PDF《既有铁路木枕替代材料的研究现状及发展趋势》

2016 年第

8 期铁道建筑Railway Engineering 文章编号: 1003-1995( 2016) 08-0001-09 既有铁路木枕替代材料的研究现状及发展趋势 曾志斌 1,

2 ( 1.

中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所, 北京 100081;

2. 高速铁路轨道技术国家重点实验室, 北京 100081) 摘要在世界各国铁路轨枕中木枕所占比例约为 90% .木枕容易腐朽和开裂, 使用寿命较短, 不能 满足车辆轴重日益增大、 列车速度不断提高、 运输量日益增长的需要, 因此大量劣化和损伤的木枕需要 更换, 但是用于制作木枕的优质木材供应量却持续下降.采用杂酚油对木枕进行防腐处理不仅污染环 境, 而且有害职工健康, 因此研究木枕的替代材料成为世界各国铁路部门的难题.尽管采用木材、 混凝 土、 钢等普通材料制作轨枕还是主流, 但是复合材料轨枕逐渐受到世界各国重视.本文首先介绍采用复 合材料加固既有木枕的研究现状.其次重点介绍以长玻璃纤维增强为代表的玻璃纤维增强发泡聚氨酯 合成轨枕和以短玻璃纤维或无玻璃纤维增强的回收塑料复合材料轨枕, 并简单介绍了其他形式的复合 材料轨枕.最后指出轨枕的抗弯曲和剪切性能、 握钉能力、 黏结层的强度、 耐久性、 寿命周期成本是今后 复合材料轨枕的研究重点. 关键词 木枕;

替代材料;

复合材料;

玻璃纤维增强发泡聚氨酯合成轨枕;

塑料复合材料轨枕 中图分类号 U213.

3 文献标识码 A DOI: 10.

3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 08.

01 收稿日期: 2016-06-18;

修回日期: 2016-06-29 基金项目: 中国铁道科学研究院基金( 2013YJ025) 作者简介: 曾志斌( 1969― ) , 男, 研究员, 硕士. 按照制造材料的不同, 铁路轨枕主要分为木枕、 混 凝土枕和钢枕

3 种.目前世界上正式运营的铁路里程 约120 万km, 其中 90% 的轨枕为木枕, 总数超过

25 亿根.国际铁路联盟( UIC) 对欧盟内 UIC 成员国不同铁 路轨 枕占有率(大致覆盖了欧盟铁路基础设施的70% ) 的调查结果 [1] 显示, 木枕、 混凝土枕、 钢枕占 全 部轨枕数量的百分比分别为 48. 9% , 46. 9% 和4. 2% . 根据

2013 年《中国铁道年鉴》 [2] 统计, 我国全路在线 轨枕

23 899.

0 万根, 其中木枕1382.

8 万根, 约占5. 8% , 混凝土枕

20 224.

9 万根, 约占 84. 6% , 其他枕

2 291.

4 万根, 约占 9. 6% ;

正线轨枕

17 358.

8 万根, 其 中木枕 277.

5 万根, 约占 1. 6% , 混凝土枕

15 571.

3 万根, 约占 89. 7% , 其他枕1 510.

0 万根, 约占 8. 7% .尽 管木枕的使用历史悠久且优点突出, 但是其容易腐朽 和开裂等缺点也很明显, 而且优质木材资源日益稀缺, 因此研究木枕的替代材料, 以更换大量劣化的木枕, 是 摆在世界各国铁路部门面前的难题.国内外对采用耐 久性更好、 强度更高、 经济适用的材料替换劣化和损伤 的木枕进行的研究和试用主要集中在: ①继续使用普 通轨枕材料, 如人工林木材、 钢和预应力混凝土;

②采 用复合材料加固既有铁路木枕;

③采用复合材料 ( 如 聚合物混凝土、 增强塑料、 橡胶和纤维复合材料等) 制 成轨枕.

1 铁路木枕替代材料研究的必要性 木材是一种天然高分子材料, 是人类最早应用的 材料之一.由于以木材为原料制成的木枕具有很多优 点, 例如形状简单, 质量轻, 弹性好, 绝缘性能较好, 容 易制造和加工, 与钢轨的连接比较简便, 运输、 铺设和 养护维修方便等, 故木枕一直在世界轨枕市场中占据 显著位置.但是木枕存在以下缺点: 1) 木枕要消耗大量优质木材, 随着资源日益匮乏, 木材原材料供应量逐渐减小, 从而推高其价格. 2) 制造木枕的木材种类和部位不同, 其强度和弹 性不完全一致, 在机车车辆作用下会形成轨道不平顺, 增大轮轨动力作用. 3) 在列车荷载的长期冲击和碾压下, 木枕易受机 械磨损, 从而缩短其使用寿命, 并引起 线 路的 弹 性不 一致. 4) 木枕上的道钉孔会因使用日久而松弛, 持钉能 力下降;