聚氨酯固化道床的力学性能试验研究_郄录朝
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铁路有砟道床聚氨酯固化技术的发展及应用页数:6
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基于离散元法的聚氨酯固化道床力学特性页数:6
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聚氨酯固化道床用聚氨酯材料使用寿命预测
聚氨酯固化道床用聚氨酯材料使用寿命预测朱彦;韩文;于大海;崔燕军;唐劲松;王红;郄录朝;许永贤【摘要】聚氨酯固化道床中聚氨酯主要原材料有异氰酸酯、多元醇和催化剂,固化道床的耐久性要求聚氨酯固化材料经干热老化、湿热老化和紫外线老化后其拉伸强度和断裂伸长率保持率在70%以上.老化试验结果表明:聚氨酯固化道床用聚氨酯泡沫材料在多种严酷环境下均具有优异的耐老化性能,并能长期保持综合性能的稳定.基于人工加速湿热老化试验数据,采用时温叠加方法估算出聚氨酯固化道床用聚氨酯材料的使用寿命可达45.2年.%The main raw materials of polyurethane include isocyanate,polyol and catalyst in polyurethane solidified ballast bed,and the durability of solidified ballast bed requires that the tensile strength and elongation of polyurethane solidified material should be above 70% after dry-heat aging,hygrothermal aging and ultraviolet aging. Aging test results show that polyurethane foam material used in polyurethane solidified ballast bed has excellent aging resistance ability and can maintain long-term stability of the overall performance in a variety of harsh environments. Based on artificial accelerated hygrothermal aging test data and calculated by time temperature superposition method,the service life of polyurethane material used in polyurethane solidified ballast bed will be up to 45. 2 years.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】5页(P113-117)【关键词】聚氨酯固化道床;聚氨酯材料;使用寿命;老化试验;拉伸强度;断裂伸长率【作者】朱彦;韩文;于大海;崔燕军;唐劲松;王红;郄录朝;许永贤【作者单位】上海华峰材料科技研究院,上海 201203;上海华峰材料科技研究院,上海 201203;上海华峰材料科技研究院,上海 201203;上海华峰材料科技研究院,上海201203;上海华峰材料科技研究院,上海 201203;中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】U213.7+2聚氨酯固化道床是在稳定碎石道床内浇注聚氨酯材料，材料反应后，填充道砟间空隙，并粘接道砟，形成的弹性整体道床，如图1所示。
《聚氨酯弹性体静动态力学性能及本构关系的研究》
《聚氨酯弹性体静动态力学性能及本构关系的研究》篇一一、引言聚氨酯弹性体作为一种高性能的聚合物材料，在众多领域中得到了广泛的应用。
其独特的力学性能，包括静动态力学性能，使得聚氨酯弹性体在橡胶、塑料、涂料以及生物医学等多个领域有着不可替代的作用。
为了更深入地了解其力学特性及本构关系，本文对聚氨酯弹性体的静动态力学性能及本构关系进行了详细的研究。
二、聚氨酯弹性体的静力学性能研究聚氨酯弹性体的静力学性能主要包括其在静态负载下的形变和应力响应。
在实验中，我们采用了一系列不同硬度的聚氨酯弹性体样品，通过静态拉伸试验，得到了其应力-应变曲线。
实验结果表明，聚氨酯弹性体在静态负载下表现出良好的弹性和较高的拉伸强度。
随着硬度的增加，其拉伸强度和模量也相应提高。
此外，我们还发现聚氨酯弹性体在形变过程中表现出明显的非线性行为，这与其独特的分子结构和微观结构密切相关。
三、聚氨酯弹性体的动力学性能研究与静力学性能不同，动力学性能主要研究的是材料在动态负载下的响应。
我们通过动态力学分析（DMA）技术，对聚氨酯弹性体在不同频率、不同温度下的动态性能进行了研究。
实验结果显示，聚氨酯弹性体在动态负载下表现出良好的能量吸收能力和优异的阻尼性能。
此外，其动态模量和内耗随温度和频率的变化呈现出明显的变化规律，这为其在振动控制、隔音材料等领域的应用提供了重要的理论依据。
四、聚氨酯弹性体的本构关系研究本构关系是描述材料应力-应变关系的数学模型。
为了更好地描述聚氨酯弹性体的力学行为，我们采用了超弹性本构模型（如Neo-Hookean模型、Yeoh模型等）对其进行了研究。
通过对比不同模型的拟合效果，我们发现Yeoh模型能够较好地描述聚氨酯弹性体的应力-应变关系。
此外，我们还发现聚氨酯弹性体的本构关系受其硬度、温度和频率等因素的影响。
因此，在实际应用中，需要根据具体的使用条件选择合适的本构模型。
五、结论通过对聚氨酯弹性体的静动态力学性能及本构关系的研究，我们得到了以下结论：1. 聚氨酯弹性体在静态和动态负载下均表现出良好的力学性能；2. 聚氨酯弹性体在形变过程中表现出明显的非线性行为，其硬度、温度和频率等因素对其力学性能和本构关系产生影响；3. Yeoh模型能够较好地描述聚氨酯弹性体的应力-应变关系，为其在不同领域的应用提供了重要的理论依据；4. 在实际应用中，需要根据具体的使用条件选择合适的本构模型和材料。
活动断裂带条件下列车-聚氨酯固化道床轨道系统竖向振动分析
第52卷第2期2021年2月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.2Feb.2021活动断裂带条件下列车−聚氨酯固化道床轨道系统竖向振动分析孔凡兵1，褚卫松1，常卫华1，林士财1，余翠英2，龚凯3(1.中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西省铁道及地下交通工程重点实验室，陕西西安，710043；2.华东交通大学理学院，江西南昌，330013；3.华东交通大学土木建筑学院，江西南昌，330013)摘要：为探讨活动断裂带条件下聚氨酯固化道床的动力特性及环境适应性，明确系统动力响应与断裂位移的对应关系，针对断裂地带工程地质特征，基于有限单元法建立列车−聚氨酯固化道床系统竖向振动分析模型。
研究结果表明：断裂所致的基础错动将直接映射到轨面，形成明显的轨道不平顺，断裂处及端部上拱位置形成明显离缝甚至脱空；系统振动响应随断裂位移增大明显增大，列车在冲击区出现明显“冲击—减载—回稳”现象，且随断裂位移的增大愈明显；断裂位移控制应以安全性指标控制为主，舒适性指标为辅为原则，建议断裂位移控制在20mm 以下；日常养护维修应着重关注断缝及其两侧轨道结构的服役状态以减小冲击范围。
本研究可为川藏铁路及类似工程建设提供参考。
关键词：铁道工程；聚氨酯固化道床；断裂带；轨道不平顺；竖向振动；动力特性中图分类号：U213.2文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2021）02-0625-10Analysis of vertical vibration of vehicle −polyurethane cured trackbed system under active fracture zone conditionsKONG Fanbing 1,CHU Weisong 1,CHANG Weihua 1,LIN Shicai 1,YU Cuiying 2,GONG Kai 3(1.Shanxi Railway and Underground Traffic Engineering Key Laboratory,China Railway First Survey and DesignInstitute Group Co.Ltd.,Xi'an 710043,China;DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.02.031收稿日期：2020−04−03；修回日期：2020−06−17基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51978265，52068028)；江西省教育厅科学技术项目(GJJ190319,GJJ170392)；华东交通大学博士启动资金资助项目(2003419051)；华东交通大学科研启动基金资助项目(10012003416034)(Projects(51978265,52068028)supported by the National Natural Science Foundation of China;Projects ((GJJ190319,GJJ170392)supported by the Science and Technology Foundation of Department of Education of Jiangxi Province;Project(2003419051)supported by the East China Jiaotong University PhD Starts Fund;Project(10012003416034)supported by the East China Jiaotong University Research Startup Fund)通信作者：余翠英，博士，副教授，从事列车脱轨控制、列车−轨道系统空间振动及铁路轨道结构等研究；E −mail ：****************引用格式：孔凡兵,褚卫松,常卫华,等.活动断裂带条件下列车−聚氨酯固化道床轨道系统竖向振动分析[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(2):625−634.Citation:KONG Fanbing,CHU Weisong,CHANG Weihua,et al.Analysis of vertical vibration of vehicle −polyurethane cured track bed system under active fracture zone conditions[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(2):625−634.第52卷中南大学学报(自然科学版)2.School of Science,East China Jiaotong University,Nanchang330013,China;3.School of Civil Engineering and Architecture,East China Jiaotong University,Nanchang330013,China) Abstract:To investigate the dynamic characteristics and environmental adaptability of polyurethane cured track bed under active fault zone conditions,and clarify the corresponding relationship between system dynamic response and fracture displacement,a vibration analysis model of vertical train-polyurethane cured bed track system was established based on the finite element method by considering the engineering geological characteristics of the fault zone.The results show that the foundation misalignment caused by the fault will be directly mapped to the rail surface and will cause obvious track irregularities.Obvious gaps or even vacancies are formed at the position of fracture and the ends of upper arch.The system vibration response increases significantly with the increase of the fracture displacement.Trains have obvious"Shock—load reduction—stabilization" phenomenon in the impact area,and become more and more obvious with the increase of fracture displacement. Control of fracture displacement should be based on safety index mainly,supplemented by comfort index.It is recommended that the fracture displacement should be controlled below20mm.The service status of track structure at the fracture position and its sides at daily maintenance should be focused to reduce the impact range. The research will provid a reference for the construction of the Sichuan—Tibet Railway and the similar projects.Key words:railway engineering;polyurethane cured track bed;fault zone;track irregularity;vertical vibration; dynamic characteristics高速铁路无砟轨道因具备高平顺性、高稳定性、高可靠性和高耐久性这4大基本性能，已在我国高速铁路建设中得到广泛应用，并形成了较为完备的无砟轨道结构体系[1]。
大西高速铁路聚氨酯固化道床技术应用
特别策划大西高速铁路聚氨酯固化道床技术应用冯仲伟，许良善，郄录朝，余文颖，徐旸（中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京100081）摘要：根据国内外高速铁路应用现状及相关研究和试验，有砟轨道面临道砟飞溅、道床稳定性弱、道砟易粉化、轨道几何形位变化快等诸多挑战。
2010年以来，针对铁路建设和运营需求，我国研发形成了具有自主知识产权的高速铁路聚氨酯固化道床结构设计、材料制备、施工工艺和装备、养护维修等成套技术，成果首次在大西高速铁路综合试验段进行了应用考核。
试验结果表明：按照提出的施工工艺浇筑施工后可形成设计的固化道床断面，聚氨酯固化材料和道砟粘结良好；道床纵横向阻力明显增加，具有良好的轨距保持能力，各项动力学测试指标均在评判标准限值范围内；与无砟轨道相比，聚氨酯道床路基面时域减振效果2.8～7.4dB，噪声降低0.9～2.6dB（A）。
大西高速铁路综合试验成功验证了聚氨酯固化道床的良好性能，对于提升我国高速铁路有砟轨道技术，丰富高速铁路轨道结构型式具有重要意义。
关键词：大西高铁；聚氨酯固化道床；轨道结构；施工工艺；动力性能；振动噪声中图分类号：U213.2文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）06-0016-05 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.06.0160引言轨道是铁路的主要技术装备之一，是行车的基础［1］，我国主要存在有砟轨道和无砟轨道2种轨道结构型式。
无砟轨道具有整体性强、稳定性好、轨道几何形位易于保持等优点，经过多年科技创新攻关和运营实践，我国已形成了多种无砟轨道结构体系，技术水平达到世界领先，是铁路长大隧道和时速300km及以上高速铁路采用的主要轨道结构。
有砟轨道具有弹性好、工程投资低等优点，但仅在时速200~250km高速铁路普遍采用，在设计时速300km及以上的高速铁路的长大桥、地质活动断裂带等特殊区段，因下部基础变形等条件限制铺设有砟轨道（但限速250km/h运行）。
预制装配式聚氨酯固化道床优化设计方案
预制装配式聚氨酯固化道床优化设计方案
王永刚
【期刊名称】《铁道标准设计》
【年(卷),期】2022(66)11
【摘要】预制装配式聚氨酯固化道床可实现道床结构的工厂化制造、装配式施工及单元化维修,对工程与环境条件恶劣的项目具有良好的适应性。
为评估其结构设计、施工、运维的合理性并为其结构优化设计提供方向,在西银高铁首次建立装配式聚氨酯固化道床线上综合试验段。
针对试验段建设中存在的问题进行研究分析,提出优化设计方案与思路,得出主要结论如下:道床块与轨枕之间粘接力不足、扣件调整能力差以及轨枕块之间缝隙施工便捷性差等是预制装配式聚氨酯固化道床存在的主要问题,在预制聚氨酯轨枕块、扣件等方面均具备一定优化设计空间;为确保道床块与轨枕之间的粘接力,且便于现场实施,预制装配式聚氨酯固化道床轨枕宽度宜为400 mm;为满足预制装配式聚氨酯固化道床日常维护调整需求,建议配套研发大调整量扣件系统,使其调整能力与无砟轨道扣件相当。
【总页数】5页(P58-62)
【作者】王永刚
【作者单位】中国铁路西安局集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U213.7;U238
【相关文献】
1.聚氨酯固化道床用聚氨酯材料使用寿命预测
2.预制式聚氨酯固化道床合理设计参数研究
3.隧道洞渣在铁路新型预制聚氨酯固化道床中的应用
4.预制装配式聚氨酯道床结构研究
5.六枪头聚氨酯固化道床浇注设备研究
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铁路有砟道床聚氨酯固化技术的发展及应用
铁路有砟道床聚氨酯固化技术的发展及应用王红【摘要】道床弹性固化技术是解决有砟轨道稳定性差、养护维修工作量大，以及高速铁路飞砟等问题的主要技术途径。
论文介绍了聚氨酯材料道砟粘结和固化道床技术的作用机理、发展历史、试验研究及应用现状，分析了两种道砟固化技术在我国高速和重载铁路上的应用范围、前景和发展方向。
%Elastic curing technology for ballast bed is the main technical approach for solving poor stability and large maintenance and repair workload of ballasted track. This paper introduced mechanism,development history, experiment and applications of Polyurethane ballast bonding and curing ballast bed technology and analyzed the application scope,prospect and development direction of two kinds of ballast bonding technology in Chinese high speed and heavy haul railway.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】6页(P135-140)【关键词】有砟轨道;道砟粘结;固化道床;聚氨酯【作者】王红【作者单位】中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081【正文语种】中文【中图分类】U213.7铁路有砟道床的固化，是在碎石道床满足相关设计施工标准后灌注或喷洒固化材料，将散粒体道床固结成整体结构的过程。
有砟道床的固化主要经历了刚性固化和弹性固化两个阶段。
沪昆高铁北盘江特大桥聚氨酯固化道床施工质量控制技术
沪昆高铁北盘江特大桥聚氨酯固化道床施工质量控制技术赵健【摘要】聚氨酯固化道床是一种新型的轨道结构,兼备有砟轨道和无砟轨道的优点,可在有特定需要的区段铺设.沪昆高铁北盘江特大桥主桥为跨度445 m的上承式钢筋混凝土拱桥,设计的聚氨酯固化道床轨道结构受温度和徐变作用影响比较小,有利于线路的稳定且维修方便.本文介绍了碎石道床填筑和聚氨酯固化道床浇注施工质量控制技术,并对线路质量进行了动态测试.测试结果表明,北盘江特大桥聚氨酯固化道床能够满足列车运行安全性和稳定性要求,同时也适应高速铁路大跨度桥梁变形的要求,轨道平顺性良好,质量控制措施效果显著.%Polyurethane-stabilized ballast bed is a new type of track structure,which has the advantages of ballast track and ballastless track and could be laid in sections with specific requirements.Beipan river main bridge is the deck-type reinforced concrete arch bridge with 445 m span in Shanghai-Kunming high speed railway and the temperature and creep effect has little influence on the track structure with polyurethane-stabilized ballast bed,which could be propitious to railway line stability and convenient maintenance.This paper introduced the construction quality control technology of the gravel ballast bed filling and polyurethane-stabilized ballast bed pouring and dynamic test of the railway line quality was carried out.The test results indicate that polyurethane-stabilized ballast bed of Beipan river super bridge could meet the requirements of train running safety and stability and also adapt to the requirements of long span bridge deformation inhigh speed railway at the same time,the track regularity is good and the quality control measures are effective.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2017(000)002【总页数】5页(P120-123,128)【关键词】高速铁路;质量控制;动态测试;聚氨酯固化道床;填筑;浇注【作者】赵健【作者单位】中国铁路总公司工程管理中心,北京 100844【正文语种】中文【中图分类】U213.2+41沪昆高铁北盘江特大桥位于贵州省安顺市和黔西南州交界处，连接岗乌隧道与光照隧道，全桥长721.25 m，主桥采用1孔445 m上承式钢筋混凝土拱桥，设计速度为300 km/h。
聚氨酯固化道床发展与应用
- 127 -工 程 技 术１ 无砟与有砟轨道性能的对比１．１ 无砟轨道无砟轨道的优点是维修工作量小、稳定性好，保持轨道高平顺能力强，轨道高度低，二期恒载小，外观好，不存在有砟轨道的飞砟现象。
无砟轨道存在的问题是初期投资大，建设成本是有砟轨道的1.5~2.0倍以上。
可维修性差，特别是线下工程出现变形时难以恢复原有的高平顺性。
噪声比有砟轨道高约5 dB。
轨道几何尺寸一旦设定后，后期无法做大的调整。
１．２ 有砟轨道有砟轨道的优点是建设费用低、振动噪声低、建设周期短、可修复性好以及轨道几何尺寸调整空间大。
有砟轨道存在的问题有3 个方面。
1）维修工作量大，传统铁路道床维修量占线路维修量的70％以上，高速铁路线路维修量是传统铁路的2倍，每年须进行至少一次大机养护作业。
2）有砟轨道的稳定性差，尤其是在桥梁地段，由于与桥梁共振引起的道床失稳增大了日常的维修频率。
3）道砟飞溅，引发车辆和钢轨伤损以及其他运输安全问题。
隧道内有砟轨道养护维修难度大，具体有3个维修难点。
1）煤粉、制动地段的撒沙等污染引起道床板结。
某些铁路道床污染速率快（3个月左右），宽枕线路运营3个月，煤粉会将扣件全部覆盖，以隧道进出口地段污染最为严重。
煤粉等污染物落在枕木盒中，造成道床板结严重，道床弹性不足，钢轨波磨较严重。
2）隧道渗漏水等病害引起道床翻浆冒泥，轨道几何尺寸变化大。
3）隧道断面小，无法进行大机清筛作业，养护维修困难。
在养护维修作业中，靠人工将沉积在道床内的石砟、煤面及粉尘等清理出隧道，工作量大，劳动条件恶劣，由于养护维修人员不能及时离开隧道，维修天窗时间结束后，列车通过时的煤屑对躲避在避车洞内养修人员的安全和身体健康都不利。
２ 道床固化技术无砟轨道和有砟轨道技术性能的缺点，促进了道床固化技术的研究与发展。
道床固化主要分为道砟黏结和聚氨酯固化道床2类。
道砟黏结技术是在道砟的表面和接触点上采用道砟胶材料进行粘结，道砟胶不进入道砟的空隙中，它能够提高道床表面的整体性，防止道砟飞溅，提高道床承载力，减少道床下沉变形，提高道床纵横向阻力，增强道床稳定性。
聚氨酯固化道床的力学性能试验研究_郄录朝
聚氨酯泡沫固化材料的工作性能（ 起发时间、表 干时间） 和物理力学性能（ 自由发泡密度、压缩强度、 拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、压缩永久变形、干热 老化、湿热老化、耐紫外线老化、低温性能恢复能力、阻 燃性能） 均应满足相应要求。
聚氨酯原材料及产品应满足环保要求，不应对人 体、生物和环境造成有害影响。
图 9 静态荷载—变形曲线
2） 高速荷载重复加载试验 轨枕支承刚度随高速铁路荷载作用次数变化曲线 见图 10。可以看出，轨枕支承刚度在高速铁路荷载作 用 50 万次后基本不再发生变化，弹性保持较好。 实尺模型累积变形随高速铁路荷载作用次数的变 化曲线见图 11。可以看出，道床累积变形在初期增长 较快，基本上呈直线增长，随 着 荷 载 作 用 次 数 的 增 加 ， 变形趋向稳 定，说 明 聚 氨 酯 固 化 道 床 在 初 期 同 样 要 经历一个 压 实、稳 定 的 过 程。这 与 普 通 碎 石 道 床 累 积变形规律 一 致，但 其 下 沉 量 相 比 普 通 有 砟 轨 道 却 小得多。
107
文章编号： 1003-1995（ 2015） 01-0107-06
聚氨酯固化道床的力学性能试验研究
郄录朝1，2 ，王 红2 ，许永贤2 ，许良善2 ，刘海涛2 ，曾树谷2
（ 1． 中国铁道科学研究院 研究生部，北京 100081； 2． 中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081）
图 6 冻融后静刚度和累积变形随荷载作用次数变化曲线
图 5 试件累积变形曲线
3） 冻融试验 冻融试验的目的是检验材料经反复冻融后，内部 结构及承载能力的变化。包括材料反复冻融后，材料 的吸水率变化、材质的脆化和老化、材料弹性变化、材 料整体承载能力和累积变形速率变化。首先对试件进 行吸水试验，然后进行冻融试验。具体试验步骤如下： ①对每个试件灌水，静置 120 h，测试其吸水率。②将 铁桶表面积水倒掉，在（ － 20 ± 2） ℃ 冰箱中冷冻 16 h， 然后 加 热 到 40 ℃ ，保 持 8 h。冻 融 循 环 5 次，每 次 24 h。③对冻融后试件进行疲劳试验。 试件表面加水静置 120 h 后，通过对试件表面及 底部观察以及吸水率测试，发现聚氨酯固化道床只是 在表层吸水，且吸水率很小，最大没超过 0. 36% 。冻 融后，进行重复加载，试件静刚度和累积变形随荷载作 用次数变化曲线见图 6。冻融后试件荷载—变形曲线 见图 7。冻 融 后 将 试 件 从 中 间 切 开，其 内 部 结 构 见 图 8。 由图 6 可见，开始时其累积变形和静刚度有一个 增长阶段，随后静刚度与累积变形不再发生变化，这与 冻融前变化趋势一致，且试件弹性与冻融前也无明显
聚氨酯原材料及产品应满足环保要求，不应对人 体、生物和环境造成有害影响。
图 9 静态荷载—变形曲线
2） 高速荷载重复加载试验 轨枕支承刚度随高速铁路荷载作用次数变化曲线 见图 10。可以看出，轨枕支承刚度在高速铁路荷载作 用 50 万次后基本不再发生变化，弹性保持较好。 实尺模型累积变形随高速铁路荷载作用次数的变 化曲线见图 11。可以看出，道床累积变形在初期增长 较快，基本上呈直线增长，随 着 荷 载 作 用 次 数 的 增 加 ， 变形趋向稳 定，说 明 聚 氨 酯 固 化 道 床 在 初 期 同 样 要 经历一个 压 实、稳 定 的 过 程。这 与 普 通 碎 石 道 床 累 积变形规律 一 致，但 其 下 沉 量 相 比 普 通 有 砟 轨 道 却 小得多。
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文章编号： 1003-1995（ 2015） 01-0107-06
聚氨酯固化道床的力学性能试验研究
郄录朝1，2 ，王 红2 ，许永贤2 ，许良善2 ，刘海涛2 ，曾树谷2
（ 1． 中国铁道科学研究院 研究生部，北京 100081； 2． 中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081）
图 6 冻融后静刚度和累积变形随荷载作用次数变化曲线
图 5 试件累积变形曲线
3） 冻融试验 冻融试验的目的是检验材料经反复冻融后，内部 结构及承载能力的变化。包括材料反复冻融后，材料 的吸水率变化、材质的脆化和老化、材料弹性变化、材 料整体承载能力和累积变形速率变化。首先对试件进 行吸水试验，然后进行冻融试验。具体试验步骤如下： ①对每个试件灌水，静置 120 h，测试其吸水率。②将 铁桶表面积水倒掉，在（ － 20 ± 2） ℃ 冰箱中冷冻 16 h， 然后 加 热 到 40 ℃ ，保 持 8 h。冻 融 循 环 5 次，每 次 24 h。③对冻融后试件进行疲劳试验。 试件表面加水静置 120 h 后，通过对试件表面及 底部观察以及吸水率测试，发现聚氨酯固化道床只是 在表层吸水，且吸水率很小，最大没超过 0. 36% 。冻 融后，进行重复加载，试件静刚度和累积变形随荷载作 用次数变化曲线见图 6。冻融后试件荷载—变形曲线 见图 7。冻 融 后 将 试 件 从 中 间 切 开，其 内 部 结 构 见 图 8。 由图 6 可见，开始时其累积变形和静刚度有一个 增长阶段，随后静刚度与累积变形不再发生变化，这与 冻融前变化趋势一致，且试件弹性与冻融前也无明显
聚氨酯固化道床用聚氨酯材料使用寿命预测
摘 要 聚氨 酯 固化道 床 中聚氨 酯主要 原 材料 有异 氰酸 酯 、 多元醇和 催化 剂 ， 固化道 床 的耐 久性 要 求聚 氨 酯 固化材料 经 干热老 化 、 湿热 老化 和 紫外线 老化后 其拉 伸 强度 和 断裂 伸 长率保 持 率在 ７ ０ ％ 以上 。老 化试 验 结果表 明 ： 聚氨 酯 固化道床 用聚氨 酯泡 沫材料 在 多种 严酷环 境 下均具有 优异 的耐 老化性 能 ， 并能 长期 保持 综 合性 能的稳 定。基 于人 工加速 湿 热老化 试验 数 据 ， 采 用 时温 叠加 方 法估 算 出聚氨 酯 固化 道
测 试验 速度 达到 ３ ３ ０ ｋ ｍ ／ ｈ 。
聚氨酯 固化 道床 是在稳 定 碎石道 床 内浇 注聚 氨酯 材料 ， 材料 反应 后 ， 填 充道 砟 间空 隙 ， 并粘 接道 砟 ， 形成 的弹性 整体 道床 ， 如 图 ｌ所 示 。 聚氨 酯 固化 道 床 兼 备 了有 砟轨 道 和无砟 轨道 优点 ， 具有 良好 的 弹性 、 整体性 和稳 定性 ； 可避 免道 砟 问的错 动移 位 ， 持 久保 持道 床 弹 性； 道 床 的 累积变形 缓 慢 ， 养 护 维 修 工 作 量少 ； 具有 良 好 的协 调 变形 能力 ； 具 有 良好 的 减振 、 降 噪功 能 ； 可维 修性 好 。 目前 ， 聚 氨酯 固化 道 床 主要 在 德 国与 中 国进
行 研 究 并 应 用 。
目前 ， 聚氨酯 固化道 床 主 要 用 于有 特 定需 要 的 区 段， 解 决轨道 结构 适 应性 、 维修 不 便 等 问题 ， 这 就 要 求
固化 道床 在使用 期 限 内性 能稳 定。根 据聚 氨酯 固化 道
床实 尺模 型 累积 变形 试验 结果推 算 出聚氨酯 固化道 床 在高 速铁路 运 营 ６ ０年 、 重 载 铁 路运 营 ｌ ５年 无维 修 作
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1 聚氨酯固化道床及其发展现状
2 聚氨酯固化道床结构设计
聚氨酯固化道床是在已经达到稳定的新铺碎石道 床内，使用高压或低压发泡机灌注聚氨酯发泡材料而 形成的道床结构。灌注的聚氨酯发泡材料经道砟间的 孔隙流入道床底部，材料起发后填充道砟间孔隙并将 道砟柔性粘结在一起，使道床成为一个整体。聚氨酯 固化道床既具有碎石道床良好的弹性和可维修性，又 兼备整体道床稳定性好、使用寿命长、道床维修作业少 等特点，它 不 仅 适 合 于 高 速、重 载 铁 路 有 砟 轨 道 桥 隧 段，也适用我国西部人烟稀少、受风沙侵害的线路。
1） 固化道床弹性试验 对实尺模型进行了静态加载和卸载测试，试验曲 线见图 9。可以看出，卸载后轨道沉降变形几乎恢复 至 0，说明固化道床轨下基础弹性良好，能够为轨道结 构提供弹性。
图 10 轨枕支承刚度随高速铁路荷载作用次数变化曲线
图 11 实尺模型累积变形随高速铁路荷载作用次数变化曲线
3） 重载荷载重复加载试验 图 12 为 30 t 轴重荷载作用 1 000 万次下，聚氨酯 固化道床弹性变化曲线。聚氨酯固化道床弹性曲线基 本为一条水平的直线，说明即便在经过1 000 万次荷载 作用后，道床的弹性仍与初始时的弹性基本一致，并不 像普通有砟道床那样，随着荷载作用次数增加而刚度 变大，体现了良好的弹性保持能力。
铁道建筑
2015 年第 1 期
Ｒailway Engineering
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文章编号： 1003-1995（ 2015） 01-0107-06
聚氨酯固化道床的力学性能试验研究
郄录朝1，2 ，王 红2 ，许永贤2 ，许良善2 ，刘海涛2 ，曾树谷2
（ 1． 中国铁道科学研究院 研究生部，北京 100081； 2． 中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081）
图 3 试件静载过程荷载—变形曲线
2） 重复加载试验 重复加载试验的目的是检验聚氨酯固化道床材料 在经受荷载重复作用后，试件的静刚度及其累积变形 的变化情况，以评估材料抗疲劳的能力。 重复加载试验的最大荷载同样按钢轨动压力取 50 kN 进行换算。由于换算压力较小，需对 2 个试件 同时进行疲劳试验。对试件施加交替循环荷载，从最 小荷载 5 kN 到最大荷载，荷载循环次数 ＜ 5 × 106 ，加 载频率（ 4 ± 1） Hz。各试件静刚度变化曲线如图 4 所 示。可见，试件在承受重复荷载初期（ 0 ～ 100 万次） ，
实尺模型一般用来模拟有砟轨道在刚性线路基础 上的受力状况，通过进行静态加载和卸载测试试验，研 究固化道床弹性变化； 通过重复荷载试验，研究固化道 床在高速和重载铁路上的累计变形规律，评估轨道维 修工作量 及 维 修 周 期，比 较 不 同 轨 道 结 构 承 载 能 力。 实尺模型疲劳试验可较真实模拟现场情况。
聚氨ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ固化道床承受着来自轨枕底面的压力，同 时周边又承受着来自周边道床的围压，因此，采用围压 试件作为聚氨酯固化道床的材料性能试验的试件，可 以反映固化道床的基本受力情况。围压试件直径为 500 mm，高度取聚氨酯固化道床的厚度 350 mm，由于 围压试件周边密度通常低于其中部密度，故要求试件 总体密度为 1. 70 g / cm3 。
图 6 冻融后静刚度和累积变形随荷载作用次数变化曲线
图 5 试件累积变形曲线
3） 冻融试验 冻融试验的目的是检验材料经反复冻融后，内部 结构及承载能力的变化。包括材料反复冻融后，材料 的吸水率变化、材质的脆化和老化、材料弹性变化、材 料整体承载能力和累积变形速率变化。首先对试件进 行吸水试验，然后进行冻融试验。具体试验步骤如下： ①对每个试件灌水，静置 120 h，测试其吸水率。②将 铁桶表面积水倒掉，在（ － 20 ± 2） ℃ 冰箱中冷冻 16 h， 然后 加 热 到 40 ℃ ，保 持 8 h。冻 融 循 环 5 次，每 次 24 h。③对冻融后试件进行疲劳试验。 试件表面加水静置 120 h 后，通过对试件表面及 底部观察以及吸水率测试，发现聚氨酯固化道床只是 在表层吸水，且吸水率很小，最大没超过 0. 36% 。冻 融后，进行重复加载，试件静刚度和累积变形随荷载作 用次数变化曲线见图 6。冻融后试件荷载—变形曲线 见图 7。冻 融 后 将 试 件 从 中 间 切 开，其 内 部 结 构 见 图 8。 由图 6 可见，开始时其累积变形和静刚度有一个 增长阶段，随后静刚度与累积变形不再发生变化，这与 冻融前变化趋势一致，且试件弹性与冻融前也无明显
聚氨酯灌注区域主要在轨下，其顶面不超过枕底， 砟肩和道心不灌注。沿线路的纵向，在轨下断面一定 范围内形成两条纵向的支承体，在道床底部全断面铺 设排水垫。聚氨酯固化道床的内部结构如图 2 所示。 当聚氨酯固化道床被锯开时，其切割面穿过聚氨酯，也 穿过碎石颗粒； 当聚氨酯固化道床被撕开时，其撕裂面 只穿过聚氨酯材料，而不穿过碎石颗粒。
摘要： 聚氨酯固化道床是介于传统碎石道床和无砟轨道整体道床之间的一种新型结构。本文介绍了聚 氨酯固化道床的国内外现状； 通过聚氨酯固化道床围压试件的疲劳荷载、冻融试验、实尺模型疲劳试验 和现场加载车测试试验，研究聚氨酯固化道床的弹性、抗累积变形、荷载传递规律及轨排阻力等力学性 能。试验结果表明： 聚氨酯固化道床具有良好弹性保持能力和抗累积变形能力，和普通碎石道床相比， 具有更好的抵抗横向荷载能力，同时验证了聚氨酯固化道床结构设计断面的合理性。 关键词： 聚氨酯固化道床 力学性能 试验 中图分类号： U213． 7 文献标识码： A DOI： 10． 3969 / j． issn． 1003-1995． 2015． 01． 24
聚氨酯固化道床在国内外均处于研究阶段。自 2007 年以来，全球范围内已经建成了十条聚氨酯固化 道床试验线路，总长度约 6 350 m，其中大部分集中在 德国和中国。德国铁路从 2007 年 4 月至 2011 年年 底，铺设了累计2 100 m 长的聚氨酯固化道床，其中主 要示范段为： ①德铁从汉堡至汉诺威的 Uelzen 客货混 运铁路试验段，长度为 300 m； ②德国 Cottbus 重载铁 路试验段，用于煤炭运输，长度为 700 m； ③德国科隆 客货共线铁路试验段，长度 1 100 m。中国从 2009 年 开始，共铺设试验段 6 处，主要包括武汉天兴洲特大桥 （ 225 m） 、江岸特大桥（ 128 m） 、铁科院环行道试验段 （ 120 m） 、龙厦铁路程溪特大桥（ 1 322 m） 、山西中南 部铁路通道跨长晋高速公路特大桥（ 700 m） 和南岭山 隧道（ 1 100 m） ，聚氨酯固化道床累计长度为3 595 m。
1） 荷载—变形试验 荷载变形试验的目的是探求聚氨酯固结道床材料 的加载和卸载变形规律、检测试件静刚度及道床系数、 并与碎石道床的对应值进行对比，评估道床弹性。 试验荷载是根据京津城际铁路联调联试轨道动力 性能试验测试数据，将钢轨动压力取为 50 kN，按围压 试件受力面积进行换算。聚氨酯试件的静态加载和卸 载曲线如图 3 所示。聚氨酯试件的荷载变形规律和碎 石道床的荷载变形规律完全相同，聚氨酯在碎石道床 中的膨化固结并没有改变碎石道床的基本力学性能。
图 7 冻融后试件荷载—变形曲线
图 8 冻融后试件内部结构
变化。开始时累积变形和刚度增长主要是加载板和试 样之间存在间隙，随着荷载作用次数增加，两者逐渐密 贴，刚度和变形也不再发生变化。由图 7 可见，荷载与
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铁道建筑
January，2015
变形曲线变化规律与冻融前一致，说明聚氨酯试件在 经过 5 个冻融循环后，其材料性能并未发生变化。由 图 8 可见，冻融后聚氨酯与道砟仍为良好的柔性联结 状态，无任何破坏痕迹，内部结构未发生变化。 4. 2 实尺模型试验
3 聚氨酯固化道床原材料
3. 1 道砟材料 聚氨酯固化道床对碎石道砟的清洁度要求较高，
道砟采用原有线路设计中规定的道砟材质等级，统一 采用一级道砟级配、特级道砟清洁度标准。道砟在生
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铁道建筑
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图 1 聚氨酯固化道床结构设计断面
4 聚氨酯固化道床基本力学性能研究
通过研究固化道床结构的物理和力学特性，可以 掌握固化道床的变形规律和适应性。试验包括室内围 压试件的疲劳荷载试验、冻融试验和实尺模型疲劳试 验，以及现场加载车测试试验。 4. 1 围压试件的疲劳荷载和冻融试验
图 9 静态荷载—变形曲线
2） 高速荷载重复加载试验 轨枕支承刚度随高速铁路荷载作用次数变化曲线 见图 10。可以看出，轨枕支承刚度在高速铁路荷载作 用 50 万次后基本不再发生变化，弹性保持较好。 实尺模型累积变形随高速铁路荷载作用次数的变 化曲线见图 11。可以看出，道床累积变形在初期增长 较快，基本上呈直线增长，随 着 荷 载 作 用 次 数 的 增 加 ， 变形趋向稳 定，说 明 聚 氨 酯 固 化 道 床 在 初 期 同 样 要 经历一个 压 实、稳 定 的 过 程。这 与 普 通 碎 石 道 床 累 积变形规律 一 致，但 其 下 沉 量 相 比 普 通 有 砟 轨 道 却 小得多。
2015 年第 1 期
郄录朝等： 聚氨酯固化道床的力学性能试验研究
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静刚度随荷载作用次数的增加而有增长的趋势，但在 荷载重复作用 100 万次以后，刚度趋于稳定，持久保持 弹性。
图 4 各试件静刚度随荷载作用次数变化曲线
试件的累积变形曲线如图 5 所示。可见，4 个被 测试件累积变形规律基本一致，在荷载作用 100 万次 后基本趋于收敛。
图 2 聚氨酯固化道床内部结构
产、运输、储存及装卸各环节采取措施，确保出厂道砟 清洁度，防止道砟二次污染。 3. 2 聚氨酯材料
聚氨酯材料由 A 组分和 B 组分的混合料构成。A 组分包括多羟基化合物、扩链剂和催化剂； B 组分为异 氰酸酯。聚氨酯固化道床是由 A 组分和 B 组分按一 定比例混合后，经化学反应形成的一定密度的泡沫体， 粘结固化碎石道床中的道砟颗粒，使其形成整体稳定、 富有弹性的道床结构。