本发明涉及一种高速铁路有砟轨道道床表面胶结材料。
背景技术：
有砟轨道道床可提供良好的轨道弹性，减缓和吸收轮轨冲击和震动，且便于养护维修。但是，当高速列车速度超过300km/h时，道床表面形成的列车风速可达50m/s以上，表面轻质、扁平的道砟易产生飞溅，对列车运营安全构成了危害。为了提高列车行车安全，目前多采用道砟胶对有砟轨道道床进行固结，防止道砟飞溅。道砟结构胶结材料主要包括柔性道砟胶结材料和刚性道砟胶结材料。柔性道砟胶结材料为发泡型聚氨酯材料，它可增加有砟轨道道床的整体性和稳定性，大幅降低列车运行噪音。刚性道砟胶结材料俗称道砟胶，它主要应用于有砟轨道和无砟轨道过渡段，使过渡段的刚度均匀化，提高列车运行的稳定性和安全性。
德国拜耳公司最早研发了发泡型聚氨酯道床固化材料，它主要包括A、B两组分，采用大型灌注机对道砟进行完全填充，形成有阻尼的空隙缓冲结构，消耗振动能量，减少噪声和振动。根据研究表明，使用这种形式的结构，可以减少40％的振动，吸收噪声，更合理地分配上部载荷，下部结构的最大应力较少40％。发泡型聚氨酯固化道床材料主要用于优化有砟轨道结构，提高有砟轨道道床各项性能，减少维修。但是它的施工难度较大、成本较高、施工周期较长，且为了减少紫外线照射对材料性能的影响，道床表面会覆盖一层道砟，不适于作为防止道砟飞溅的专用胶结材料使用
道砟胶能渗透到“道床”结构内，在“道砟”表面成膜，与“道砟”接触点粘接，进而与“道砟”形成抗压整体。道砟胶的刚度和硬度较大，可用于提高有砟轨道道床横纵向阻力、调整支承刚度、抑制道砟飞溅，且喷涂道砟胶后的道砟仅在接触点粘结，排水性能不受影响，常用于小曲线半径无缝线路、无砟轨道向有砟轨道的过渡段上。道砟胶主要包括乳液类和非发泡型聚氨酯。乳液类道砟胶在前期的试验研究中取得了一定的进展。但是，乳液类道砟胶也存在较多问题，如在湿度较大的环境下成膜速度较慢，粘结强度较低，耐水解性能和耐紫外老化性能较差等。聚氨酯的物理力学性能优异，环境适应性和耐久性能良好，已成为有砟轨道道床的主要固化材料和发展方向，其相关专利较多，如中国专利CN201210002264.1《一种高速铁路用道砟胶及制备方法、使用方法》、CN201110345037.4《一种聚氨酯道砟胶及其制备方法》、CN201110064269.2《一种新型轨道交通聚交联氨酯类道砟胶》等。但是，聚氨酯道砟胶对施工环境敏感性较大，如道砟表面或空气湿度较大材料发泡，导致材料性能降低等。而且，聚氨酯道砟胶对道砟清洁度要求较高，但是运营线路有砟轨道道床表面的灰尘、石粉等杂质较多，喷涂道砟胶后道砟间的粘结牢固程度无法保证。同时，道砟胶的早期强度较低，喷涂后人员踩踏易破坏胶结效果，而且运营线路的有砟轨道道床道在“天窗期”喷砟胶涂道砟胶后即通车，存在道砟飞溅的风险。此外，经聚氨酯道砟胶胶结后的道砟维修养护和清筛较为困难，无法养护维修。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供了一种高速铁路有砟轨道道床表面胶结材料。
技术方案：为了实现以上目的，本发明提供了一种高速铁路有砟轨道道床表面胶结材料。其特征在于：该组合物由A、B两部分组成，A部分由下列质量份数的原料组成：异氰酸酯组合物100份，所述异氰酸酯组合物由异氰酸酯及其预聚物组成，异氰酸酯为MDI-50、PAPI、碳化亚二胺改性MDI和IPDI中的一种或几种，异氰酸酯预聚物为异氰酸酯与多元醇及含活泼氢低聚物制备的NCO含量在15％～20％的预聚物，其中异氰酸酯为MDI-100、IPDI中的一种或两种，多元醇及含活泼氢低聚物为分子量在400-600的油脂化学聚醚二醇，分子量为1000～1200四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二元醇、分子量为1300～1500的端羟基环氧化聚丁二烯中的一种或几种，环保增塑剂10～30份，粘结促进剂2～6份；B部分由下列质量份数的原料组成：聚醚多元醇100份，所述聚醚多元醇为分子量为4000～4800的高活性聚醚三醇、分子量为2000～3000的高活性聚醚二醇中的一种或两种，扩链交联剂30～60份，所述扩链交联剂为乙二胺四醚、MOCA和三异丙醇胺中的一种或几种，环保增塑剂10～30份，消泡剂1～3份，防老剂2～5份；A、B两部分的体积比为1∶0.5～1∶4。
上述的环保型增塑剂为非邻苯二甲酸酯类、高溶解性苯甲酸酯类中的一种或两种。
上述的粘结促进剂为含有异氰酸酯基团的硅烷类偶联剂。
上述的消泡剂为有机硅类消泡剂。
上述的防老剂为光稳定剂、抗氧剂和水解稳定剂中的一种或几种。
工作机理：本发明的一种高速铁路有砟轨道道床表面胶结材料的A部分中，采用异氰酸酯与其预聚物复配的方法，对材料的粘度、力学性能和柔顺性等进行有效调节。其中，异氰酸酯采用性能良好的液态异氰酸酯，便于生产与使用；异氰酸酯预聚物中异氰酸酯选择结构规整性好、机械性能优的MDI-100与耐候性能优的IPDI，多元醇及含活泼氢低聚物选择憎水效果优、可抑制发泡的油脂化学聚醚二醇，规整性能好、综合性能优的低温不结晶的四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二元醇和粘结性能、抗冲击性能、柔顺性与耐水性能优的端羟基环氧化聚丁二烯。B部分中聚醚多元醇采用高活性的三元醇与二元醇复配使用，提高材料的固化速度，调节其柔顺性和力学性能，同时采用与体系相匹配的高活性扩链交联剂乙二胺四醚、MOCA和三异丙醇胺中，抑制异氰酸酯与水反应，防止材料在较高湿度下发泡。为了降低体系粘度，调节性能、且提高材料的环保性，A、B组份中加入了非邻苯二甲酸酯类和高溶解性苯甲酸酯类环保型增塑剂。此外，为了进一步提高材料与道砟的粘结性能，A部分中采用了含异氰酸酯基团的硅烷类偶联剂。同时，该体系由于各组分共同作用，无须加入催化剂材料固化速度即可满足现场要求，材料的湿度敏感性更低，更环保。
有益效果：本发明提供的一种高速铁路有砟轨道道床表面胶结材料，经过大量试验研究，该组份的各组份配比科学合理，该组合物具有以下优异的性能：
(1)施工便捷：粘度适宜，且常温固化，可采用常规喷涂机呈“伞”喷涂施工。
(2)适用性好：对道砟清洁度要求和湿度敏感性胶低，且可在“天窗期”内使用，抑制道砟飞溅效果良好。
(3)可捣固维修：表面胶结道床可采用手持捣固机或大型捣固机进行正常的养护维修作业，经捣固后材料可较迅速破坏，道砟可恢复颗粒状态，并可进行二次胶结。
(4)耐疲劳性能好：材料在长期高速铁路列车动载荷和日常养护维修人员踩踏的情况下，仍保持良好的粘结状态。
(5)耐久性能好：材料耐热老化、耐湿热老化、耐水性、耐腐蚀性和耐紫外老化性能良好，可长期保持良好的服役状态。
具体实施方式
下面以实施例说明具体实施方式，这些实施例仅限于解释说明本发明，而不限定本发明的范围。
实施例1
道床表面胶结材料的组成：
A部分由下列重量份数的原料组成：异氰酸酯组合物100份，其中MDI-50为60份，PAPI为20份，MDI-100与油脂化学聚醚二醇制备的NCO含量为15％的预聚物为10份，IPDI与端羟基环氧化聚丁二烯制备的NCO含量为20％的预聚物为10份，非邻苯二甲酸酯类增塑剂5份，高溶解性苯甲酸酯类增塑剂5份，含有异氰酸酯基团的硅烷类偶联剂为2份；
B部分由下列重量份数的原料组成：高活性聚醚二醇50份，高活性聚醚三醇50份，乙二胺四醚15份，MOCA为10份，三异丙醇胺油脂5份，非邻苯二甲酸酯类增塑剂5份，高溶解性苯甲酸酯类增塑剂5份，有机硅类消泡剂1份，光稳定剂0.5份，抗氧剂0.5份，水解稳定剂1份；
A、B两部分的体积比为1∶0.5。
实施例2
道床表面胶结材料的组成：
A部分由下列重量份数的原料组成：异氰酸酯组合物100份，其中IPDI为30份，碳化亚二胺改性MDI为40份，MDI-100与四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二元醇制备的NCO含量为17.5％的预聚物为20份，IPDI与端羟基环氧化聚丁二烯制备的NCO含量为16％的预聚物为10份，非邻苯二甲酸酯类增塑剂20份，高溶解性苯甲酸酯类增塑剂10份，含有异氰酸酯基团的硅烷类偶联剂为6份；
B部分由下列重量份数的原料组成：高活性聚醚二醇70份，高活性聚醚三醇30份，乙二胺四醚25份，MOCA为5份，三异丙醇胺油脂30份，非邻苯二甲酸酯类增塑剂20份，高溶解性苯甲酸酯类增塑剂10份，有机硅类消泡剂3份，光稳定剂2份，抗氧剂2份，水解稳定剂1份；
A、B两部分的体积比为1∶4。
实施例3
道床表面胶结材料的组成：
A部分由下列重量份数的原料组成：异氰酸酯组合物100份，其中IPDI为50份，MDI-100与端羟基环氧化聚丁二烯制备的NCO含量为18％的预聚物为50份，非邻苯二甲酸酯类增塑剂10份，高溶解性苯甲酸酯类增塑剂10份，含有异氰酸酯基团的硅烷类偶联剂为4份；
B部分由下列重量份数的原料组成：高活性聚醚三醇100份，乙二胺四醚30份，MOCA为10份，三异丙醇胺油脂5份，非邻苯二甲酸酯类增塑剂5份，高溶解性苯甲酸酯类增塑剂15份，有机硅类消泡剂1.5份，光稳定剂2份，抗氧剂1份，水解稳定剂0.5份；
A、B两部分的体积比为1∶3。
实施例4
道床表面胶结材料的组成：
A部分由下列重量份数的原料组成：异氰酸酯组合物100份，其中PAPI为70份，IPDI与四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二元醇制备的NCO含量为20％的预聚物为30份，非邻苯二甲酸酯类增塑剂15份，含有异氰酸酯基团的硅烷类偶联剂为3份；
B部分由下列重量份数的原料组成：高活性聚醚二醇100份，乙二胺四醚40份，高溶解性苯甲酸酯类增塑剂15份，有机硅类消泡剂1.2份，光稳定剂1.5份，抗氧剂1份，水解稳定剂0.5份；
A、B两部分的体积比为1∶2。
实施例5
道床表面胶结材料的组成：
A部分由下列重量份数的原料组成：异氰酸酯组合物100份，其中IPDI为20份，MDI-50为20份，碳化亚二胺改性MDI为10份，IPDI与油脂化学聚醚二醇制备的NCO含量为15％的预聚物为50份，高溶解性苯甲酸酯类增塑剂25份，含有异氰酸酯基团的硅烷类偶联剂为5份；
B部分由下列重量份数的原料组成：高活性聚醚二醇55份，高活性聚醚三醇45份，MOCA为30份，三异丙醇胺油脂20份，非邻苯二甲酸酯类增塑剂25份，有机硅类消泡剂2.5份，光稳定剂2份，抗氧剂1份，水解稳定剂1份；
A、B两部分的体积比为1∶1。
实施例6
道床表面胶结材料的组成：
A部分由下列重量份数的原料组成：异氰酸酯组合物100份，其中IPDI为30份，碳化亚二胺改性MDI为30份，MDI-100与四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二元醇制备的NCO含量为19％的预聚物为40份，非邻苯二甲酸酯类增塑剂10份，高溶解性苯甲酸酯类增塑剂3份，含有异氰酸酯基团的硅烷类偶联剂为2.5份；
B部分由下列重量份数的原料组成：高活性聚醚二醇80份，高活性聚醚三醇20份，MOCA为5份，三异丙醇胺油脂30份，非邻苯二甲酸酯类增塑剂20份，高溶解性苯甲酸酯类增塑剂7份，有机硅类消泡剂1.2份，光稳定剂2份，抗氧剂2份，水解稳定剂0.5份；
A、B两部分的体积比为1∶1。
实施例7
道床表面胶结材料的组成：
A部分由下列重量份数的原料组成：异氰酸酯组合物100份，其中PAPI为20份，MDI-50为30份，IPDI为30份，IPDI与四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二元醇制备的NCO含量为19％的预聚物为20份，非邻苯二甲酸酯类增塑剂28份，含有异氰酸酯基团的硅烷类偶联剂为5.5份；
B部分由下列重量份数的原料组成：高活性聚醚二醇40份，高活性聚醚三醇60份，乙二胺四醚40份，MOCA为15份，高溶解性苯甲酸酯类增塑剂13份，有机硅类消泡剂2.7份，光稳定剂1份，抗氧剂0.5份，水解稳定剂1份；
A、B两部分的体积比为1∶1.5。
实施例8
道床表面胶结材料的组成：
A部分由下列重量份数的原料组成：异氰酸酯组合物100份，其中IPDI为10份，碳化亚二胺改性MDI为40份，PAPI为10份，MDI-100与四氢呋喃-氧化丙烯共聚醚二元醇制备的NCO含量为18.5％的预聚物为15份，IPDI与端羟基环氧化聚丁二烯制备的NCO含量为15.5％的预聚物为25份，非邻苯二甲酸酯类增塑剂11份，高溶解性苯甲酸酯类增塑剂11份，含有异氰酸酯基团的硅烷类偶联剂为2.7份；
B部分由下列重量份数的原料组成：高活性聚醚二醇30份，高活性聚醚三醇70份，乙二胺四醚25份，MOCA为5份，三异丙醇胺油脂11份，非邻苯二甲酸酯类增塑剂17份，有机硅类消泡剂1.6份，光稳定剂1份，抗氧剂1份，水解稳定剂0.7份；
A、B两部分的体积比为1∶2.5。
实例1～8中道床表面胶结材料试验结果如下表所示，其中拉伸强度和断裂伸长率参照GB/T528-2009执行；抗压强度参照GB/T 1041-2008执行；粘结强度参照聚氨酯道砟胶暂行技术条件附录C执行；热空气老化和湿热老化参照GB/T 3512-2001执行；紫外老化参照GB/T 16422.3-1997执行。