CN107574726A - 一种高铁轨枕用树脂增强水泥基材料 - Google Patents

一种高铁轨枕用树脂增强水泥基材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高铁轨枕用树脂增强水泥基材料，属于建设领域，旨在解决现有的高铁建设中轨枕的结构设计不合理、易开裂、韧性不足、使用寿命短的问题，轨枕包括轨枕本体、弹性垫，所述的轨枕本体上设有用于铺设钢轨的轨槽，所述的轨槽的轨底坡为1:30—1:20，所述的轨枕本体的两端设有斜坡,所述斜坡的坡度为1:2‑1:10，所述的弹性垫位于轨枕本体的下方。

Description

一种高铁轨枕用树脂增强水泥基材料
本案是原发明专利一种高强度耐冲击高铁轨枕，申请号为2016103765983，申请日为2016年5月31日的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种基础设施建筑材料，具体来讲是一种高铁轨枕用树脂增强水泥基材料。
背景技术
随着我国经济的发展、对铁路运输行业的需求在不断扩大，特别是对高速铁路的需求更是非常大，近年来，高速铁路建设也取得了巨大的成就，但是在高速铁路建设过程当中，对与轨道结构的要求也非常高，不仅体现在线路的稳定性上，也体现在轨道的耐久性、安全性、可靠性以及行车的舒适性，低震动性。在火车轨道特别是高速火车轨道的铺设当中，轨枕是铁路轨道的重要部件，其着从铁轨和地面传递分散压力，承受来自火车的冲击力等重要的作用，轨枕的性能直接影响着铁路轨道的性能。现有轨枕所受的压力及对地面的压力过于集中，轨枕局部承受的压力过大，导致轨枕耐冲击性较差，易出现开裂，无法满足高速铁路的建设需求。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种结构合理、材料性能优异的高强度耐冲击高铁轨枕，解决了现有技术中的轨枕易开裂、韧性不足、使用寿命短、高铁乘坐舒适性差的问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明公开了一种高铁轨枕用树脂增强水泥基材料，其特征在于，包括轨枕本体、弹性垫，所述的轨枕本体上设有用于铺设钢轨的轨槽，所述的轨槽的轨底坡为1:30—1:20，所述的轨枕本体的两端设有斜坡,所述斜坡的坡度为1:2-1:10，所述的弹性垫位于轨枕本体的下方，所述的每个轨槽上分别设有两个固定钢轨的通孔，所述的两端斜坡的顶端设有凸台，所述的本体内部填有钢筋，所述钢筋的两端设有Ⅰ型箍筋，所述钢筋上均匀分布有Ⅱ型箍筋，所述的钢筋、Ⅰ型箍筋、Ⅱ型箍筋均为碳纤维增强金属复合材料制备，所述的碳纤维源于废旧碳纤维及碳纤维复合材料。
进一步的，所述的凸台与轨槽之间存在坡度为1:0.5-1:10的斜坡。
进一步的，所述轨槽的周围分布有用于提高轨槽承载能力的螺旋筋。
进一步的，所述的弹性垫与轨枕本体采用粘接方式连接，所述的弹性垫采用聚氨酯热塑性弹性体制备，所述的弹性垫面朝地的一面设置有纹状突起防滑结构，所述的突起形状为任意形状，所述弹性垫的厚度为10mm-30mm。
作为优先，所述的轨枕本体采用树脂增强水泥基材料制备的水泥浆制备，所述的树脂为PP、PC、PVC、PS、ABS、PU。
作为优选，所述的水泥浆的制备方法如下：
步骤1：将塑料颗粒100重量份、加入抗氧剂0.05-0.8重量份、辅助抗氧化剂0-0.05份、增韧剂5-20重量份通过双螺杆挤出机混合造粒；
步骤2：用0.1-5重量份的偶联剂对步骤1后的塑料颗粒进行表面处理，将塑料颗粒和偶联剂混合，用超声波共混处理10-30min；
步骤3：将水泥100份、砂50-200份、粗集料200-300份、水20-100份、步骤2后的塑料颗粒5-20份，混合搅拌5-10min，制备成相应的水泥浆。
作为优选，所述的步骤1的抗氧剂为2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、双（3，5-三级丁基-4-羟基苯基）硫醚、四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯，所述的辅助抗氧化剂为双十二碳醇酯、双十四碳醇酯和双十八碳醇酯、三辛酯、三癸酯、三（十二碳醇）酯和三(十六碳醇)酯。
作为优选，步骤1所述的增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯三元共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、氯化聚乙烯、 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
作为优选，步骤2所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯。
本发明同时公开了所述的高强度耐冲击高铁轨枕在高速铁路轨道铺设中的应用。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
一、本发明通过在轨枕本体的的两端增设有斜坡，能有效的将轨枕所受到的局部压力在轨枕的整个下表面中进行均匀的分散，防止出现局部应力过大，导致轨枕开裂的现象发生；
二、本发明通过在将轨枕中的传统钢筋改为碳纤维增强金属材料制备，相对于钢筋材料，碳纤维增强金属材料具有强度大、耐腐蚀等性能，所制成的轨枕力学性能优异，使用时间长；
三、本发明的结构设计合理，根据轨枕不同区域所受的力的不同，有效的将所受的压力进行的分散，防止局部裂纹的出现和扩大，减少了开裂现象；
四、本发明通过将塑料加入到水泥浆的制备过程当中，其中塑料可以填充无机材料的部分裂纹，塑料和无机材料之间的界面可以分散无机材料所收到的局部应力，增大了轨枕的耐冲击性和表面稳性。
附图说明
图1是本发明公开的轨枕的结构图；
图中标记：1-轨枕本体，2-轨槽，3-斜坡，4-弹性垫。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体实施例1：如图1所示，本实施例公开了一种高铁轨枕用树脂增强水泥基材料，其特征在于，包括轨枕本体1、弹性垫4，所述的轨枕本体1上设有用于铺设钢轨的轨槽2，所述的轨槽2的轨底坡为1:30，所述的轨枕本体1的两端设有斜坡3,所述斜坡的坡度为1:2，所述的弹性垫4位于轨枕本体1的下方，所述的每个轨槽2上分别设有两个固定钢轨的通孔，所述的两端斜坡3的顶端设有凸台，所述的本体内部填有钢筋，所述钢筋的两端设有Ⅰ型箍筋，所述钢筋上均匀分布有Ⅱ型箍筋，所述的钢筋、Ⅰ型箍筋、Ⅱ型箍筋均为碳纤维增强金属复合材料制备，所述的碳纤维源于废旧碳纤维及碳纤维复合材料。
其中，凸台与轨槽之间存在坡度为1:0.5的斜坡，所述轨槽2的周围分布有用于提高轨槽2承载能力的螺旋筋，弹性垫4与轨枕本体1采用粘接方式连接，所述的弹性垫采用聚氨酯热塑性弹性体制备，所述的弹性垫4面朝地的一面设置有纹状突起防滑结构，所述的突起形状为任意形状，所述弹性垫的厚度为10mm，所述的轨枕本体采用PP增强水泥基材料制备的水泥浆制备，水泥浆的制备方法如下：
步骤1：将塑料颗粒100重量份、加入抗氧剂2，6-三级丁基-4-甲基苯酚0.05重量份，无辅助抗氧化剂，增韧剂苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体5重量份通过双螺杆挤出机混合造粒；
步骤2：用0.1重量份的偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷对步骤1后的塑料颗粒进行表面处理，将塑料颗粒和偶联剂混合，用超声波共混处理10min；
步骤3：将水泥100份、砂50份、粗集料200份、水20份、步骤2后的塑料颗粒5份，混合搅拌5min，制备成相应的水泥浆。
本实施例公开了上述高强度耐冲击高铁轨枕在高速铁路轨道铺设中的应用。
具体实施例2：如图1所示，本实施例公开了一种高铁轨枕用树脂增强水泥基材料，其特征在于，包括轨枕本体1、弹性垫4，所述的轨枕本体1上设有用于铺设钢轨的轨槽2，所述的轨槽2的轨底坡为1:20，所述的轨枕本体1的两端设有斜坡3,所述斜坡的坡度为1:10，所述的弹性垫4位于轨枕本体1的下方，所述的每个轨槽2上分别设有两个固定钢轨的通孔，所述的两端斜坡3的顶端设有凸台，所述的本体内部填有钢筋，所述钢筋的两端设有Ⅰ型箍筋，所述钢筋上均匀分布有Ⅱ型箍筋，所述的钢筋、Ⅰ型箍筋、Ⅱ型箍筋均为碳纤维增强金属复合材料制备，所述的碳纤维源于废旧碳纤维及碳纤维复合材料。
其中，凸台与轨槽之间存在坡度为1:10的斜坡，所述轨槽2的周围分布有用于提高轨槽2承载能力的螺旋筋，弹性垫4与轨枕本体1采用粘接方式连接，所述的弹性垫采用聚氨酯热塑性弹性体制备，所述的弹性垫4面朝地的一面设置有纹状突起防滑结构，所述的
突起形状为任意形状，所述弹性垫的厚度为30mm，所述的轨枕本体采用PU增强水泥基材料制备的水泥浆制备，水泥浆的制备方法如下：
步骤1：将塑料颗粒100重量份、加入抗氧剂四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯0.8份、辅助抗氧化剂双十二碳醇酯0.05份、增韧剂乙烯-醋酸乙烯酯共聚物20重量份通过双螺杆挤出机混合造粒；
步骤2：用0.1-5重量份的偶联剂双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯对步骤1后的塑料颗粒进行表面处理，将塑料颗粒和偶联剂混合，用超声波共混处理30min；
步骤3：将水泥100份、砂200份、粗集料300份、水100份、步骤2后的塑料颗粒20份，混合搅拌10min，制备成相应的水泥浆。
本实施例公开了上述高强度耐冲击高铁轨枕在高速铁路轨道铺设中的应用。
具体实施例3：如图1所示，本实施例公开了一种高铁轨枕用树脂增强水泥基材料，其特征在于，包括轨枕本体1、弹性垫4，所述的轨枕本体1上设有用于铺设钢轨的轨槽2，所述的轨槽2的轨底坡为1:25，所述的轨枕本体1的两端设有斜坡3,所述斜坡的坡度为1:7，所述的弹性垫4位于轨枕本体1的下方，所述的每个轨槽2上分别设有两个固定钢轨的通孔，所述的两端斜坡3的顶端设有凸台，所述的本体内部填有钢筋，所述钢筋的两端设有Ⅰ型箍筋，所述钢筋上均匀分布有Ⅱ型箍筋，所述的钢筋、Ⅰ型箍筋、Ⅱ型箍筋均为碳纤维增强金属复合材料制备，所述的碳纤维源于废旧碳纤维及碳纤维复合材料。
其中，凸台与轨槽之间存在坡度为1:2的斜坡，所述轨槽2的周围分布有用于提高轨槽2承载能力的螺旋筋，弹性垫4与轨枕本体1采用粘接方式连接，所述的弹性垫采用聚氨酯热塑性弹性体制备，所述的弹性垫4面朝地的一面设置有纹状突起防滑结构，所述的突起形状为任意形状，所述弹性垫的厚度为20mm，所述的轨枕本体采用PS增强水泥基材料制备的水泥浆制备，水泥浆的制备方法如下：
步骤1：将塑料颗粒100重量份、加入抗氧剂双（3，5-三级丁基-4-羟基苯基）硫醚0.1重量份、，辅助抗氧化剂双十四碳醇酯0.02重量份、增韧剂丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物10重量份通过双螺杆挤出机混合造粒；
步骤2：用0.2重量份的偶联剂异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯对步骤1后的塑料颗粒进行表面处理，将塑料颗粒和偶联剂混合，用超声波共混处理24min；
步骤3：将水泥100份、砂100份、粗集料250份、水80份、步骤2后的塑料颗粒15份，混合搅拌8min，制备成相应的水泥浆。
本实施例公开了上述高强度耐冲击高铁轨枕在高速铁路轨道铺设中的应用。
具体实施例4：如图1所示，本实施例公开了一种高铁轨枕用树脂增强水泥基材料，其特征在于，包括轨枕本体1、弹性垫4，所述的轨枕本体1上设有用于铺设钢轨的轨槽2，所述的轨槽2的轨底坡为1:28，所述的轨枕本体1的两端设有斜坡3,所述斜坡的坡度为1:5，所述的弹性垫4位于轨枕本体1的下方，所述的每个轨槽2上分别设有两个固定钢轨的通孔，所述的两端斜坡3的顶端设有凸台，所述的本体内部填有钢筋，所述钢筋的两端设有Ⅰ型箍筋，所述钢筋上均匀分布有Ⅱ型箍筋，所述的钢筋、Ⅰ型箍筋、Ⅱ型箍筋均为碳纤维增强金属复合材料制备，所述的碳纤维源于废旧碳纤维及碳纤维复合材料。
其中，凸台与轨槽之间存在坡度为1:5的斜坡，所述轨槽2的周围分布有用于提高轨槽2承载能力的螺旋筋，弹性垫4与轨枕本体1采用粘接方式连接，所述的弹性垫采用聚氨酯热塑性弹性体制备，所述的弹性垫4面朝地的一面设置有纹状突起防滑结构，所述的突起形状为任意形状，所述弹性垫的厚度为12mm，所述的轨枕本体采用PU增强水泥基材料制备的水泥浆制备，水泥浆的制备方法如下：
步骤1：将塑料颗粒100重量份、加入抗氧剂2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、0.7重量份、辅助抗氧化剂三癸酯0.02份、增韧剂甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯三元共聚物10重量份通过双螺杆挤出机混合造粒；
步骤2：用0.2重量份的偶联剂异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯对步骤1后的塑料颗粒进行表面处理，将塑料颗粒和偶联剂混合，用超声波共混处理10min；
步骤3：将水泥100份、砂50份、粗集料300份、水20份、步骤2后的塑料颗粒10份，混合搅拌8min，制备成相应的水泥浆。
本实施例公开了上述高强度耐冲击高铁轨枕在高速铁路轨道铺设中的应用。
具体实施例5：如图1所示，本实施例公开了一种高铁轨枕用树脂增强水泥基材料，其特征在于，包括轨枕本体1、弹性垫4，所述的轨枕本体1上设有用于铺设钢轨的轨槽2，所述的轨槽2的轨底坡为1:30，所述的轨枕本体1的两端设有斜坡3,所述斜坡的坡度为1:10，所述的弹性垫4位于轨枕本体1的下方，所述的每个轨槽2上分别设有两个固定钢轨的通孔，所述的两端斜坡3的顶端设有凸台，所述的本体内部填有钢筋，所述钢筋的两端设有Ⅰ型箍筋，所述钢筋上均匀分布有Ⅱ型箍筋，所述的钢筋、Ⅰ型箍筋、Ⅱ型箍筋均为碳纤维增强金属复合材料制备，所述的碳纤维源于废旧碳纤维及碳纤维复合材料。
其中，凸台与轨槽之间存在坡度为1:0.5的斜坡，所述轨槽2的周围分布有用于提高轨槽2承载能力的螺旋筋，弹性垫4与轨枕本体1采用粘接方式连接，所述的弹性垫采用聚氨酯热塑性弹性体制备，所述的弹性垫4面朝地的一面设置有纹状突起防滑结构，所述的突起形状为任意形状，所述弹性垫的厚度为30mm，所述的轨枕本体采用PVC增强水泥基材料制备的水泥浆制备，水泥浆的制备方法如下：
步骤1：将塑料颗粒100重量份、加入抗氧剂四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯0.05量份、辅助抗氧化剂双十四碳醇酯0.01份、增韧剂苯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物5重量份通过双螺杆挤出机混合造粒；
步骤2：用0.1重量份的偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷对步骤1后的塑料颗粒进行表面处理，将塑料颗粒和偶联剂混合，用超声波共混处理15min；
步骤3：将水泥100份、砂200份、粗集料200份、水100份、步骤2后的塑料颗粒5份，混合搅拌10min，制备成相应的水泥浆。
本实施例公开了上述高强度耐冲击高铁轨枕在高速铁路轨道铺设中的应用。
对实施例1-5所制得的轨枕韧性进行测试，结果如下表：
可以看出，实施例1-5所公开的轨枕的韧性相比于现有的轨枕均有较大程度的提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高铁轨枕用树脂增强水泥基材料，其特征在于，采用树脂增强水泥基材料制备的水泥浆制备，所述的树脂为PP、PC.PVC、PS、ABS、PU；
所述的水泥浆的制备方法如下：
步骤1：将塑料颗粒100重量份、加入抗氧剂0.05-0.8重量份、辅助抗氧化剂0-0.05份、增韧剂5-20重量份通过双螺杆挤出机混合造粒；
步骤2：用0.1-5重量份的偶联剂对步骤1后的塑料颗粒进行表面处理，将塑料颗粒和偶联剂混合，用超声波共混处理10-30min；
步骤3：将水泥100份、砂50-200份、粗集料200-300份、水20-100份、步骤2后的塑料颗粒5-20份，混合搅拌5-10min，制备成相应的水泥浆。
2.根据权利要求1所述的高铁轨枕用树脂增强水泥基材料，其特征在于，所述的步骤1的抗氧剂为2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、双（3，5-三级丁基-4-羟基苯基）硫醚、四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯，所述的辅助抗氧化剂为双十二碳醇酯、双十四碳醇酯和双十八碳醇酯、三辛酯、三癸酯、三（十二碳醇）酯和三(十六碳醇)酯。
3.根据权利要求1所述的高铁轨枕用树脂增强水泥基材料，其特征在于，步骤1所述的增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯三元共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、氯化聚乙烯、 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
4.根据权利要求1所述的高铁轨枕用树脂增强水泥基材料，其特征在于，步骤2所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯。
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