CN111675801A - 一种聚氨酯水泥复合修补材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚氨酯水泥复合修补材料，包括：A组分、B组分和C组分；A组分包括多亚甲基多苯基异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯；B组分包括多元醇、聚氨酯消泡剂、噁唑烷除水剂、水和分子筛；C组分包括水泥和重钙粉。本发明的聚氨酯水泥复合修补材料能够快速固化、强度高、遇水不发泡、体积稳定性高、耐久性好，可用于铁路路基段、有砟轨道和无砟轨道翻浆冒泥整治和高速公路翻浆冒泥的整治。

Description

一种聚氨酯水泥复合修补材料
技术领域
本发明属于路基整治技术领域，涉及一种聚氨酯水泥复合修补材料，具体涉及一种用于铁路路基段、有砟轨道和无砟轨道翻浆冒泥整治和高速公路翻浆冒泥整治的聚氨酯水泥复合修补材料。
背景技术
为满足我国国民经济以及人们便捷出行的需要，近年来，铁路尤其是高速铁路在我国得到了飞速发展；截至目前，我国铁路运营里程达13万公里，其中高速铁路突破了3万公里，在这些高速铁路中，大部分采用了桥梁结构，少部分为路基结构。遇到多雨季节，雨水会通过上部轨道结构渗入路基表层，当排水不畅时，雨水在轨道结构下方形成聚集，在列车荷载下，积水易冲击表层路基，造成路基表层的细颗粒被雨水带出，泥浆被挤出轨道结构，只留下粗颗粒的现象，形成翻浆冒泥病害；在翻浆冒泥病害严重区段，轨道结构下方形成脱空，引起高速列车晃车等病害，威胁行车安全性和舒适性，在翻浆冒泥严重区域列车不得不限速运行。尤其在我国南方和东南沿海地区，这些地区雨水较多，行车密度又大，翻浆冒泥病害更为严重，翻浆冒泥病害已成为我国南方和东南沿海地区高速铁路的主要病害之一。
针对铁路路基翻浆冒泥病害，现有技术中虽然进行了一些研究，但是尚未形成有效的整治方法。例如：
专利CN109162152 A提出了采用轨道底部注浆，对伸缩缝和侧缝进行封闭防水的方案；但是用高分子材料进行伸缩缝修补，受到太阳的紫外线照射，高分子材料容易老化并脱落，造成嵌缝材料与混凝土脱离，防水层逐渐失效，水分仍可以进入无砟轨道下方，引起翻浆冒泥病害再次复发。
专利CN104448207 A提出了一种整治翻浆冒泥的膨胀型聚氨酯材料，但是该聚氨酯材料添加了发泡剂，且遇水发生膨胀反应，对于精度要求较高的无砟轨道结构而言，体积膨胀易造成轨道高程的变化，影响线路的平顺性，不适用于天窗点维修，另外，聚氨酯材料遇水膨胀后密度降低，力学性能也会下降，耐久性也会降低，进而缩短使用寿命。
发明内容
对于铁路翻浆冒泥病害的整治，主要采用的是注浆加固的方法，在注浆中关键的是注浆材料，要求其具有较小的遇水膨胀性，较高的力学强度，优异的耐久性和防水性，还应具有快速反应的特性，以满足天窗点施工的需要。为此，本发明提供一种能够快速固化、强度高、遇水不发泡、体积稳定性高、耐久性好的聚氨酯水泥复合修补材料，可用于铁路路基段、有砟轨道和无砟轨道翻浆冒泥整治和高速公路翻浆冒泥的整治。
本发明公开了一种聚氨酯水泥复合修补材料，包括：A组分、B组分和C组分；
所述A组分包括多亚甲基多苯基异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯；
所述B组分包括多元醇、聚氨酯消泡剂、噁唑烷除水剂、水和分子筛；
所述C组分包括水泥和重钙粉。
作为本发明的进一步改进，所述A组分与B组分的质量比为70:100～110:100，所述C组分占A组分与B组分质量和的50％～150％。
作为本发明的进一步改进，所述A组分中NCO的含量为28％～31％，所述多亚甲基多苯基异氰酸酯与二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比为1:1～9:1。
作为本发明的进一步改进，所述二苯基甲烷二异氰酸酯为碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯。
作为本发明的进一步改进，在所述B组分中，按质量百分比计：
所述多元醇为89％～96％，所述聚氨酯消泡剂为0.5％～3％，所述噁唑烷除水剂为1％～3％，所述水为0.5％～2％，所述分子筛为3％～8％。
作为本发明的进一步改进，在所述B组分中：
所述多元醇包括聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚合物多元醇中的两种或两种以上，所述多元醇的平均官能度为2～2.5、分子量为400～700，所述多元醇中至少含80％的环氧丙烷聚合物多元醇；
所述聚氨酯消泡剂为有机硅消泡剂；
所述噁唑烷除水剂为1,3-氧氮杂环戊烷；
所述分子筛为超细沸石粉、超细铝硅酸钠中的一种或两种，所述分子筛的粒径为0.1μm～50μm。
作为本发明的进一步改进，所述B组分还包括催化剂；
按质量百分比计，所述催化剂为0～0.5％。
作为本发明的进一步改进，所述催化剂为有机锡、有机铋催化剂的一种或两种。
作为本发明的进一步改进，所述水泥和重钙粉的质量比为1:1～2:1。
作为本发明的进一步改进，所述水泥为超细硅酸盐水泥，粒径为0.1μm～20μm；
所述重钙粉为重质碳酸钙粉，粒径为1μm～10μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、遇水体积不膨胀，不会引起轨道结构的变化，能够满足天窗点作业的需要；
2、化学反应迅速，力学强度高，遇水环境下修补材料性能稳定。
3、抗拉强度高，韧性好，能够承受列车疲劳荷载。
4、与混凝土及级配碎石的粘结强度均高，能够确保无砟轨道结构的稳定性。
5、抗渗性好，具有较高的防水性能，避免翻浆冒泥病害再次发生。
6、耐久性好，尺寸稳定性高，能够保证聚氨酯水泥复合修补材料与轨道结构同寿命。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种聚氨酯水泥复合修补材料，包括：A组分、B组分和C组分；A组分包括多亚甲基多苯基异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯；B组分包括多元醇、聚氨酯消泡剂、噁唑烷除水剂、水和分子筛；C组分包括水泥和重钙粉。其中，本发明充分利用聚氨酯材料快速反应以及水泥基材料高强度和高耐久性的特点，利用分子筛快速充分吸收水分并储存相应的水分，多余的水分被噁唑烷除水剂除去，避免聚氨酯材料遇水产生体积膨胀；分子筛中物理储存的水分在水泥凝结硬化过程中又逐步的放出，为水泥水化提供水分，水泥水化产物与聚氨酯高分子链节形成了互穿网络结构。本发明的聚氨酯水泥复合修补材料同时具有聚氨酯材料的快速反应和高韧性，同时也兼具水泥基材料的高强度、高耐久性、高体积稳定性和高抗渗性，能够满足天窗点进行路基翻浆冒泥整治。
下面对本发明做进一步的详细描述：
本发明提供一种聚氨酯水泥复合修补材料，包括：A组分、B组分和C组分；其中：
本发明的A组分为异氰酸酯组分，包括多亚甲基多苯基异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯；其中，异氰酸酯组分中NCO的含量为28％～31％，多亚甲基多苯基异氰酸酯与二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比为1:1～9:1，优选为1:1～5:1，进一步优选为2:1。
进一步，二苯基甲烷二异氰酸酯为碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯，官能度为2.1％。
本发明的B组分为多元醇组合料，包括多元醇、聚氨酯消泡剂、噁唑烷除水剂、水、分子筛和催化剂；其中，按质量百分比计：多元醇为89％～96％，聚氨酯消泡剂为0.5％～3％，噁唑烷除水剂为1％～3％，水为0.5％～2％，分子筛为3％～8％，催化剂为0～0.5％、进一步优选为0.3％。
进一步，多元醇包括聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚合物多元醇中的两种或两种以上，多元醇的平均官能度为2～2.5、分子量为400～700，多元醇中至少含80％的环氧丙烷聚合物多元醇；
进一步，聚氨酯消泡剂为有机硅消泡剂，能够去除聚氨酯水泥复合材料中的气泡。
进一步，噁唑烷除水剂为1,3-氧氮杂环戊烷，能够吸收B组分中多余的水分。
进一步，分子筛为超细沸石粉、超细铝硅酸钠中的一种或两种，分子筛的粒径为0.1μm～50μm；其中，分子筛为多孔材料，能够吸收自身重量1～5倍的水分。
进一步，催化剂为有机锡、有机铋催化剂的一种或两种。
本发明的C组分包括水泥和重钙粉；其中，水泥和重钙粉的质量比为1:1～2:1，优选为100:85～150:85，水泥为超细硅酸盐水泥，粒径为0.1μm～20μm；重钙粉为重质碳酸钙粉，粒径为1μm～10μm。
本发明的A组分与B组分的质量比为70:100～110:100，优选为100:100～110:100，进一步优选为104:100～106:100，C组分占A组分与B组分质量和的50％～150％，优选为80％～130％，进一步优选为90％～121％。
本发明的聚氨酯水泥复合修补材料的工作机理为：
为了满足天窗时间内进行路基翻浆冒泥修复的需要，以及实现遇水体积不膨胀，反应速度快，强度发展迅速，力学强度高，耐久性优异，防水性能及体积稳定性好的效果；本发明充分利用分子筛可快速进行物理储水的特性，为水泥后期水化提供充足水分；同时利用噁唑烷除水剂除去多余的水分，避免聚氨酯材料遇水产生膨胀而导致聚氨酯材料密度及力学性能降低的缺陷；采用环氧丙烷聚合物多元醇，确保聚氨酯水泥修复材料有充足的工作时间，利用聚氨酯双组份间先化学反应形成分子链，分子链间的水泥再水化；同时，采用超细水泥以提高复合材料的强度，聚氨酯化学反应产物与水泥水化产生形成网络互传结构，形成的聚氨酯水泥复合结构既具有聚氨酯的良好粘结性能和韧性，又具有水泥基材料的高强度和高耐久性，同时也具有良好的抗渗性能，能够起到较好防水作用，进而防止雨水的渗入，从而防止翻浆冒泥病害的再次复发。
本发明的聚氨酯水泥复合修补材料可采用注浆的方式进行翻浆冒泥整治，能够满足高速铁路无砟轨道结构天窗时间作业的需要，其初始反应时间为5min～20min，凝结时间为30min～90min，遇水膨胀倍率为0，4h抗压强度≥5MPa，3d抗压强度≥70MPa，3d抗折强度≥50MPa；28d抗压强度≥100MPa，28d抗折强度≥70MPa，28d抗拉强度≥55MPa，28d断裂伸长率≥3％，与混凝土粘结强度≥5.0MPa，与路基级配碎石固结强度≥30MPa，抗渗性能≥P10。
实施例：
下述列举了3个实施例对各组分的具体配比及加入量进行试验及说明，同理基于本申请各组分的工作机理，在各组分对应范围内的加入量均可达到上述性能，故在此不做一一列举。
实施例1：
本发明提供一种聚氨酯水泥复合修补材料，包括：A组分、B组分和C组分；具体如表1所示：
表1
Figure BDA0002273343880000061
将表1中的A组分、B组分和C组分混合均匀后，测试聚氨酯水泥复合修补材料的反应速度，力学性能，粘结性能，抗渗性能和耐久性能；测试结果如表2所示：
表2
Figure BDA0002273343880000062
Figure BDA0002273343880000071
实施例2：
本发明提供一种聚氨酯水泥复合修补材料，包括：A组分、B组分和C组分；具体如表3所示：
表3
Figure BDA0002273343880000072
将表3中的A组分、B组分和C组分混合均匀后，测试聚氨酯水泥复合修补材料的反应速度，力学性能，粘结性能，抗渗性能和耐久性能；测试结果如表4所示：
表4
序号 试验项目 实施效果
1 初始反应时间(min) 5
2 凝结时间(min) 35
3 遇水膨胀倍率 0
4 4h抗压强度(MPa) 7.6
5 3d抗压强度(MPa) 78
6 3d抗折强度(MPa) 59
7 28d抗压强度(MPa) 109
8 28d抗折强度(MPa) 81
9 28d抗拉强度(MPa) 69
10 28d断裂伸长率(％) 3.0
11 与混凝土粘结强度(MPa) 5.8
12 与级配碎石固结强度 38
13 抗渗性能 P11
实施例3：
本发明提供一种聚氨酯水泥复合修补材料，包括：A组分、B组分和C组分；具体如表5所示：
表5
Figure BDA0002273343880000081
Figure BDA0002273343880000091
将表5中的A组分、B组分和C组分混合均匀后，测试聚氨酯水泥复合修补材料的反应速度，力学性能，粘结性能，抗渗性能和耐久性能；测试结果如表6所示：
表6
序号 试验项目 实施效果
1 初始反应时间(min) 5.6
2 凝结时间(min) 32
3 遇水膨胀倍率 0.4
4 4h抗压强度(MPa) 6.2
5 3d抗压强度(MPa) 59
6 3d抗折强度(MPa) 34
7 28d抗压强度(MPa) 82
8 28d抗折强度(MPa) 45
9 28d抗拉强度(MPa) 21
10 28d断裂伸长率(％) 1.3
11 与混凝土粘结强度(MPa) 2.7
12 与级配碎石固结强度 15
13 抗渗性能 P9
通过上述具体实施例的试验可知：
本发明添加分子筛和噁挫烷除水剂，匹配合适的消泡剂、催化剂体系，并添加适量的水，综合采用以上几种措施，可以得到具有遇水不膨胀，化学反应迅速，力学强度高，韧性好，优异耐久性，体积稳定性和抗渗性的聚氨酯水泥复合修补材料。因此，本发明中所得到的聚氨酯水泥复合修补材料能够较好地适用于铁路路基段、有砟轨道和无砟轨道翻浆冒泥整治和高速公路翻浆冒泥的整治。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚氨酯水泥复合修补材料，其特征在于，包括：A组分、B组分和C组分；
所述A组分包括多亚甲基多苯基异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯；
所述B组分包括多元醇、聚氨酯消泡剂、噁唑烷除水剂、水和分子筛；
所述C组分包括水泥和重钙粉。
2.如权利要求1所述的聚氨酯水泥复合修补材料，其特征在于，所述A组分与B组分的质量比为70:100～110:100，所述C组分占A组分与B组分质量和的50％～150％。
3.如权利要求1所述的聚氨酯水泥复合修补材料，其特征在于，所述A组分中NCO的含量为28％～31％，所述多亚甲基多苯基异氰酸酯与二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比为1:1～9:1。
4.如权利要求1或3所述的聚氨酯水泥复合修补材料，其特征在于，所述二苯基甲烷二异氰酸酯为碳化二亚胺改性二苯基甲烷二异氰酸酯。
5.如权利要求1所述的聚氨酯水泥复合修补材料，其特征在于，在所述B组分中，按质量百分比计：
所述多元醇为89％～96％，所述聚氨酯消泡剂为0.5％～3％，所述噁唑烷除水剂为1％～3％，所述水为0.5％～2％，所述分子筛为3％～8％。
6.如权利要求5所述的聚氨酯水泥复合修补材料，其特征在于，在所述B组分中：
所述多元醇包括聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚合物多元醇中的两种或两种以上，所述多元醇的平均官能度为2～2.5、分子量为400～700，所述多元醇中至少含80％的环氧丙烷聚合物多元醇；
所述聚氨酯消泡剂为有机硅消泡剂；
所述噁唑烷除水剂为1,3-氧氮杂环戊烷；
所述分子筛为超细沸石粉、超细铝硅酸钠中的一种或两种，所述分子筛的粒径为0.1μm～50μm。
7.如权利要求5所述的聚氨酯水泥复合修补材料，其特征在于，所述B组分还包括催化剂；
按质量百分比计，所述催化剂为0～0.5％。
8.如权利要求7所述的聚氨酯水泥复合修补材料，其特征在于，所述催化剂为有机锡、有机铋催化剂的一种或两种。
9.如权利要求1所述的聚氨酯水泥复合修补材料，其特征在于，所述水泥和重钙粉的质量比为1:1～2:1。
10.如权利要求8所述的聚氨酯水泥复合修补材料，其特征在于，所述水泥为超细硅酸盐水泥，粒径为0.1μm～20μm；
所述重钙粉为重质碳酸钙粉，粒径为1μm～10μm。
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