摘要：對高強復合路基耐久性優(yōu)化過程中使用的單組分聚氨酯泡沫填縫劑進行制備和應用，解決高強復合路基耐久性不強的問題。按照配合比，將準備的材料進行預處理，按照不同的材料配比，制備單組分聚氨酯泡沫填縫劑，并放置24 h。根據(jù)某鐵路工程路基的特性，制備高強復合路基試件，并對路基試件的耐久性能進行測試。將上述制備好的單組分聚氨酯泡沫填縫劑應用到制備的高強復合路基樣本中，填縫完成后，將填縫好的試件進行養(yǎng)護，并對路基試件進行編號。利用馬歇爾穩(wěn)定度儀對填縫好的路基試件進行抗水滲測試，利用電子萬能試驗機對填縫好的路基試件進行抗彎拉強度測試，記錄2次試驗的測試結果。在抗水滲試驗測試中，在60℃溫度下，用水浸泡路基試件48 h后，A02路基試件的馬歇爾穩(wěn)定度最大，為14.5。在抗彎拉強度測試中，A02路基試件的抗彎拉強度數(shù)值最大，為562.36 MPa。結果顯示：60%聚氨酯預聚體的單組分聚氨酯泡沫填縫劑能夠實現(xiàn)對高強復合路基抗水滲性和抗彎拉強度的有效提高，實現(xiàn)對路基耐久性的優(yōu)化。

關鍵詞：單組分聚氨酯泡沫填縫劑；高強復合路基；耐久性能；鐵路路基；耐久性優(yōu)化；路基耐久性

中圖分類號：TQ172.71文獻標志碼：A文章編號：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

高強復合路基作為一種新型的路基結構形式，其自身有著非常優(yōu)秀的承載能力和穩(wěn)定性，能夠有效延長鐵路工程的使用壽命。然而，復合路基在使用過程中，由于環(huán)境因素、交通荷載的反復作用以及材料自身老化等因素的影響，不可避免地會出現(xiàn)裂縫、沉降等病害，進而影響其整體性能和使用壽命[1]。因此，探索有效的填縫材料和技術，提高復合路基的耐久性，具有重要的現(xiàn)實意義和工程價值。單組分聚氨酯泡沫填縫劑作為一種新型的高分子材料，以其優(yōu)良的粘合結構性能、耐候性能、耐水性能以及良好的彈性和壓縮性能，在土木工程領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。該填縫劑能夠在常溫下迅速反應，生成具有優(yōu)異密封性能的泡沫體，有效填充路基裂縫，減少外界有害物質的入侵，避免水分對路基裂縫的滲透，從而提高路基的耐久性能[2]。此外，單組分聚氨酯泡沫填縫劑在實際應用中，施工過程較為簡單，且成分無污染，符合現(xiàn)代綠色施工的需求。

本研究旨在深入探究單組分聚氨酯泡沫填縫劑在高強復合路基耐久性優(yōu)化中的應用。通過系統(tǒng)分析填縫劑的性能特點、作用機理以及與復合路基材料的相容性，分析其在路基填縫中的應用與性能變化。同時，結合室內試驗和現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)，評估填縫劑對復合路基耐久性提升的效果，為相關工程實踐提供理論依據(jù)和技術支持。

1研究實例

在本次試驗中，以某鐵路工程為例。該鐵路工程是我國境內的重要交通干線，全長250.36 km，承載著極為繁忙的客貨運輸任務。該工程經(jīng)過多個城市，地形變化復雜，地質條件多樣，且路基周邊存在大量的建筑物和管道設施，給鐵路路基的日常維護帶來了一定困難。正因如此，隨著使用年限的增長，該鐵路工程中多個區(qū)域的路徑出現(xiàn)裂縫、破碎等情況，給鐵路運輸帶來了一定影響[3]。在本次試驗中，以某鐵路工程的實際情況為基礎，通過引入填縫劑，優(yōu)化鐵路高強復合路基的耐久性，從而保證鐵路運輸?shù)陌踩?/p>

2試驗準備

2.1試驗材料

單組分聚氨酯泡沫填縫劑具有填縫、粘接、密封等多種效果，其制備過程較為復雜，需要多種原材料。試驗過程中的使用材料具體如下：

異氰酸酯（工業(yè)級，萬華化學集團股份有限公司）；聚醚二元醇（工業(yè)級，山東東大化工集團）；聚醚三元醇（工業(yè)級，山東東大化工集團）；二甲醚（工業(yè)級，北京化工原料公司）；丙烷（工業(yè)級，北京化工原料公司）；丁烷（工業(yè)級，北京化工原料公司）；二嗎啉基二乙基醚（工業(yè)級，廊坊思科瑞聚氨酯有限公司）；氯化石蠟（工業(yè)級，沈陽睦鑫阻燃材料廠）；酮亞胺（工業(yè)級，安鄉(xiāng)艾利特化工有限公司）；勻泡劑（工業(yè)級，江蘇美思德化學股份有限公司）；阻燃劑（工業(yè)級，山東藍星東大化工有限公司）；催化劑（工業(yè)級，山東久泰能源科技有限公司）；水泥；集料；外加劑。

異氰酸酯作為主要的制備材料，其在保存時，要注意保存在陰涼干燥處，避免吸濕[4]。同時，在接觸上述試劑的過程中，需要做好安全防護，佩戴好防護眼鏡和手套，保證自身安全。

2.2試驗儀器與設備

W-O溫油/水浴鍋（上海申順生物科技有限公司）；DHG-9070A電熱恒溫鼓風干燥箱（上海精宏實驗設備有限公司）；2XZ雙極旋片式真空泵（上海星夜真空設備廠）；WEW-100電子萬能試驗機（美特斯工業(yè)系統(tǒng)有限公司）；QCJ全自動發(fā)泡膠霧劑灌裝機（揚州愛莎爾氣霧劑制造有限公司）；WHF-5L高壓反應釜（威海市環(huán)宇化工機械有限公司）；NDJ-8黏度計（鄭州長城科工貿有限公司）；AN8333泡沫性能測試儀（上海巖征實驗儀器有限公司）；Agilent7890B氣相色譜儀（安捷倫）；氣霧罐（浙江中益鋁業(yè)有限公司）；OHAUS Explorer電子天平（蘇州太湖鋁業(yè)股份有限公司）；HT-J10攪拌器（山東諾銘機械設備有限公司）；HG-101恒溫恒濕箱（山東柏嘉潤化工設備有限公司）；KG-48計量泵（淄博庚潤化工設備有限公司）；SYD-0709馬歇爾穩(wěn)定度儀（內蒙古華科嘉誠科技有限公司）。

3試樣制備及試驗方法

3.1單組分聚氨酯泡沫填縫劑制備

單組分聚氨酯泡沫填縫劑的制備過程較為復雜，其制作不同過程中需要異氰酸酯和聚醚多元醇按照 1∶1 共同制備的聚氨酯預聚體，二甲醚、丙烷和丁烷按照 1∶1∶1 的比例共同混合而成的發(fā)泡劑，再結合催化劑和混合機共同制備而成。在制備時，根據(jù)上述不同材料的占比，得到具有不同性能的單組分聚氨酯泡沫填縫劑。其具體比例如表 1 所示。

根據(jù)表1配比，進行單組分聚氨酯泡沫填縫劑的制備[5] 。在制備填縫劑的過程中，按照上述配比，先將上述準備好的材料進行預處理和稱重，并將其投放到氣霧罐中，并對其進行閥門封口操作，再對氣霧罐進行充氣[6] 。在充氣時，先充入一定量的氣體，再充入丙丁烷等推進劑[7] 。充氣完成后，將氣霧罐進行密封，并將其放入振搖機中搖擺10 min使得氣霧罐中的原材料充分混合，生成均勻的泡沫，并在室溫下放置24 h。

3.2 高強復合路基試件制備及填縫劑應用

在上述過程中，先對某鐵路工程的路基性能進行測試，根據(jù)測試結果，進行高強復合路基試件的制備[8] 。在制備時，將水泥、集料和外加劑按照3∶5∶2的比例進行混合，并用篩子將其過篩，去除尺寸在19 mm 以上的顆粒，將剩下的顆?；旌暇鶆騕9] 。根據(jù)測試要求，將剩下的顆粒放入模具中，將其壓實，得到相應的高強復合路基樣本[10] 。上述為制備的路基試件，其尺寸為50 mm×50 mm，該試件的結構性能與某鐵路工程的路基完全相同[11] 。將路基試件從模具中脫模后，需要對其進行養(yǎng)護處理。在養(yǎng)護時，需要控制好溫度和濕度，確保路基的性能[12] 。

將上述路基試件作為基礎，利用制備的不同配比的單組分聚氨酯泡沫填縫劑對其進行填縫處理。使用不同填縫劑填縫處理后的路基如圖1所示。

將上述填縫好的路基試件作為基礎，利用實驗設備對其進行性能測試[13] 。根據(jù)性能測試結果，分析路基試件的耐久性。

3.3 單組分聚氨酯泡沫填縫劑在路基耐久性優(yōu)化效果的應用測試

高強復合路基的耐久性通過對路基試件的抗水滲和抗彎拉強度進行體現(xiàn)。在本次實驗中，將上述路基試件分為多組，分別進行多次實驗，測試路基試件的性能。

3.3.1 高強復合路基抗水滲的試驗

在本次實驗中，在路基試件進行抗水滲測試，通過計算試件的馬歇爾穩(wěn)定度來體現(xiàn)試件的抗水滲性。因此，在測試過程中，利用馬歇爾穩(wěn)定度儀展開試驗測試。實驗中，將上述路基試件分為2組[14] 。其2 組試驗的具體實驗參數(shù)如表2所示。

按照表2試驗參數(shù)，將2組路基試件放置在不同水浴鍋中，并利用馬歇爾穩(wěn)定度儀測試路基試件的穩(wěn)定度，由此計算出路基試件的殘留穩(wěn)定度。其計算過程如下：

式中：M0 表示路基試件的浸水殘留穩(wěn)定度；M1表示試件浸泡后的穩(wěn)定度；M 表示路基試件的標準穩(wěn)定度。利用式（1），計算出路基試件的浸水殘留穩(wěn)定度，由此分析路基試件的抗水滲性。

3.3.2 高強復合路基抗彎拉強度試驗

將填充好的路基樣本放置到電子萬能試驗機上，測試高強復合路基的抗彎拉強度。在測試過程中，先將路基試件放置在測試平臺上，并用夾子將路基試件固定住。啟動電子萬能試驗機，用恒定的速度進行加載，直到路基試件出現(xiàn)劈裂或者破壞。在上述過程中，利用測量與顯示系統(tǒng)記錄下所有的數(shù)據(jù)[15] 。由此計算出路基樣本的抗彎拉強度，其計算過程如下：

式中：Rf 表示路基樣本的抗彎拉強度；PN 表示路基樣本被破壞時的荷載值；Lf表示路基樣本的跨距；bf 表示路基樣本的寬度；hf 表示路基樣本的高度。利用式（2），計算出路基樣本的抗彎拉強度，將數(shù)值與初始結果進行對比分析，從而對路基樣本的耐久性能進行分析。

4 結果及性能分析

4.1 高強復合路基抗水滲的測試結果分析

利用馬歇爾穩(wěn)定度儀測定路基試件的穩(wěn)定度值，由此分析路基的抗水滲性能。其試驗結果如表3 所示。

由表3可知，隨著放置試件的增長，路基試件的馬歇爾穩(wěn)定度得到了顯著提升，這是因為長時間的浸水和高溫能夠有效提高路基試件與填縫劑之間的緊密程度，從而提高試件的穩(wěn)定度。同時，A02試件的馬歇爾穩(wěn)定度最高，遠高于其他試件。因此，當聚氨酯預聚體的占比達到60%時，填縫劑能夠有效提高路基試件的馬歇爾穩(wěn)定度，從而提高路基的抗水滲性。

4.2高強復合路基抗彎拉強度的測試結果分析

將上述抗彎拉強度的實驗結果進行統(tǒng)計，對比路基樣本在應用不同配比單組分聚氨酯泡沫填縫劑后的抗彎拉強度值，其統(tǒng)計結果如表4所示。

由表4可知，針對占比不同的聚氨酯預聚體，路基試件的抗彎拉強度在不斷發(fā)生變化。從表4中可以看出，A02試件的抗彎拉強度最大，為543.26 MPa，說明當聚氨酯預聚體的占比達到60%時，填縫劑能夠有效提高路基試件的抗彎拉強度。

5結語

針對單組分聚氨酯泡沫填縫劑在高強復合路基耐久性優(yōu)化中的應用，進行了深入的理論分析和實際應用探討，當聚氨酯預聚體的占比達到60%時，填縫劑能夠有效提高路基試件的抗水滲性和抗彎拉強度，在提升路基整體強度、減少裂縫產(chǎn)生、優(yōu)化結構耐久性等方面具有顯著效果。其獨特的粘彈性和優(yōu)良的抗老化性能，使得它在復雜多變的路基環(huán)境中能夠保持穩(wěn)定性能，有效延長了路基的使用壽命。此外，單組分聚氨酯泡沫填縫劑的施工簡便，能夠快速固化，極大地提高了工程效率，環(huán)保性能也符合現(xiàn)代綠色建筑的發(fā)展要求。

【參考文獻】

[1]劉貞鵬，楊宇.不同集料組合對C40水泥混凝土路面耐久性能的影響研究[J].西部交通科技，2023，11（12）：47-48.

[2]成剛，李猛.基于智慧工地的公路路基施工質量耐久性評價研究[J].智能建筑與智慧城市，2023，26（04）：181-183.

[3]王衛(wèi)華.路基中水分過多對路面耐久性和承載能力的影響[J].建筑機械，2021，42（9）：53-55.

[4]呂茂豐.平交口舊水泥路面耐久性瀝青加鋪新技術應用[J].湖南交通科技，2023，49（2）：23-29.

[5]王超，宮官雨，陳乙方.考慮氣候變化影響的瀝青路面長期服役耐久性評估[J].土木工程學報，2023，56（2）：110-120.

[6]陳曉娟.水性環(huán)氧樹脂增強路面混凝土耐久性研究現(xiàn)狀及應用[J].居業(yè)，2022，25（10）：79-81.

[7]劉亞濤.基于芯樣強度特征的瀝青路面服役耐久性研究[J].建材世界，2022，43（4）：73-75.

[8]宋宏偉，陳壽永，閆偉.華南地區(qū)瀝青路面耐久性分析與關鍵技術應用[J].中國港灣建設，2022，42（5）：22-25.

[9]王輝，焦寶莉.公路瀝青路面彎沉值在耐久性評價中的應用[J].運輸經(jīng)理世界，2022，38（15）：29-31.

[10]李劍鋒，戈歡，孫兆任.單組分聚氨酯發(fā)泡膠阻燃性能的研究[J].聚氨酯工業(yè)，2023，38（2）：46-48.

[11]李凡.基于結構層壽命遞增的耐久性瀝青路面設計方法研究[J].西部交通科技，2021，52（4）：3-4.

[12]萬志青，熊萍花.高速公路瀝青路面耐久性及早期損壞分析[J].運輸經(jīng)理世界，2021，33（10）：102-104.

[13]王偉.速干型單組分聚氨酯泡沫填縫劑的研制與性能研究[J].上海化工，2022，47（2）：27-30.

[14]權國紹，劉鵬.強降雨條件下高填路段路基滑坡穩(wěn)定性數(shù)值優(yōu)化分析[J].粘接，2023，50（11）：165-168.

[15]于淇.軌枕用高強復合路基材料配比優(yōu)化及應用耐久性評價[J].粘接，2023，50（6）：82-85.

（責任編輯：張玉平）