳黑为A组分，所述固化剂为B组分，所述填料为C组分。本发明还提供了所述锚固胶的制备方法，及其用于锚固预埋套管的应用。

Description

一种预埋套管锚固胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种预埋套管锚固胶，具体涉及一种具有快速锚固性能的预埋套管锚固胶及其制备方法和应用。

背景技术

伴随我国高速铁路的迅速建设和发展，扣件系统被大量应用于各种无砟轨道。扣件系统是指连接钢轨和轨枕的中间连接零件，其作用是将钢轨固定在轨枕上，保持轨距并阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动。

预埋套管是扣件系统的重要组成部分，又称预埋尼龙套管，主要起定位作用，同时使道钉旋入并紧固，使弹条紧扣钢轨。如果预埋套管损坏，则道钉拧紧力不能达到要求，弹条将无法紧扣钢轨，致使扣件系统丧失作用。列车在高速通过时，钢轨将随之摆动，特别是在弯道地段，很可能引发列车脱轨事故。

如需更换预埋套管，国内外都没有行之有效的方法。德国曾有更换预埋套管的设计，即在预埋套管的外层加套一个带有螺纹的金属套管，金属套管和预埋套管之间采用螺纹配合。如在使用过程中里层的预埋套管损坏，可将预埋套管从金属套管中退卸出来。但该方案的成本很高，未能大面积实施。

浇注水泥混凝土维修预埋套管是在公路交通和建筑施工中较为成熟的方法，具有施工成本低，操作简单，易于掌握等特点。然而公路交通和建筑施工中的预埋套管一般受力较小，对新旧混凝土间的结合力要求不高。同时，水泥混凝土养护需要7～28d，且浇注后需要机器捣鼓，以使水泥混凝土密实。因此，对于天窗点一般仅有4小时高速铁路维修工作来说，采用该方法在规定时间内维修预埋套管并使其抗拔力达到100kN以上，这是非常难以实现的。

硫磺锚固也是铁路维修中常用的锚固技术，采用硫磺水泥砂浆进行浇注。但是该方法存在诸多问题，一是砂浆的温度不得低于140℃，通常需在160℃左右，因而在严冬条件下难以施工；二是140～160℃的浇注温度很可能使预埋套管变形，并再次出现花丝等损坏现象；三是硫磺锚固的抗拔力一般仅能达到60～80kN，很难达到100kN的技术要求。

环氧树脂是一种重要的热固性树脂品种。普通的环氧锚固胶一般需要2～4小时才能凝胶，通常需24小时以上才能达到最佳的粘接效果。在凝胶前不能对预埋套管施加扭紧力，而凝胶后也只能使套管定位，仍然不能施加扭紧力，因此要在4小时的天窗点内达到100kN的抗拔强度是非常困难的。此外，使用丙烯酸树脂作为锚固胶一般可以做到30分钟凝胶，1～2小时达到最大强度，但其抗拔力最高仅达70～80kN，不能满足扣件系统的抗拔力要求。

现有的预埋套管锚固方式所采用的材料均难以在短时间内固化并达到较高的抗拔强度，因此需要寻找和开发能够满足当今高速铁路维修要求的预埋套管快速锚固材料。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述预埋套管锚固材料难以在短时间内快速固化并达到较高抗拔力的缺陷，提供了一种具有快速锚固性能的预埋套管锚固胶及其制备方法和应用。

本发明提供了一种预埋套管锚固胶，其包括分开放置的A组分、B组分和C组分；所述锚固胶包括按重量份计：30～70份的乙烯基树脂，5～20份的不饱和聚酯树脂，10～20份的活性稀释剂，5～25份的增韧剂，1.0～2.0份的促进剂，1.0～10.0份的白碳黑，1.0～5.0份的固化剂，100～250份的填料；其中，所述乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂、活性稀释剂、增韧剂、促进剂和白碳黑为A组分，所述固化剂为B组分，所述填料为C组分。

作为优选，所述锚固胶可以包括按重量份计：50～70份的乙烯基树脂，10～20份的不饱和聚酯树脂，10～18份的活性稀释剂，10～20份的增韧剂，1.0～1.5份的促进剂，2.0～7.0份的白碳黑，1.0～3.5份的固化剂，150～200份的填料。

作为更优选，所述锚固胶可以包括按重量份计：55～65份的乙烯基树脂，10～15份的不饱和聚酯树脂，10～18份的活性稀释剂，12～15份的增韧剂，1.2～1.4份的促进剂，2.0～5.0份的白碳黑，3.0～3.5份的固化剂，150～200份的填料。

本发明中所使用的乙烯基树脂具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，粘接强度高，具有较好的耐疲劳性能和耐冲击性能，且固化时间稳定，受环境温度影响小。缺陷在于其固化收缩较率较高，容易造成开裂、脱落等自然破坏，因此需要合适的组分及配比以克服上述缺陷。

根据本发明的锚固胶，其中，所述乙烯基树脂可以为聚氨酯改性乙烯基树脂和环氧改性乙烯基树脂中的一种或多种。作为优选，所述乙烯基树脂可以为聚氨酯改性乙烯基树脂和环氧改性乙烯基树脂的混合物。作为更优选，所述聚氨酯改性乙烯基树脂可以为甲苯二异氰酸酯(TDI)型聚氨酯改性乙烯基树脂或二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)型聚氨酯改性乙烯基树脂，所述环氧改性乙烯基树脂可以为双酚A环氧改性乙烯基树脂。采用所述的乙烯基树脂可以更好地提升材料的粘接性能。

根据本发明的锚固胶，其中，所述不饱和聚酯树脂可以为含有三个以上乙烯基官能团的不饱和聚酯树脂。作为优选，所述不饱和聚酯树脂可以为双-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、丙氧化丙三醇三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯和三乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种。采用所述不饱和聚酯树脂可以提升材料的交联度，并在一定程度上增加材料的强度。

根据本发明的锚固胶，所述活性稀释剂可以为含有乙烯基的单体。作为优选，所述活性稀释剂可以为苯乙烯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟甲酯和甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种。采用所述活性稀释剂可以提高材料的反应活性，使促进剂更好地引发材料反应。

根据本发明的锚固胶，其中，所述增韧剂可以为液体丁腈橡胶、液体氯丁橡胶、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸2-乙基己酯中的一种或多种。所述增韧剂可以提高材料的韧性，保证材料的断裂伸长率。

根据本发明的锚固胶，其中，所述促进剂可以为环烷酸钴、辛酸钴、DMP-30、二甲基对苯胺、二乙基苯胺和二甲基对苯甲胺中的一种或多种。所述DMP-30的全称为2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚。

根据本发明的锚固胶，其中，所述固化剂可以为过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化苯酰和2，4-过氧化二氯苯酰中的一种或多种。

根据本发明的锚固胶，其中，所述填料可以为重钙粉、石英砂、水泥和滑石粉中的一种或多种。所述填料可以提高材料的强度，降低成本。

本发明还提供了所述锚固胶的制备方法，该方法可以包括以下步骤：

(1)制备A组分：按照所述重量份组成称取乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂、活性稀释剂、增韧剂、促进剂和白碳黑，将所述乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂、活性稀释剂、增韧剂和促进剂混合并搅拌均匀，然后加入白碳黑，搅拌均匀即得所述A组分；

(2)制备B组分和C组分：按照所述重量分数组成分别称取固化剂和填料，即得所述B组分和C组分。

根据本发明的制备方法，其中，该方法还包括在使用时按照如下方法配制锚固胶：在-10～40℃的条件下，将B组分添加至A组分中，搅拌1～5分钟至均匀，然后加入C组分，搅拌均匀后即得所述锚固胶。

本发明还提供了所述锚固胶或所述制备方法制得的锚固胶用于锚固预埋套管的应用。

本发明的预埋套管锚固胶具有以下有益效果：

(1)快速凝胶，30分钟内可以拆除定位系统，并可安装扣件系统的其他组件；

(2)强度上升快，最短在50分钟内可以施加扭紧力；

(3)达到最大强度时间短，1小时内抗拔力可以达到100kN以上；

(4)环境适应性强，可以在-10～40℃的温度范围内使用；

(5)具有优异的动态载荷性能。耐疲劳性和耐冲击性好，经300万次疲劳后，抗拔力依然可达100kN；耐候性好，经长时间雨雪冻融，抗拔力仍可达到100kN。

具体实施方式

下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。

本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。

以下实施例中，如无特别说明，所述聚氨酯改性乙烯基树脂为济南绿洲复合材料有限公司牌号为LZV3201的TDI型聚氨酯改性乙烯基树脂，所述环氧改性乙烯基树脂为济南绿洲复合材料有限公司牌号为LZV158的双酚A环氧改性乙烯基树脂，所述双-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯购自岳阳聚雅光固化新材料有限公司，所述三乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯购自天津天骄化工有限公司，所述丙氧化丙三醇三丙烯酸酯购自上海恒然生物科技有限公司，所述季戊四醇三丙烯酸酯购自上海迈瑞尔化学技术有限公司，所述液体丁腈橡胶购自兰州石化，所述液体氯丁橡胶购自上海立深行国际贸易有限公司，所述丙烯酸异辛酯购自抚顺安信化学有限公司。

实施例1

本实施例用于说明本发明的预埋套管锚固胶及其制备方法。

本实施例的预埋套管锚固胶的配方为(按重量份计)：

聚氨酯改性乙烯基树脂40份，环氧改性乙烯基树脂20份，双-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯10份，甲基丙烯酸甲酯18份，液体丁腈橡胶12份，N，N-二甲基对苯胺1.5份，白碳黑1.0份，过氧化苯酰3.0份，重钙粉150份。

按配比称取上述配料后，将聚氨酯改性乙烯基树脂、环氧改性乙烯基树脂、双-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、液体丁腈橡胶和N，N-二甲基对苯胺搅拌均匀，然后加入白碳黑，搅拌均匀制得A组分。使用时，在20℃下将过氧化苯酰作为B组分加入A组分并搅拌2分钟至均匀，最后将重钙粉作为C组分加入A组分和B组分的混合物中并搅拌均匀，即制得所述预埋套管锚固胶。

按照国家相关标准及通用方法检测所述锚固胶的物理机械性能，其性能指标数据与测试方法参见表1。

实施例2

本实施例用于说明本发明的预埋套管锚固胶及其制备方法。

本实施例的预埋套管锚固胶的配方为(按重量份计)：

聚氨酯改性乙烯基树脂30份，环氧改性乙烯基树脂25份，三乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯15份，苯乙烯10份，液体氯丁橡胶20份，N，N-二甲基对苯胺1.2份，白碳黑2.0份，2，4-过氧化二氯苯酰3.5份，滑石粉150份。

按配比称取上述配料后，将聚氨酯改性乙烯基树脂、环氧改性乙烯基树脂、三乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、苯乙烯、液体氯丁橡胶和N，N-二甲基对苯胺搅拌均匀，然后加入白碳黑，搅拌均匀制得A组分。使用时，在30℃下将2，4-过氧化二氯苯酰作为B组分加入A组分并搅拌2分钟至均匀，最后将滑石粉作为C组分加入A组分和B组分的混合物中并搅拌均匀，即制得所述预埋套管锚固胶。

实施例3

本实施例用于说明本发明的预埋套管锚固胶及其制备方法。

本实施例的预埋套管锚固胶的配方为(按重量份计)：

聚氨酯改性乙烯基树脂40份，环氧改性乙烯基树脂25份，丙氧化丙三醇三丙烯酸酯10份，甲基丙烯酸羟甲酯5份，苯乙烯5份，甲基丙烯酸异辛酯15份，环烷酸钴1.4份，白碳黑5.0份，过氧化甲乙酮1.0份，石英砂200份。

按配比称取上述配料后，将聚氨酯改性乙烯基树脂、环氧改性乙烯基树脂、丙氧化丙三醇三丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸异辛酯和环烷酸钴搅拌均匀，然后加入白碳黑，搅拌均匀制得A组分。使用时，在40℃下将过氧化甲乙酮作为B组分加入A组分并搅拌1分钟至均匀，最后将石英砂作为C组分加入A组分和B组分的混合物中并搅拌均匀，即制得所述预埋套管锚固胶。

实施例4

本实施例用于说明本发明的预埋套管锚固胶及其制备方法。

本实施例的预埋套管锚固胶的配方为(按重量份计)：

聚氨酯改性乙烯基树脂30份，季戊四醇三丙烯酸酯5份，甲基丙烯酸10份，丙烯酸异辛酯5份，DMP-301份，白碳黑7.0份，过氧化环己酮2份，石英砂100份。

按配比称取上述配料后，将聚氨酯改性乙烯基树脂、季戊四醇三丙烯酸酯、甲基丙烯酸、丙烯酸异辛酯和DMP-30搅拌均匀，然后加入白碳黑，搅拌均匀制得A组分。使用时，在-10℃下将过氧化环己酮作为B组分加入A组分并搅拌5分钟至均匀，最后将重钙粉作为C组分加入A组分和B组分的混合物中并搅拌均匀，即制得所述预埋套管锚固胶。

实施例5

本实施例用于说明本发明的预埋套管锚固胶及其制备方法。

本实施例的预埋套管锚固胶的配方为(按重量份计)：

聚氨酯改性乙烯基树脂35份，环氧改性乙烯基树脂35份，三乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯20份，苯乙烯20份，液体氯丁橡胶25份，N，N-二甲基对苯胺2份，白碳黑10.0份，2，4-过氧化二氯苯酰5份，滑石粉250份。

按配比称取上述配料后，将聚氨酯改性乙烯基树脂、环氧改性乙烯基树脂、三乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、苯乙烯、液体氯丁橡胶和N，N-二甲基对苯胺搅拌均匀，然后加入白碳黑，制得A组分。使用时，在30℃下将2，4-过氧化二氯苯酰作为B组分加入A组分并搅拌2分钟至均匀，最后将滑石粉作为C组分加入A组分和B组分的混合物中并搅拌均匀，即制得所述预埋套管锚固胶。

对比例1

本对比例用于说明丙烯酸树脂锚固胶及其性能。

市售的丙烯酸树脂锚固胶(广州永固建筑加固材料有限公司，牌号SW-2)。将该丙烯酸树脂锚固胶按其甲组份∶乙组份＝2∶1的比例，使用电钻混合搅拌均匀后使用。

对比例2

本对比例用于说明丙烯酸树脂锚固胶及其性能。

市售的环氧树脂锚固胶(斯温格特种建材有限公司，牌号YJS-503)。将该环氧树脂锚固胶按其甲组份∶乙组份＝3∶1的比例通过电钻混合搅拌均匀后使用。

表1锚固胶性能指标数据表

	凝胶时间	最大强力时间	最大抗拔力	耐疲劳性(1)	耐疲劳性(2)
						测试方法	GB/T 7193-2008	注1	注2	注3	GB 50082-2009
实施例1	20min	52min	138kN	117kN	125kN
						实施例2	18min	48min	110kN	102kN	100kN
实施例3	27min	58min	135kN	110kN	106kN
						实施例4	30min	60min	118kN	100kN	102kN
实施例5	13min	38min	145kN	124kN	118kN
						对比例1	35min	1h 25min	78kN	70kN	73kN
对比例2	1h	大于24h	145kN	120kN	114kN

注1：达到最大抗拔力或者超过100kN抗拔力时的时间。

注2：胶粘剂达到养护时间后，测试抗拔力。

注3：对锚固材料施加1kN至100kN往复力，频率为4Hz，300万次后测试最大抗拔力。

尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。

Claims

1.一种预埋套管锚固胶，其包括分开放置的A组分、B组分和C组分；所述锚固胶包括按重量份计：30～70份的乙烯基树脂，5～20份的不饱和聚酯树脂，10～20份的活性稀释剂，5～25份的增韧剂，1.0～2.0份的促进剂，1.0～10.0份的白碳黑，1.0～5.0份的固化剂，100～250份的填料；其中，所述乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂、活性稀释剂、增韧剂、促进剂和白碳黑为A组分，所述固化剂为B组分，所述填料为C组分；

所述乙烯基树脂为聚氨酯改性乙烯基树脂和环氧改性乙烯基树脂中的一种或多种；

所述不饱和聚酯树脂为含有三个以上乙烯基官能团的不饱和聚酯树脂；

所述活性稀释剂为含有乙烯基的单体；

所述增韧剂为液体丁腈橡胶、液体氯丁橡胶、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸2-乙基己酯中的一种或多种；

所述促进剂为环烷酸钴、辛酸钴、2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚、二甲基对苯胺、二乙基苯胺和二甲基对苯甲胺中的一种或多种；

所述固化剂为过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化苯酰和2,4-过氧化二氯苯酰中的一种或多种；

所述填料为重钙粉、石英砂、水泥和滑石粉中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的锚固胶，其中，所述锚固胶包括按重量份计：50～70份的乙烯基树脂，10～20份的不饱和聚酯树脂，10～18份的活性稀释剂，10～20份的增韧剂，1.0～1.5份的促进剂，2.0～7.0份的白碳黑，1.0～3.5份的固化剂，150～200份的填料。

3.根据权利要求1所述的锚固胶，其中，所述锚固胶包括按重量份计：55～65份的乙烯基树脂，10～15份的不饱和聚酯树脂，10～18份的活性稀释剂，12～15份的增韧剂，1.2～1.4份的促进剂，2.0～5.0份的白碳黑，3.0～3.5份的固化剂，150～200份的填料。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的锚固胶，其中，所述乙烯基树脂为聚氨酯改性乙烯基树脂和环氧改性乙烯基树脂的混合物。

5.根据权利要求4所述的锚固胶，其中，所述聚氨酯改性乙烯基树脂为甲苯二异氰酸酯型聚氨酯改性乙烯基树脂或二苯基甲烷二异氰酸酯型聚氨酯改性乙烯基树脂，所述环氧改性乙烯基树脂为双酚A环氧改性乙烯基树脂。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的锚固胶，其中，所述不饱和聚酯树脂为双-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、丙氧化丙三醇三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯和三乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的锚固胶，其中，所述活性稀释剂为苯乙烯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟甲酯和甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种。

8.权利要求1至7中任一项所述锚固胶的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）制备A组分：按照所述重量份组成称取乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂、活性稀释剂、增韧剂、促进剂和白碳黑，将所述乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂、活性稀释剂、增韧剂和促进剂混合并搅拌均匀，然后加入白碳黑，搅拌均匀即得所述A组分；

（2）制备B组分和C组分：按照所述重量分数组成分别称取固化剂和填料，即得所述B组分和C组分。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，该方法还包括在使用时按照如下方法配制锚固胶：在-10～40℃的条件下，将B组分添加至A组分中，搅拌1～5分钟至均匀，然后加入C组分，搅拌均匀后即得所述锚固胶。

10.权利要求1至7中任一项所述锚固胶或按照权利要求8或9所述的制备方法制得的锚固胶在用于锚固预埋套管中的应用。