CN112980177A - 用于高铁路基的防水隔振微孔弹性体材料及其结构 - Google Patents

Abstract

用于高铁路基的防水隔振微孔弹性体材料及其结构，涉及建筑材料与应用领域。微孔弹性体材料，原料按照质量份数：粒径为12目到2００目的废旧橡胶粉末23‑32份、主成分为多元醇的聚氨酯胶结料A组分34‑40份、主成分为多异氰酸酯的聚氨酯胶结料B组分30‑35份、聚氨酯消泡剂0.6‑1.0份。本发明微孔弹性体材料具有较高的模量、良好的力学性能和减振隔振性能。路基防水、隔振结构用于铁路路基时包括由下至上依次铺设的土基、基床底层、基床表层、微孔弹性体材料防水隔振层、沥青或水泥混凝土支撑层和上部结构，防水隔振层作现场浇筑使用时的布设方法：设置模具；剪切搅拌配置混合物；浇筑防水隔振层。用于高铁路基，使得路基具有良好的防水、隔振性能，可有效减缓路基劣化。

Description

用于高铁路基的防水隔振微孔弹性体材料及其结构

技术领域

本发明涉及建筑材料与应用领域，具体涉及到一种用于高铁路基的废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料与结构。

背景技术

振动荷载和雨、雪、霜冻等天气状况伴随的路基含水量上升是两种导致路基性能退化的主要影响因素，随着高铁列车运营速度和频率的增加，由振动荷载和水分下渗引起的路基泥化、不均匀沉降或冻胀等病害将严重减损交通基础设施的使用寿命并导致交通安全隐患。

引入高性能路基防水、隔振结构是提升路基在长期交通荷载作用和恶劣天气条件下的耐久性的有效措施。目前常见的高铁路基防水结构层材料为水泥基材料、沥青混合料、橡胶沥青碎石防水封层等，其中水泥基材料包括普通水泥混凝土、纤维混凝土、混凝土加钢筋网片等，但脆性大易开裂、存在大量结构缝，因此变形适应能力差，易劣化轨道结构服役状态，同时隔振效果差。而沥青混凝土、橡胶沥青碎石防水封层材料虽然具备良好的防水抗渗性能与一定的隔振能力，但在严寒、温度变化范围大的等环境条件下的工作性能欠佳应变，时常由于低温性能不足出现裂缝等病害，难以保证路基的长期防水需求。

聚氨酯是一种由聚酯(或聚醚)与二异氰酸酯类化合物聚合而成的物理、化学、力学性能优异的高分子材料，拥有优异的加工、防水抗渗及减振性能。而废旧橡胶粉末则是一种玻璃化温度较低低的完全无定形弹性粉末，用作改性剂时可一定程度改善原始材料的高低温性能、弹性恢复性能、抗疲劳性能、摩擦性能和粘结力，在目前被认作是发展废旧橡胶轮胎循环经济的一种具有良好前景和巨大社会效益的利用形式，已经推广应用到诸多不同的领域。

废旧橡胶粉末填充热塑性聚氨酯具有良好的物理力学性能，同时可以显著降低将聚氨酯用于土木、建筑、交通领域的成本。目前已报道的废旧橡胶粉末填充热塑性聚氨酯复合材料包括硬质和软质泡沫以及弹性体，其中弹性体具备作为防水、隔振结构在路基中起到支撑、缓冲和防水抗渗作用的可能性，但现存的废旧橡胶粉末填充热塑性聚氨酯弹性体材料的模量普遍较低，难以作为结构层支撑上部结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好的防水性、延伸性、耐候性和加工性能的高铁路基防水、隔振用废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料，规定其制备方法，并提供基于该微孔弹性体材料的高铁路基防水、隔振结构和布设方式，以解决现有路基防水、隔振材料及其结构的长期防水抗渗及隔振性能不足的问题。

本发明的上述一个目的可通过下列基础方案来实现：

一种废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料，包括如下重量份数的制备原料：

粒径为12目到200目的废旧橡胶粉末23-32份、主成分为多元醇的聚氨酯胶结料A组分34-40份、主成分为多异氰酸酯的聚氨酯胶结料B组分30-35份、聚氨酯消泡剂0.6-1.0份。所述聚氨酯胶结料为双组分非水性聚氨酯，抗拉强度口15Mpa，断裂伸长率＞20％，70℃粘结拉拔强度＞2Mpa。

作为优选，制备原料的重量份数：粒径为80目的废旧橡胶粉末30份、主成分为多元醇的聚氨酯胶结料A组分38.45份、主成分为多异氰酸酯的聚氨酯胶结料B组分30.75份、聚氨酯消泡剂0.8份。(实施例1)

使用多功能材料试验系统(UTM)测定微孔弹性体材料的准静态弹性模量，试验结果表明，本发明的废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料的弹性模量在200MPa以上。

本发明的另一个目的通过以下技术方案实现：

一种废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料的制备方法，包括以下步骤：

按照上述的原料配比进行称重，步骤(1)将废旧橡胶粉末置于烘箱中在100-130℃搅拌干燥1-3小时；步骤(2)称取聚氨酯胶结料A、B加入到低速剪切搅拌机中，控制转速为60-100转/分钟，剪切搅拌0.5-1分钟，再将干燥的废旧橡胶粉末加入，剪切搅拌1-2分钟，再将聚氨酯消泡剂加入，剪切搅拌0.5-1分钟；步骤(3)混合物浇筑入模具成型，静置养生1-2天后脱模。

本发明的另一个目的通过以下技术方案实现：

基于微孔弹性体材料的路基防水、隔振结构及其布设方法。

基于微孔弹性体材料的路基防水、隔振结构用于铁路路基时包括结构：土基(1)、基床底层(2)、基床表层(3)、微孔弹性体材料防水隔振层(4)、沥青或水泥混凝土支撑层(5)和上部结构(6)。

本发明提供的基于微孔弹性体材料的高铁路基防水、隔振结构的防水隔振层作现场浇筑使用时，布设方法包括以下步骤：

步骤一：根据防水隔振层所处的服役环境，设定防水隔振层厚度，设置模具；

步骤二：剪切搅拌配置混合物；

步骤三：浇筑防水隔振层，静置养生1-2天后脱模；

本发明提供的基于微孔弹性体材料的高铁路基防水、隔振结构的防水隔振层作预制使用时，布设方法包括以下步骤：

步骤一：根据设计、施工图设计及防水隔振层所处的服役环境，设定防水隔振层预制件的长度、宽度、厚度，设置预制模具；

步骤二：剪切搅拌配置混合物；

步骤三：浇筑混合物到预制模具中，静置养生1-2天后脱模；

步骤四：现场安装防水隔振层预制件，接缝用高性能防水粘结剂粘合。

本发明提供的废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料与结构与现有技术相比，有益效果体现在：本发明所提供的废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料与结构具备优良的支撑性能、防水性、抗疲劳性能、耐候性和隔振减振性能，用于铁路防水封闭层时可有效衰减荷载振动，防止水分下渗，从而可以长期有效防止路基泥化、不均匀沉降或冻胀等病害造成的路基劣化，延长铁路的使用寿命。

本发明提供的废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料与结构作预制使用时的布设方法与现有技术相比具有如下优点：工艺简单，步骤少，不受外界条件影响，铺装效率高。

附图说明

图1是实施例1中铁路路基的整体结构示意图

图2是实施例1有限元仿真模拟应用于高铁路基时路床顶面压应力情况

图3是实施例1有限元仿真模拟应用于高铁路基时整体最大竖向变形情况

具体实施方式

为进一步说明本发明的技术特征，结合具体实施例对本发明进行详细地阐述。实施例只对本发明具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本发明的保护范围。

实施例1

一种废旧橡胶粉与聚氨酯复合的铁路路基防水、隔振微孔弹性体材料与结构，其中废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料由下述重量份数的制备原料组成：

粒径为80目的废旧橡胶粉末30份、主成分为多元醇的聚氨酯胶结料A组分34-40份、主成分为多异氰酸酯的聚氨酯胶结料B组分30-35份、聚氨酯消泡剂0.8份。

其中：

粒径为80目的废旧橡胶粉末的来源是：购置牌号为广州爱其科技股份有限公司精细能量橡胶粉，80目，符合GB T 19208-2008标准；

主成分为多元醇的聚氨酯胶结料A组分的来源是：购置牌号为上海瑟纳新材料有限公司SN-RDE双组份聚氨酯胶粘剂A胶；

主成分为多异氰酸酯的聚氨酯胶结料B组分的来源是：购置牌号为，，，，上海瑟纳新材料有限公司SN-RDE双组份聚氨酯胶粘剂B胶；

聚氨酯消泡剂的来源是：购置牌号为上海粤万新材料有限公司Z-64聚氨酯消泡剂；

本实施例优选聚氨酯胶结料组分B∶A配比，使用多功能材料试验系统(UTM)评价微孔弹性体材料的准静态弹性模量。表1为聚氨酯胶结料不同配比下的微孔弹性体材料准静态弹性模量。从表中可以看出主成分为多元醇的聚氨酯胶结料A组分38.45份、主成分为多异氰酸酯的聚氨酯胶结料B组分30.75份时，微孔弹性体材料的准静态弹性模量值更高，选用组分B∶A配比为0.8。

表1

结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于微孔弹性体材料的高铁路基防水隔振结构，由下而上依次包括土基1、基床底层2、基床表层3、微孔弹性体材料防水隔振层4、沥青或水泥混凝土支撑层5和上部结构6。

本实施方式包括以下步骤：

(1)修筑土基1、基床底层2和基床表层3后，根据规划、施工设计设置一定宽度和长度的模具，根据防水隔振层所处的服役环境，设定防水隔振层厚度为5厘米；

(2)根据施工总量和上述的原料配比，准备并称取原材料，将废旧橡胶粉末置于烘箱中在110℃下搅拌干燥2小时；

(3)称取聚氨酯胶结料A、B加入到低速剪切搅拌机中，控制转速为60转/分钟，剪切搅拌1分钟，再将干燥的废旧橡胶粉末加入，剪切搅拌1分钟，再将聚氨酯消泡剂加入，剪切搅拌0.5分钟；

(4)将上述得到的混合物浇筑入模具，并盖上上压板成型，静置养生1-2天后脱模得到微孔弹性体材料防水隔振层4；

(5)在微孔弹性体材料防水隔振层4上喷洒层间粘结剂，而后修筑沥青或水泥混凝土支撑层5，并安装上部结构6。

沥青或水泥混凝土支撑层5和上部结构6为本领域熟知的功能层。

利用有限元仿真软件模拟废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料与结构用于高铁路基的路用性能，发现微孔弹性体材料与结构相较于沥青混合料可以更有 效地传递荷载。结合图2可以发现，在列车动荷载和静荷载作用下，微孔弹性体材料用于防水封闭层时与沥青混凝土用于防水封闭层时高铁路基顶面压应力值相差不大，与武广高铁实测值基本相符。结合图3可以发现，在列车静荷载作用下，微孔弹性体材料用于防水封闭层时与沥青混凝土用于防水封闭层时高铁路基总体沉降变形相近，在列车静荷载作用下两者均符合规范要求。同时，渗水试验表明，微孔弹性体材料与结构防水性能好。

可见本实施例所提供的高铁路基用的废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料与结构具备优良的支撑性能、防水性、抗疲劳性能、耐候性和隔振减振性能。可有效衰减荷载振动，防止水分下渗，从而可以长期有效防止路基劣化，延长铁路的使用寿命。

实施例2

一种基于废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料的高铁路基防水、隔振结构

本实施方式与上述实施例1大致相同，区别在于本实施方式：

(1)根据设计、施工图设计及防水隔振层所处的服役环境，设定防水隔振层预制件的长度、宽度、厚度，设置预制模具；

(2)剪切搅拌配置混合物；

(3)浇筑混合物到预制模具中，静置养生1-2天后脱模；

(4)修筑土基1、基床底层2和基床表层3后，现场安装防水隔振层预制件，接缝用高性能防水粘结剂粘合，得到微孔弹性体材料防水隔振层4；

(5)在微孔弹性体材料防水隔振层4上喷洒层间粘结剂，而后修筑沥青或水泥混凝土支撑层5，并安装上部结构6。

Claims (9)

1.一种废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料，其特征在于，包括废旧橡胶粉末，主成分为多元醇的聚氨酯胶结料A组分，主成分为多异氰酸酯的聚氨酯胶结料B组分，聚氨酯消泡剂；所述聚氨酯胶结料为双组分非水性聚氨酯，抗拉强度＞15Mpa，断裂伸长率＞20％，70℃粘结拉拔强度＞2Mpa。

2.根据权利要求1所述的废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料，其特征在于，按照质量份计包括：粒径为12目到200目的废旧橡胶粉末23-32份、主成分为多元醇的聚氨酯胶结料A组分34-40份、主成分为多异氰酸酯的聚氨酯胶结料B组分30-35份、聚氨酯消泡剂0.6-1.0份。

3.根据权利要求1所述的废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料，其特征在于，按照质量份计包括：废旧橡胶粉末30份、主成分为多元醇的聚氨酯胶结料A组分38.45份、主成分为多异氰酸酯的聚氨酯胶结料B组分30.75份、聚氨酯消泡剂0.8份。

4.根据权利要求1所述的废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料，其特征在于，废旧橡胶粉末粒径范围为12目到200目。

5.根据权利要求1所述的废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料，其特征在于，微孔弹性体材料的低频动态弹性模量在200MPa以上。

6.根据权利要求1所述的废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料，其特征在于，生产方法包括以下步骤：

(1)将废旧橡胶粉末置于烘箱中在100-130℃搅拌干燥1-3小时；

(2)称取聚氨酯胶结料A、B加入到低速剪切搅拌机中，控制转速为60-100转/分钟，剪切搅拌0.5-1分钟，再将干燥的废旧橡胶粉末加入，剪切搅拌1-2分钟，再将聚氨酯消泡剂加入，剪切搅拌0.5-1分钟；

(3)混合物浇筑入模具成型，静置养生1-2天后脱模。

7.一种基于权利要求1-5任一项所述的废旧橡胶粉与聚氨酯复合的防水、隔振微孔弹性体材料的路基防水、隔振结构，其特征在于，用于高铁路基时包括结构：

土基(1)、基床底层(2)、基床表层(3)、微孔弹性体材料防水隔振层(4)、沥青或水泥混凝土支撑层(5)和上部结构(6) 。

8.根据权利要求7或8所述的微孔弹性体材料防水隔振层(3)，其特征在于，现场浇筑使用时的布设方法包括如下步骤：

步骤一：根据防水隔振层所处的服役环境，设定防水隔振层厚度，设置模具；

步骤二：剪切搅拌配置混合物；

步骤三：浇筑防水隔振层，静置养生1-2天后脱模。

9.根据权利要求7或8所述的微孔弹性体材料防水隔振层(3)，其特征在于，预制使用时的布设方法包括如下步骤：

步骤一：根据设计、施工图设计及防水隔振层所处的服役环境，设定防水隔振层预制件的长度、宽度、厚度，设置预制模具；

步骤二：剪切搅拌配置混合物；

步骤三：浇筑混合物到预制模具中，静置养生1-2天后脱模；

步骤四：现场安装防水隔振层预制件，接缝用高性能防水粘结剂粘合。

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