轨下垫板耐寒性能检测-ag真人平台

轨下垫板耐寒性能检测技术研究

轨下垫板作为轨道交通轨道结构的关键组成部分，安装于钢轨与混凝土轨枕或轨道板之间，主要起缓冲、减振、绝缘和调整标高的作用。其在低温环境下的性能稳定性直接关系到行车安全、乘坐舒适性和部件使用寿命。耐寒性能是评价轨下垫板在低温条件下能否保持其物理力学性能，避免脆化、开裂或失去弹性恢复能力的关键指标。

一、 检测项目与方法原理

轨下垫板的耐寒性能检测是一系列针对材料在低温环境下物理、机械性能变化的综合评价，主要包括以下几类：

1. 低温冲击韧性试验

   • 原理： 该试验用于评估材料在低温下抵抗冲击载荷的能力，即其抑制脆性断裂的能力。将标准试样在特定低温环境下充分保温后，迅速置于冲击试验机上，由摆锤一次性冲击破坏，测量试样所吸收的冲击功。冲击功值越高，表明材料的低温韧性越好，脆化倾向越低。

   • 方法： 通常采用夏比（charpy）冲击试验法。将一组试样分别置于一系列不同低温（如-20℃, -40℃, -60℃）的低温箱中，保温规定时间后，在规定时间内完成冲击测试，以此确定其韧脆转变温度。

2. 低温压缩永久变形试验

   • 原理： 该试验模拟垫板在长期低温荷载作用下弹性恢复能力的损失情况。将试样在规定的低温环境下，压缩至一定的变形量，并保持规定时间。卸除载荷后，在室温下恢复一段时间，测量试样的残余变形量。残余变形量越小，表明材料在低温下的弹性保持能力越强，耐寒性能越好。

   • 方法： 使用压缩夹具将试样压缩至标准规定的应变率（如25%或50%），然后连同夹具一同放入低温环境箱中，在目标温度（如-40℃）下保持24小时或更长时间。取出后卸除夹具，在标准室温下恢复30分钟，测量厚度变化计算永久变形率。

3. 低温静刚度试验

   • 原理： 刚度是轨下垫板的核心功能指标。该试验用于测定垫板在低温条件下的静态刚度值，评估其低温下支撑和缓冲性能的稳定性。低温可能导致高分子材料变硬，致使刚度升高，影响减振效果。

   • 方法： 将试样在低温箱中降至目标温度（如-20℃, -35℃）并保温后，在低温环境下或迅速转移至力学试验机上进行压缩测试。记录载荷-位移曲线，根据标准规定的位移范围（如0.3mm至0.7mm）计算静刚度值，并与常温下的刚度值进行比较，计算刚度变化率。

4. 低温断裂性能试验

   • 原理： 对于某些特定配方的垫板，需要评估其在低温下抵抗裂纹扩展的能力。该试验通过预制裂纹的试样，在低温下施加拉伸或弯曲载荷，测量其临界应力强度因子（kic）或临界应变能释放率（gic），作为材料低温断裂韧性的量化指标。

   • 方法： 通常采用紧凑拉伸（ct）试样或单边缺口弯曲（senb）试样，在低温环境中保温后，通过疲劳试验机或万能试验机以缓慢的加载速率进行测试，直至试样断裂，通过记录的载荷和裂纹扩展数据计算断裂韧性参数。

5. 玻璃化转变温度（tg）测定

   • 原理： 玻璃化转变温度是高聚物从高弹态转变为玻璃态的特征温度。当使用环境温度接近或低于材料的tg时，材料会变硬变脆。测定tg可以从材料本质上判断其耐寒性能的优劣。

   • 方法： 主要采用差示扫描量热法（dsc）。在程序控温过程中，测量试样与参比物之间的热流差随温度的变化。在玻璃化转变区域，热容会发生阶跃式变化，曲线上的拐点或中点所对应的温度即被定义为tg。

二、 检测范围与应用需求

轨下垫板的耐寒性能检测需求与其应用的地理环境、线路类型和运营条件密切相关。

1. 高寒地区铁路： 应用于我国东北、西北及青藏高原等冬季严寒地区的铁路线路，环境温度可低至-50℃以下。对此类垫板的耐寒性能要求为严苛，通常要求进行-60℃甚至更低温度的冲击、压缩永久变形和刚度测试，确保其在极端低温下不发生脆裂且保持必要的弹性。

2. 高速铁路： 高速列车对轨道平顺性及部件稳定性要求极高。轨下垫板的低温刚度稳定性是关键，需确保在冬季低温环境下，垫板刚度不会显著增大而导致轨道动态不平顺，影响行车舒适性和安全性。

3. 城市轨道交通： 包括地铁、轻轨等。虽然地下线路温度波动较小，但地面及高架线路同样面临冬季低温考验。检测重点在于保证垫板在周期性冻融和低温荷载下，压缩永久变形和疲劳性能满足要求。

4. 重载铁路： 承受大轴重、高密度的荷载。耐寒检测需重点关注在低温与重载联合作用下，垫板的抗蠕变性能和压缩永久变形性能，防止因塑性变形累积导致轨道几何尺寸超限。

5. 桥梁与特殊地段： 桥梁上的轨道结构温度变化更为剧烈。应用于此的轨下垫板需要进行更宽温度范围（如-40℃至 60℃）的性能验证，确保其在热胀冷缩环境下性能稳定。

三、 检测标准与规范

国内外对轨下垫板的耐寒性能均有相应的标准规定。

1. 中国标准：

   • tb/t 3396.3《高速铁路扣件 第3部分：轨下垫板》: 规定了对高速铁路用轨下垫板的低温性能要求，包括-40℃下的冲击韧性（不小于20 kj/m²）和-35℃下的静刚度变化率（与23℃时相比，不超过±25%）。

   • gb/t 21527《轨道交通 弹性垫板》: 适用于各类轨道交通用弹性垫板。规定了低温脆性试验（-45℃下试样不得出现断裂）和-40℃下的压缩永久变形率（不大于50%）。

   • jg/t 532《建筑隔震弹性滑板支座》: 虽主要针对建筑，但其对高分子材料在低温下的压缩性能测试方法具有参考价值。

2. 标准：

   • 欧洲标准 en 13146-9《铁路应用 轨道 扣件系统的试验方法 第9部分：抗冲击性能》: 规定了扣件系统包括垫板的冲击试验方法，可用于低温环境下的测试。

   • 欧洲标准 en 13481-5《铁路应用 轨道 扣件系统性能要求 第5部分：轨下垫板》: 规定了垫板的性能要求，其中包含了对低温环境下刚度和耐久性的相关条款。

   • 铁路联盟标准 uic 860《扣件垫板技术条件》: 是上广泛引用的标准之一，对垫板的物理机械性能，包括低温性能提出了具体要求。

   • 美国材料与试验协会标准 astm d746《用冲击测定塑料及弹性材料的脆化温度的试验方法》 和 astm d395《橡胶性能的试验方法 压缩永久变形》 等，为材料级别的低温性能测试提供了详细的方法指导。

四、 检测仪器与设备功能

完成上述检测项目需要一系列精密的温控和力学测试设备。

1. 高低温环境试验箱：

   • 功能： 为核心设备，用于为试样提供精确、稳定的低温测试环境。其温控范围需满足标准要求，通常要求能达到-70℃或更低，并且具备良好的温度均匀性和波动度。箱体需配备观察窗和引线孔，以便于操作和连接传感器。

2. 冲击试验机：

   • 功能： 主要用于低温冲击韧性试验。通常为摆锤式冲击试验机，具备足够的能量容量和精确的能量标定。需配备专用的试样支座和摆锤。试验时，需使用专用的试样转移工具，确保低温试样在离开环境箱后数秒内完成冲击。

3. 万能材料试验机：

   • 功能： 用于进行低温压缩永久变形、低温静刚度、低温断裂性能等试验。需具有宽广的载荷量程和精确的位移、力值控制与测量系统。试验机需配备高低温环境箱或自制的小型温控 chamber，以便在低温环境下直接进行力学测试，或配备快速转移装置。

4. 差示扫描量热仪：

   • 功能： 用于测定材料的玻璃化转变温度（tg）。该仪器通过精确控制升降温速率，并高灵敏度地检测样品在相变或状态转变过程中的热流变化，从而确定其特征温度。

5. 辅助装置：

   • 功能： 包括试样压缩夹具（用于压缩永久变形和静刚度试验）、裂纹制备装置（用于断裂韧性试验试样制备）、低温介质（如液氮，用于快速降温）、温度传感器和数据采集系统等。这些辅助设备的精度和可靠性对测试结果的准确性至关重要。

结论

轨下垫板的耐寒性能检测是一个系统性的、多指标的综合评价过程。通过结合低温冲击、压缩永久变形、静刚度等力学性能测试与玻璃化转变温度等热学分析，能够全面、深入地评估垫板在预期低温环境下的适用性与可靠性。严格遵循国内外相关标准，利用高低温环境试验箱、万能试验机等精密仪器，是确保检测数据准确、可靠，从而为轨道交通线路的设计、选材和安全运营提供关键ag真人平台的技术支持的必要保障。随着新材料和新工艺的应用，相应的检测技术与标准也需持续更新与发展。