一种快速维修材料及其制备方法
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，具体来说，涉及一种快速维修材料及其制备方法，尤其是一种可用于梯形道床横向限位垫板失效的快速维修材料及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，城市规模越来越大，轨道交通成为城市发展的必要“血脉”。轨道交通技术中的无砟轨道技术是世界各国现代城市轨道交通的核心技术之一。比起有砟轨道，这项技术具备很多的优势，比如使得列车行驶高速平稳，节省人力，维修费用低等重大意义和特点。
梯形道床结构是目前比较先进的一种无砟轨道技术，核心特点是采用了一种新式的梯形轨枕，其中轨枕是两块矩形截面的预应力混凝土纵梁，轨枕由联结钢管横向联接，组成的轨枕单元形状像梯子，故叫梯形道床。
梯形道床是一种单元板式轨道结构，轨枕单位具备优良的整体性，同时相对其他板式轨道，又有自重量轻的特点，且梯形轨枕沿用了纵向整体式的设计，轨枕的功能得到了有力的增强。两块纵向轨枕中间有钢管连接，保证了轨枕之间的距离从而保证轨距精度。除了上述结构优点外，梯形道床最大优势是具有优良的减振降噪特点，其主要依靠道床下部减震垫板和横向减震垫板实现，其中横向减震垫板还起到横向限位作用。由于轨道交通受到城市建筑影响，线路曲线半径较小，车辆通过时对横向限位垫板挤压力较大，使其破损失效较多，严重时造成晃车，影响行车安全和线路稳定。
针对梯形道床横向减震垫板失效问题，目前没有特别有效的整治方法。主要原因是：1)原有失效垫板部分嵌入梯形轨枕中难以取出；2)梯形轨枕与挡墙距离尺寸不一，新垫板难以放入，或者放入后由于不能密贴，经常挤出，造成安全问题；3)除原尺寸垫板外，没有其他性能复合要求的材料可以替代。
因此，目前针对部分病害严重地段，采用设置线路限速区法。该方法只是临时措施，不能长期使用，更不能大规模或者全线采用，否则直接影响列车的正点率和列车运营图，造成更大问题。
发明内容
梯形道床是指一种由减震垫、两根预应力混凝土纵梁及其联结杆件、横纵向限位件组成的轨道交通用新型轨道结构，其具有主动隔振和降低噪声用的，是一种绿色环保型轨道结构。
横向限位结构部件是指一种弹性聚氨酯材料，用于限制轨道结构横向位移，起到弹性缓冲作用。
本发明针对现有技术中梯形道床横向减震垫板失效的问题，提出了一种快速维修材料及其制备方法，该材料可满足横向限位垫板各项物理性能，并可在2小时内达到所需的强度，满足通车要求，同时材料采用浇铸固化模式，使梯形道床与混凝土挡墙的贴合更紧密，减少因缝隙造成的微量位移(其可能加速横向限位垫板的失效)。
本发明是采用如下技术方案来实现的。
一方面，本发明提供一种快速维修材料，该材料为由A组分和B组分组成的双组份，其中，以重量份计，所述A组分由以下组分组成：环氧改性聚合物材料20～30份；官能度为2～4、数均分子量在2000以下的选自聚醚多元醇、聚烯烃多元醇和聚合物多元醇中的一种或多种40～60份；胺醚类化合物0～10份；增塑剂0～10份；填料10～50份；催化剂(固化促进剂)0～5份；稳定剂1～5份；偶联剂0～5份；其中，所述胺醚类化合物与所述催化剂不同时为0份；所述B组分为异氰酸酯。
优选地，所述环氧改性聚合物材料由聚醚多元醇、环氧树脂和异氰酸酯制备而成。
优选地，所述环氧改性聚合物材料由如下制备方法制备而成：
将聚醚多元醇、环氧树脂搅拌升温，真空脱水，消除真空，降温，加入异氰酸酯，反应，当游离异氰酸酯基含量为0时，即得。
优选地，在上述制备方法中，所述搅拌升温的温度为70-100℃，优选为80℃。
优选地，在上述制备方法中，所述真空脱水的真空度为0.07～-0.1MPa，优选为0.08MPa以上。
优选地，在上述制备方法中，所述降温的温度为室温。
优选地，在上述制备方法中，所述反应的温度为80-110℃，优选为95℃。
在一个具体实施方案中，所述环氧改性聚合物材料由如下制备方法制备而成：
将聚醚多元醇、环氧树脂加入反应釜中，开动搅拌并升温至80℃，真空泵对反应釜抽真空脱水，真空度保持在0.08MPa以上，保持2小时后，消除真空，降至室温，在搅拌条件下，缓慢加入异氰酸酯成分，完毕后升温至90℃，反应3～4小时，取样测试游离异氰酸酯基，当含量为0时，停止反应并出料。
优选地，在上述制备方法中，所述聚醚多元醇选自聚醚1000、聚醚2000、PTMG1000和PTMG2000中的一种或多种，优选选自聚醚1000和聚醚2000的一种或多种。
优选地，在上述制备方法中，所述环氧树脂选自双酚A环氧树脂和双酚F环氧树脂的一种或多种，优选为E51、E44、E54、6445、NPEF-170或YDF-170，更优选为E54或YDF-170。
优选地，在上述制备方法中，所述异氰酸酯选自TDI、PAPI、MDI和IPDI中的一种或多种，优选为MDI或PAPI。
优选地，在上述制备方法中，所述聚醚多元醇与所述环氧树脂的质量比为5：1至1：1，优选为4：1至3：2。
优选地，所述A组分中聚醚多元醇选自聚氧化丙烯多元醇、聚氧化乙烯多元醇、聚合物多元醇、氧化丙烯均聚物、氧化乙烯均聚物、氧化丙烯与氧化乙烯共聚物和四氢呋喃聚合物中的一种或多种，优选选自聚醚206、聚醚210、聚醚220和聚醚3010中的一种或多种。
优选地，所述A组分中聚烯烃多元醇选自端羟基聚丁二烯、氢化端羟基聚丁二烯、端羟基环氧化聚丁二烯、端羟基聚丁二烯-丙烯腈、端羟基丁苯液体橡胶和聚苯乙烯多元醇中的一种或多种；优选选自HTPB、600E和HTPI(Poly%20ip)中的一种或多种。
优选地，所述A组分中聚合物多元醇为含苯乙烯、丙烯腈均聚物及共聚物和接枝聚合物的多元醇，选自POPDL-50、POPDL-25、POP-36和POP-H45中的一种或多种，优选为POP-36或POP-H45。
优选地，所述A组分中胺醚类化合物选自胺醚403、胺醚405E和丙醇胺类化合物中的一种或多种，优选为405E。
优选地，所述A组分中增塑剂选自苯二甲酸酯、脂肪族二酸酯、磷酸酯和氯化石蜡中的一种或多种，优选为苯二甲酸酯，严寒地区用树脂采用脂肪族二酸酯如癸二酸二辛酯。
优选地，所述A组分中填料为重钙粉或滑石粉。
优选地，所述A组分中催化剂为铅、锌、钴、汞、锡、钾等金属有机羧酸盐，如二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡等。
优选地，所述A组分中稳定剂选自抗氧剂、光稳定剂和热稳定剂中的一种或多种混合物，优选选自抗氧剂245、抗氧剂1010、UV327，UV531、苯并三唑、受阻酚和8-羟基喹啉中的两种以上混合物。
优选地，所述A组分中偶联剂为端胺基(或环氧基、巯基、异氰酸酯基)硅烷，如KH-550、KH560或苯胺丙基三乙氧基硅烷。
优选地，所述组分A的制备方法如下：
将环氧改性聚合物材料、选自聚醚多元醇、聚烯烃多元醇和聚合物多元醇中的一种或多种、胺醚类化合物、增塑剂、催化剂、偶联剂、稳定剂、填料混合搅拌，升温，真空脱水，消除真空，降温，即可。
优选地，在上述组分A的制备方法中，所述升温的温度为70-100℃，优选为85℃。
优选地，在上述组分A的制备方法中，所述真空脱水的真空度为0.07～-0.1MPa，优选为0.09MPa以上。
在一个具体实施方案中，所述组分A的制备方法如下：
将环氧改性聚合物材料、选自聚醚多元醇、聚烯烃多元醇和聚合物多元醇中的一种或多种、胺醚类化合物、增塑剂、催化剂、偶联剂、稳定剂、填料依次加入反应釜中，开动搅拌并升温至85℃，真空泵对反应釜抽真空脱水，真空度保持在0.09MPa以上，保持2小时后，消除真空，降至室温，出料分装。
优选地，所述B组分选自芳香族二或多异氰酸酯，如甲苯二异氰酸酯TDI，对氨基二苯甲烷二异氰酸酯MDI，多亚甲基多苯基异氰酸酯PAPI；脂环族二或多异氰酸酯，如异佛二酮二异氰酸酯IPDI；脂肪族二或多异氰酸酯，如1,6己二异氰酸酯HDI及上述二或多异氰酸酯的改性物中的一种或多种；优选为对氨基二苯甲烷二异氰酸酯MDI或多亚甲基多苯基异氰酸酯PAPI。
优选地，所述A组分和B组分之间的重量比为6:1～2:1，优选为5:1～3:1。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益的技术效果：
(1)本申请的维修材料固化速度快，可在1小时内固化，并在2小时内基本达到最终强度的80％以上，能够保证通车要求；
(2)本申请的维修材料环境适应性强，可以在-10℃～40℃内使用，固化时间稳定，保证在检修天窗内，达到通车要求；
(3)本申请的维修材料为低粘度液体，流淌性好，能快速填充饱满各种距离尺寸的梯形轨枕与挡墙缝隙；
(4)本申请的维修材料在5kN～30kN范围内，静刚度为40～43kN/mm，在该力值范围内，动静刚度比为1.5以下。
(5)本申请的维修材料粘接强度大于1.5MPa。
(6)本申请的维修材料采用环氧改性聚合物材料，使维修材料力学性能优异，粘接性能优异，同时异氰酸酯采用MDI和PAPI，毒性小，在生产和使用过程中，对人员伤害小。
(7)本申请的维修材料动态载荷性能优异，具有更好的耐疲劳性能和耐冲击性能，实验室4Hz、300万次疲劳模拟试验，未见维修材料开裂破损，现场应用几年，未见维修后材料开裂和破损；
(8)本申请的维修材料耐候性稳定，在ISO%204892-3紫外照射条件下，维修材料各方面性能衰减低于10％，保证替代无砟轨道混凝土结构部件后维修材料耐候稳定性，满足现场长期暴晒的要求。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详述。
以下实施例所采用材料均为市售材料，对于部分可能产生认识分歧的聚醚和异氰酸酯材料给出了进一步信息。
以下实施例中的物理性能测试方法参看《轨道交通梯形轨枕轨道工程施工质量验收标准》。
实施例1
1.环氧改性聚合物材料的制备
1.1环氧改性聚合物材料的组成及用量
1.2环氧改性聚合物材料制备方法如下：
将P1000(河北亚东，羟值110mg KOH/g，f＝2，分子量为1000)，E54(上海悦怡化工，环氧当量180-190g/mol)加入反应釜中，开动搅拌并升温至80℃，真空泵对反应釜抽真空脱水，真空度保持在0.08MPa以上，保持2小时后，消除真空，降至室温，在搅拌条件下，缓慢加入10份MDI(烟台万华)，完毕后升温至95℃，反应2～3小时，取样测试游离异氰酸酯基，当含量为0％时，停止反应并出料。
2.A组分的制备
2.1 A组分成分及用量
2.2 A组分制备：
将环氧改性聚合物、聚醚206(上海高桥，羟值170mg KOH/g，f＝2)、DBP、405E(山东东大，羟值450mgKOH/g，f＝4，分子量为300)、KH550、1010、UV327、苯并三唑、辛酸亚锡、滑石粉依次加入到反应釜中，开动搅拌并升温至85℃，真空泵对反应釜抽真空脱水，真空度保持在0.09MPa以下，保持1小时后，消除真空，降至室温，出料分装。
3.B组分成分及用量
4.本申请的快速维修材料的制备
将A、B组分按照150：40的重量比进行混合，使用机械搅拌3分钟，通过注浆机将混合液注入梯形轨枕与混凝土之间的空腔内。
5.本申请的快速维修材料的测试结果
本申请的快速维修材料的物理性能如下：
实施例2
1.环氧改性聚合物材料的制备
1.1环氧改性聚合物材料成分及用量
1.2环氧改性聚合物材料制备方法如下：
将P2000(山东东大，羟值56mgKOH/g，f＝2，分子量为2000)，YDF-170(日本东都化成公司，环氧当量160-180g/mol)加入反应釜中，开动搅拌并升温至80℃，真空泵对反应釜抽真空脱水，真空度保持在0.08MPa以上，保持2小时后，消除真空，降至室温，在搅拌条件下，缓慢加入12份PAPI，完毕后升温至95℃，反应2～3小时，取样测试游离异氰酸酯基，当含量为0％时，停止反应并出料。
2.A组分的制备
2.1 A组分成分及用量
2.2 A组分制备：
将环氧改性聚合物、聚醚220(上海高桥，羟值55mg KOH/g，f＝2)、600E(山东东大，羟值104mg KOH/g，f＝2，分子量为1350)、405E(山东东大，羟值450mgKOH/g，f＝4，分子量为300)、DOP、KH560、抗氧剂245、UV531、8-羟基喹啉、辛酸亚锡、重钙粉依次加入到反应釜中，开动搅拌并升温至85℃，真空泵对反应釜抽真空脱水，真空度保持在0.09MPa以下，保持1小时后，消除真空，降至室温，出料分装。
3.B组分成分及用量
4.本申请的快速维修材料的制备
将A、B组分按照145：35的重量比进行混合，使用机械搅拌3分钟，通过注浆机将混合液注入梯形轨枕与混凝土之间的空腔内。
5.本申请的快速维修材料的测试结果
本申请的快速维修材料的物理性能如下：
实施例3
1.环氧改性聚合物材料的制备
1.1环氧改性聚合物材料成分及用量
1.2环氧改性聚合物材料制备方法如下：
将P1000(河北亚东，羟值110mg KOH/g，f＝2，分子量为1000)，P2000(山东东大，羟值56mgKOH/g，f＝2，分子量为2000)，E54(上海悦怡化工，环氧当量180-190g/mol)加入反应釜中，开动搅拌并升温至80℃，真空泵对反应釜抽真空脱水，真空度保持在0.08Mpa以上，保持2小时后，消除真空，降至室温，在搅拌条件下，缓慢加入14份PAPI(烟台万华)，完毕后升温至95℃，反应2～3小时，取样测试游离异氰酸酯基，当含量为0％时，停止反应并出料。
2.A组分的制备
2.1 A组分成分及用量
2.2 A组分制备：
将环氧改性聚合物、聚醚3010(山东东大，羟值56mgKOH/g，f＝3)、POP-H45(上海高桥，羟值21mgKOH/g)、DBP、胺醚403(山东东大，羟值760mgKOH/g，f＝4，分子量为300)、苯胺丙基三乙氧基硅烷、抗氧剂1010、UV531、苯并三唑、二月桂酸二丁基锡、滑石粉依次加入到反应釜中，开动搅拌并升温至85℃，真空泵对反应釜抽真空脱水，真空度保持在0.08MPa以上，保持1小时后，消除真空，降至室温，出料分装。
3.B组分成分及用量
4.本申请的快速维修材料的制备
将A、B组分按照150：45的重量比进行混合，使用机械搅拌3分钟，通过注浆机将混合液注入梯形轨枕与混凝土之间的空腔内。
5.本申请的快速维修材料的测试结果
本申请的快速维修材料的物理性能如下：
实施例4
1.环氧改性聚合物材料的制备
1.1环氧改性聚合物材料成分及用量
1.2环氧改性聚合物材料制备方法如下：
将PTMG1000(日本三菱，羟值110mgKOH/g，f＝2)，E54加入反应釜中，开动搅拌并升温至80℃，真空泵对反应釜抽真空脱水，真空度保持在0.08MPa以上，保持2小时后，消除真空，降至室温，在搅拌条件下，缓慢加入20份IPDI(德国BASF)，完毕后升温至95℃，反应2～3小时，取样测试游离异氰酸酯基，当含量为0％时，停止反应并出料。
2.A组分的制备
2.1 A组分成分及用量
2.2 A组分制备：
将环氧改性聚合物、聚醚210(山东东大，羟值112mgKOH/g，f＝2)、POP-36(山东东大，羟值27mgKOH/g，)、胺醚403、KH550、抗氧剂245、UV531、苯并三唑、辛酸铅、滑石粉依次加入到反应釜中，开动搅拌并升温至85℃，真空泵对反应釜抽真空脱水，真空度保持在0.09以下，保持1小时后，消除真空，降至室温，出料分装。
3.B组分成分及用量
4.本申请的快速维修材料的制备
将A、B组分按照5：1的重量比进行混合，使用机械搅拌3分钟，通过注浆机将混合液注入梯形轨枕与混凝土之间的空腔内。
5.本申请的快速维修材料的测试结果
本申请的快速维修材料的物理性能如下：
对比例1
1.A组分的制备
1.1 A组分成分及用量
1.2 A组分制备：
将聚醚3010(山东东大，羟值56mgKOH/g，f＝3)、POP-H45(上海高桥，羟值21mgKOH/g)、DBP、胺醚403(山东东大，羟值760mgKOH/g，f＝4，分子量为300)、苯胺丙基三乙氧基硅烷、抗氧剂1010、UV531、苯并三唑、二月桂酸二丁基锡、滑石粉依次加入到反应釜中，开动搅拌并升温至85℃，真空泵对反应釜抽真空脱水，真空度保持在0.08MPa以上，保持1小时后，消除真空，降至室温，出料分装。
2.B组分成分及用量
3.快速维修材料的制备
将A、B组分按照122：35的重量比进行混合，使用机械搅拌3分钟，通过注浆机将混合液注入梯形轨枕与混凝土之间的空腔内。
4.快速维修材料的测试结果
快速维修材料的物理性能如下：
由上面的结果可以看出，该材料的性能在静刚度、动静刚度比、粘接强度三方面不符合使用要求。
对比例2
1.环氧改性聚合物材料的制备
1.1环氧改性聚合物材料成分及用量
1.2环氧改性聚合物材料制备方法如下：
将PTMG1000(日本三菱，羟值110mgKOH/g，f＝2)，E54加入反应釜中，开动搅拌并升温至80℃，真空泵对反应釜抽真空脱水，真空度保持在0.08MPa以上，保持2小时后，消除真空，降至室温，在搅拌条件下，缓慢加入20份IPDI(德国BASF)，完毕后升温至95℃，反应2～3小时，取样测试游离异氰酸酯基，当含量为0％时，停止反应并出料。
2.A组分的制备
2.1 A组分成分及用量
2.2 A组分制备：
将环氧改性聚合物、聚醚210(山东东大，羟值112mgKOH/g，f＝2)、POP-36(山东东大，羟值27mgKOH/g，)、KH550、抗氧剂245、UV531、苯并三唑、辛酸铅、滑石粉依次加入到反应釜中，开动搅拌并升温至85℃，真空泵对反应釜抽真空脱水，真空度保持在0.09以下，保持1小时后，消除真空，降至室温，出料分装。
3.B组分成分及用量
4.快速维修材料的制备
将A、B组分按照6：1的重量比进行混合，使用机械搅拌3分钟，通过注浆机将混合液注入梯形轨枕与混凝土之间的空腔内。
5.快速维修材料的测试结果
快速维修材料的物理性能如下：
由上面的结果可以看出，缺少胺醚后，材料反应速度降低，为保证凝胶时间，增大催化剂用量，材料固化后期有轻微爆聚现象，造成静刚度偏高，材料的整体性能在静刚度、动静刚度比、粘接强度三方面均不符合使用要求。
对比例3
1.环氧改性聚合物材料的制备
1.1环氧改性聚合物材料成分及用量
1.2环氧改性聚合物材料制备方法如下：
将P1000(河北亚东，羟值110mg KOH/g，f＝2，分子量为1000)，P2000(山东东大，羟值56mgKOH/g，f＝2，分子量为2000)，E54(上海悦怡化工，环氧当量180-190g/mol)加入反应釜中，开动搅拌并升温至80℃，真空泵对反应釜抽真空脱水，真空度保持在0.08Mpa以上，保持2小时后，消除真空，降至室温，在搅拌条件下，缓慢加入14份PAPI(烟台万华)，完毕后升温至95℃，反应2～3小时，取样测试游离异氰酸酯基，当含量为0％时，停止反应并出料。
2.A组分的制备
2.1 A组分成分及用量
2.2 A组分制备：
将环氧改性聚合物、POP-H45(上海高桥，羟值21mgKOH/g)、DBP、胺醚403(山东东大，羟值760mgKOH/g，f＝4，分子量为300)、苯胺丙基三乙氧基硅烷、抗氧剂1010、UV531、苯并三唑、二月桂酸二丁基锡、滑石粉依次加入到反应釜中，开动搅拌并升温至85℃，真空泵对反应釜抽真空脱水，真空度保持在0.08MPa以上，保持1小时后，消除真空，降至室温，出料分装。
3.B组分成分及用量
4.快速维修材料的制备
将A、B组分按照6：1的重量比进行混合，使用机械搅拌3分钟，通过注浆机将混合液注入梯形轨枕与混凝土之间的空腔内。
5.快速维修材料的测试结果
快速维修材料的物理性能如下：
由上面的结果可以看出，缺少聚醚3010后，材料静刚度大幅下降，该材料的性能在静刚度、动静刚度比两方面不符合使用要求
对比例4
针对梯形道床横向减震垫板失效问题，目前没有特别有效或者满足要求的整治材料。我们以较为相似的CRTSⅠ型无砟轨道凸形挡台充填树脂材料凸台树脂为例进行了比较研究，其为双组分为聚氨酯材料，其中A组分是聚醚材料，B组分是异氰酸酯PAPI，使用比例为质量比10：1。
物理性能如下：
材料性能不符合使用要求。
