聚氨酯泡沫填缝剂制备优化及在高强复合路基中的应用

摘要：对高强复合路基耐久性优化过程中使用的单组分聚氨酯泡沫填缝剂进行制备和应用，解决高强复合路基耐久性不强的问题。按照配合比，将准备的材料进行预处理，按照不同的材料配比，制备单组分聚氨酯泡沫填缝剂，并放置24 h。根据某铁路工程路基的特性，制备高强复合路基试件，并对路基试件的耐久性能进行测试。将上述制备好的单组分聚氨酯泡沫填缝剂应用到制备的高强复合路基样本中，填缝完成后，将填缝好的试件进行养护，并对路基试件进行编号。利用马歇尔稳定度仪对填缝好的路基试件进行抗水渗测试，利用电子万能试验机对填缝好的路基试件进行抗弯拉强度测试，记录2次试验的测试结果。在抗水渗试验测试中，在60℃温度下，用水浸泡路基试件48 h后，A02路基试件的马歇尔稳定度最大，为14.5。在抗弯拉强度测试中，A02路基试件的抗弯拉强度数值最大，为562.36 MPa。结果显示：60%聚氨酯预聚体的单组分聚氨酯泡沫填缝剂能够实现对高强复合路基抗水渗性和抗弯拉强度的有效提高，实现对路基耐久性的优化。

关键词：单组分聚氨酯泡沫填缝剂；高强复合路基；耐久性能；铁路路基；耐久性优化；路基耐久性

中图分类号：TQ172.71文献标志码：A文章编号：1001-5922（2025）01-0028-04

Preparation and optimization of polyurethane foam caulk and its application in high-strength composite roadbed

ZHANG Yu

（Henan Traffic Technician College，Zhumadian 463000，Henan China）

Abstract：The one-component polyurethane foam caulk used in the process of optimizing the durability of high-strength composite roadbed was prepared and applied to solve the problem of low durability of high-strength composite roadbed.According to the mix ratio，the prepared materials were pretreated，and the one-component poly-urethane foam caulk was prepared according to different material ratios and placed for 24 h.According to the char-acteristics of a railway engineering subgrade，a high-strength composite subgrade specimen was prepared，and the durability of the subgrade specimen was tested.The prepared one-component polyurethane foam caulk is applied to the prepared high-strength composite subgrade sample，and after the caulking was completed，the caulking speci-men was cured，and the subgrade specimens were numbered.The Marshall stability meter was used to test the water seepage resistance of the caulked subgrade specimens，the electronic universal testing machine was used to test the flexural tensile strength of the caulked subgrade specimens，and the test results of the two tests were recorded.Inthe water infiltration resistance test，after soaking the roadbed specimen in water for 48 hours at a temperature of 60℃，the Marshall stability of A02 roadbed specimen was the highest，which was 14.5.In the flexural tensile strength test，the A02 roadbed specimen had the highest flexural tensile strength value，which was 562.36 MPa.The results show that the one-component polyurethane foam caulk with 60%polyurethane prepolymer can effective-ly improve the water permeability and flexural tensile strength of the high-strength composite subgrade，and opti-mize the durability of the subgrade.

Key words：one component polyurethane foam sealant；high strength composite roadbed；durability performance；railway subgrade；durability optimization；durability of roadbed

高强复合路基作为一种新型的路基结构形式，其自身有着非常优秀的承载能力和稳定性，能够有效延长铁路工程的使用寿命。然而，复合路基在使用过程中，由于环境因素、交通荷载的反复作用以及材料自身老化等因素的影响，不可避免地会出现裂缝、沉降等病害，进而影响其整体性能和使用寿命[1]。因此，探索有效的填缝材料和技术，提高复合路基的耐久性，具有重要的现实意义和工程价值。单组分聚氨酯泡沫填缝剂作为一种新型的高分子材料，以其优良的粘合结构性能、耐候性能、耐水性能以及良好的弹性和压缩性能，在土木工程领域展现出广阔的应用前景。该填缝剂能够在常温下迅速反应，生成具有优异密封性能的泡沫体，有效填充路基裂缝，减少外界有害物质的入侵，避免水分对路基裂缝的渗透，从而提高路基的耐久性能[2]。此外，单组分聚氨酯泡沫填缝剂在实际应用中，施工过程较为简单，且成分无污染，符合现代绿色施工的需求。

本研究旨在深入探究单组分聚氨酯泡沫填缝剂在高强复合路基耐久性优化中的应用。通过系统分析填缝剂的性能特点、作用机理以及与复合路基材料的相容性，分析其在路基填缝中的应用与性能变化。同时，结合室内试验和现场观测数据，评估填缝剂对复合路基耐久性提升的效果，为相关工程实践提供理论依据和技术支持。

1研究实例

在本次试验中，以某铁路工程为例。该铁路工程是我国境内的重要交通干线，全长250.36 km，承载着极为繁忙的客货运输任务。该工程经过多个城市，地形变化复杂，地质条件多样，且路基周边存在大量的建筑物和管道设施，给铁路路基的日常维护带来了一定困难。正因如此，随着使用年限的增长，该铁路工程中多个区域的路径出现裂缝、破碎等情况，给铁路运输带来了一定影响[3]。在本次试验中，以某铁路工程的实际情况为基础，通过引入填缝剂，优化铁路高强复合路基的耐久性，从而保证铁路运输的安全。

2试验准备

2.1试验材料

单组分聚氨酯泡沫填缝剂具有填缝、粘接、密封等多种效果，其制备过程较为复杂，需要多种原材料。试验过程中的使用材料具体如下：

异氰酸酯（工业级，万华化学集团股份有限公司）；聚醚二元醇（工业级，山东东大化工集团）；聚醚三元醇（工业级，山东东大化工集团）；二甲醚（工业级，北京化工原料公司）；丙烷（工业级，北京化工原料公司）；丁烷（工业级，北京化工原料公司）；二吗啉基二乙基醚（工业级，廊坊思科瑞聚氨酯有限公司）；氯化石蜡（工业级，沈阳睦鑫阻燃材料厂）；酮亚胺（工业级，安乡艾利特化工有限公司）；匀泡剂（工业级，江苏美思德化学股份有限公司）；阻燃剂（工业级，山东蓝星东大化工有限公司）；催化剂（工业级，山东久泰能源科技有限公司）；水泥；集料；外加剂。

异氰酸酯作为主要的制备材料，其在保存时，要注意保存在阴凉干燥处，避免吸湿[4]。同时，在接触上述试剂的过程中，需要做好安全防护，佩戴好防护眼镜和手套，保证自身安全。

2.2试验仪器与设备

W-O温油/水浴锅（上海申顺生物科技有限公司）；DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；2XZ双极旋片式真空泵（上海星夜真空设备厂）；WEW-100电子万能试验机（美特斯工业系统有限公司）；QCJ全自动发泡胶雾剂灌装机（扬州爱莎尔气雾剂制造有限公司）；WHF-5L高压反应釜（威海市环宇化工机械有限公司）；NDJ-8黏度计（郑州长城科工贸有限公司）；AN8333泡沫性能测试仪（上海岩征实验仪器有限公司）；Agilent7890B气相色谱仪（安捷伦）；气雾罐（浙江中益铝业有限公司）；OHAUS Explorer电子天平（苏州太湖铝业股份有限公司）；HT-J10搅拌器（山东诺铭机械设备有限公司）；HG-101恒温恒湿箱（山东柏嘉润化工设备有限公司）；KG-48计量泵（淄博庚润化工设备有限公司）；SYD-0709马歇尔稳定度仪（内蒙古华科嘉诚科技有限公司）。

3试样制备及试验方法

3.1单组分聚氨酯泡沫填缝剂制备

单组分聚氨酯泡沫填缝剂的制备过程较为复杂，其制作不同过程中需要异氰酸酯和聚醚多元醇按照 1∶1 共同制备的聚氨酯预聚体，二甲醚、丙烷和丁烷按照 1∶1∶1 的比例共同混合而成的发泡剂，再结合催化剂和混合机共同制备而成。在制备时，根据上述不同材料的占比，得到具有不同性能的单组分聚氨酯泡沫填缝剂。其具体比例如表 1 所示。

根据表1配比，进行单组分聚氨酯泡沫填缝剂的制备[5] 。在制备填缝剂的过程中，按照上述配比，先将上述准备好的材料进行预处理和称重，并将其投放到气雾罐中，并对其进行阀门封口操作，再对气雾罐进行充气[6] 。在充气时，先充入一定量的气体，再充入丙丁烷等推进剂[7] 。充气完成后，将气雾罐进行密封，并将其放入振摇机中摇摆10 min使得气雾罐中的原材料充分混合，生成均匀的泡沫，并在室温下放置24 h。

3.2 高强复合路基试件制备及填缝剂应用

在上述过程中，先对某铁路工程的路基性能进行测试，根据测试结果，进行高强复合路基试件的制备[8] 。在制备时，将水泥、集料和外加剂按照3∶5∶2的比例进行混合，并用筛子将其过筛，去除尺寸在19 mm 以上的颗粒，将剩下的颗粒混合均匀[9] 。根据测试要求，将剩下的颗粒放入模具中，将其压实，得到相应的高强复合路基样本[10] 。上述为制备的路基试件，其尺寸为50 mm×50 mm，该试件的结构性能与某铁路工程的路基完全相同[11] 。将路基试件从模具中脱模后，需要对其进行养护处理。在养护时，需要控制好温度和湿度，确保路基的性能[12] 。

将上述路基试件作为基础，利用制备的不同配比的单组分聚氨酯泡沫填缝剂对其进行填缝处理。使用不同填缝剂填缝处理后的路基如图1所示。

将上述填缝好的路基试件作为基础，利用实验设备对其进行性能测试[13] 。根据性能测试结果，分析路基试件的耐久性。

3.3 单组分聚氨酯泡沫填缝剂在路基耐久性优化效果的应用测试

高强复合路基的耐久性通过对路基试件的抗水渗和抗弯拉强度进行体现。在本次实验中，将上述路基试件分为多组，分别进行多次实验，测试路基试件的性能。

3.3.1 高强复合路基抗水渗的试验

在本次实验中，在路基试件进行抗水渗测试，通过计算试件的马歇尔稳定度来体现试件的抗水渗性。因此，在测试过程中，利用马歇尔稳定度仪展开试验测试。实验中，将上述路基试件分为2组[14] 。其2 组试验的具体实验参数如表2所示。

按照表2试验参数，将2组路基试件放置在不同水浴锅中，并利用马歇尔稳定度仪测试路基试件的稳定度，由此计算出路基试件的残留稳定度。其计算过程如下：

式中：M0 表示路基试件的浸水残留稳定度；M1表示试件浸泡后的稳定度；M 表示路基试件的标准稳定度。利用式（1），计算出路基试件的浸水残留稳定度，由此分析路基试件的抗水渗性。

3.3.2 高强复合路基抗弯拉强度试验

将填充好的路基样本放置到电子万能试验机上，测试高强复合路基的抗弯拉强度。在测试过程中，先将路基试件放置在测试平台上，并用夹子将路基试件固定住。启动电子万能试验机，用恒定的速度进行加载，直到路基试件出现劈裂或者破坏。在上述过程中，利用测量与显示系统记录下所有的数据[15] 。由此计算出路基样本的抗弯拉强度，其计算过程如下：

式中：Rf 表示路基样本的抗弯拉强度；PN 表示路基样本被破坏时的荷载值；Lf表示路基样本的跨距；bf 表示路基样本的宽度；hf 表示路基样本的高度。利用式（2），计算出路基样本的抗弯拉强度，将数值与初始结果进行对比分析，从而对路基样本的耐久性能进行分析。

4 结果及性能分析

4.1 高强复合路基抗水渗的测试结果分析

利用马歇尔稳定度仪测定路基试件的稳定度值，由此分析路基的抗水渗性能。其试验结果如表3 所示。

由表3可知，随着放置试件的增长，路基试件的马歇尔稳定度得到了显著提升，这是因为长时间的浸水和高温能够有效提高路基试件与填缝剂之间的紧密程度，从而提高试件的稳定度。同时，A02试件的马歇尔稳定度最高，远高于其他试件。因此，当聚氨酯预聚体的占比达到60%时，填缝剂能够有效提高路基试件的马歇尔稳定度，从而提高路基的抗水渗性。

4.2高强复合路基抗弯拉强度的测试结果分析

将上述抗弯拉强度的实验结果进行统计，对比路基样本在应用不同配比单组分聚氨酯泡沫填缝剂后的抗弯拉强度值，其统计结果如表4所示。

由表4可知，针对占比不同的聚氨酯预聚体，路基试件的抗弯拉强度在不断发生变化。从表4中可以看出，A02试件的抗弯拉强度最大，为543.26 MPa，说明当聚氨酯预聚体的占比达到60%时，填缝剂能够有效提高路基试件的抗弯拉强度。

5结语

针对单组分聚氨酯泡沫填缝剂在高强复合路基耐久性优化中的应用，进行了深入的理论分析和实际应用探讨，当聚氨酯预聚体的占比达到60%时，填缝剂能够有效提高路基试件的抗水渗性和抗弯拉强度，在提升路基整体强度、减少裂缝产生、优化结构耐久性等方面具有显著效果。其独特的粘弹性和优良的抗老化性能，使得它在复杂多变的路基环境中能够保持稳定性能，有效延长了路基的使用寿命。此外，单组分聚氨酯泡沫填缝剂的施工简便，能够快速固化，极大地提高了工程效率，环保性能也符合现代绿色建筑的发展要求。

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（责任编辑：张玉平）