高速鐵路板式無碴軌道CA砂漿在中國的專利申請現(xiàn)狀

鄭麗麗 時彥衛(wèi) 高天柱 周文 楊波

一、引言

無碴軌道是高速鐵路高速化發(fā)展的必然要求，而板式無碴軌道則是無碴軌道的主要結(jié)構(gòu)形式之一，其具有如下優(yōu)點(diǎn)：①基于板式軌道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其軌道穩(wěn)定性、平順性且由于不引入需要時常更換的道碴，其耐久性較好；②由于不使用道碴，道床整體整潔美觀，不存在道碴飛濺和粉化問題，且結(jié)構(gòu)高度低、自重輕；③為了保證軌道整體的強(qiáng)度和彈性，一般板式無碴軌道在混凝土基床與軌道板之間鋪有一層約50mm厚的水泥瀝青砂漿（簡稱CA砂漿）作為墊層。因此，作為無碴軌道提供強(qiáng)度和彈性的關(guān)鍵材料，CA砂漿技術(shù)是板式無碴軌道的核心技術(shù)之一，CA砂漿的性質(zhì)和耐久性直接影響軌道的使用和壽命，因而CA砂漿的配合比、現(xiàn)場攪拌、檢測、運(yùn)輸和灌注研究成為軌道交通材料的研究重點(diǎn)[1-4]。

日本最早開始無碴軌道的推廣應(yīng)用。早在20世紀(jì)60年代，日本就在山陽新干線試鋪了8km板式軌道，而該軌道目前還在使用，隨后日本在鐵路建設(shè)中大量使用了無碴軌道技術(shù)，至今累計(jì)鋪設(shè)長度已超過3 000km，并在橋梁、隧道和路基上大量使用無碴軌道技術(shù)。德國也是板式無碴軌道技術(shù)應(yīng)用較早的國家，德國的Max-Bogl公司于1996年開始研發(fā)FF Bogl預(yù)制板板式軌道系統(tǒng)，也就是國內(nèi)常稱的博格板技術(shù)，并于1977年在Karsfeld鋪設(shè)了試驗(yàn)段，但此后一直未得到應(yīng)用。2000年，Max-Bogl公司研發(fā)的該軌道系統(tǒng)獲得德國政府頒發(fā)的EBA許可證，德國博格板技術(shù)才開始較大范圍的推廣與應(yīng)用，其中包括紐倫堡-英戈?duì)柺┧?、克?法蘭克福（均為35km）均使用了該技術(shù)。我國京津城際高速鐵路也使用了德國的博格板技術(shù)。

目前，國際上日本新干線板式與德國博格板式2種軌道結(jié)構(gòu)都需要采用CA砂漿，只是兩者的組成和結(jié)構(gòu)存在差別。日本開發(fā)的CA砂漿包括溫暖地區(qū)的CA砂漿和寒冷地區(qū)用的CA砂漿。CA砂漿的主要原材料有：水泥、硅灰等其他復(fù)合材料、乳化瀝青、P乳劑（氯化丁乳）、細(xì)砂、鋁粉、消泡劑、AE助劑、水等。

在我國，CA砂漿在秦沈客運(yùn)專線上屬首次應(yīng)用。我國領(lǐng)土面積大，穿越全國各地的鐵路同一條干線氣候差異巨大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，地表溫度從-20～60℃甚至更寬的范圍內(nèi)變化，因而對CA砂漿的適應(yīng)性的要求更高。此外，日本對此技術(shù)實(shí)行嚴(yán)格封鎖和技術(shù)壟斷，因此，我國高速鐵路無碴軌道CA砂漿的研究，特別是其核心組分乳化瀝青的研究對于CA砂漿的廣泛應(yīng)用具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

本文以高速鐵路無碴軌道CA砂漿在中國范圍內(nèi)的專利申請數(shù)據(jù)為分析樣本，在總結(jié)分析高速鐵路無碴軌道CA砂漿在中國專利申請現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對我國高速鐵路無碴軌道CA砂漿的發(fā)展提出了意見和建議。

二、高速鐵路無碴軌道CA砂漿國內(nèi)專利申請整體概況

檢索使用的檢索系統(tǒng)為國家知識產(chǎn)權(quán)局專利檢索與服務(wù)系統(tǒng)（S系統(tǒng)）中的中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS）文摘數(shù)據(jù)庫和CNTXT全文數(shù)據(jù)庫，上述2個數(shù)據(jù)庫是在中國專利技術(shù)分析的主要數(shù)據(jù)庫，截至目前，CNABS已收錄專利文獻(xiàn)11 600 410條，CNTXT已收錄專利文獻(xiàn)10 033 069條，這樣龐大的文獻(xiàn)量能夠總體上反映在中國范圍內(nèi)申請專利的現(xiàn)狀與趨勢。因此，在分析專利申請數(shù)據(jù)時，以此作為信息來源。

檢索主要使用的關(guān)鍵詞有：CA砂漿、水泥乳化瀝青砂漿、板式無碴軌道。主要采用關(guān)鍵詞在CNABS數(shù)據(jù)庫中檢索到涉及CA砂漿的專利申請共計(jì)503件（檢索截至2017年1月3日），以此作為下述分析的數(shù)據(jù)樣本。

1.時間分布

圖1顯示了高速鐵路無碴軌道CA砂漿在中國專利申請量的時間分布情況，其反映了從2002-2016年間高速鐵路無碴軌道CA砂漿技術(shù)專利申請狀況的整體發(fā)展脈絡(luò)。高速鐵路無碴軌道CA砂漿在中國起步較晚，而且其僅僅伴隨著我國的高速鐵路建設(shè)的發(fā)展而發(fā)展，我國高速鐵路無碴軌道CA砂漿方面的第一篇專利出現(xiàn)于2002年，申請人是中鐵十一局集團(tuán)有限公司，而CA砂漿在我國的首次引用就是用于2002年12月通車的秦沈客運(yùn)專線上。此后經(jīng)過近2年的平緩發(fā)展期，自2005年前后，進(jìn)入快速發(fā)展階段，特別是2010年以后，專利文獻(xiàn)量大量增長。此后伴隨著我國高速鐵路建設(shè)的提速，CA砂漿的專利申請量也逐步上升，尤其是在2009-2012年，每年的專利申請量達(dá)到了70項(xiàng)，此后專利申請量有了下降的趨勢。這與近年我國高速鐵路采用自密實(shí)混凝土取代CA砂漿用于無碴軌道的墊層相關(guān)。然而，自密實(shí)混凝土本身不具備CA砂漿所特有的彈性，其存在一定的安全隱患和速度限制。隨著我國高鐵建設(shè)要求的進(jìn)一步提高，CA砂漿技術(shù)還是有較強(qiáng)的進(jìn)一步發(fā)展的需求?？梢?，我國CA砂漿專利申請的發(fā)展與我國高速鐵路建設(shè)的速度和規(guī)模密切相關(guān)，屬于一種典型的應(yīng)用型產(chǎn)品。

2.技術(shù)主題分布

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，高速鐵路無碴軌道CA砂漿相關(guān)專利主要涉及原材料優(yōu)化、灌注、軌道板技術(shù)相關(guān)、檢測和修補(bǔ)4個方面，圖2給出了高速鐵路無碴軌道CA砂漿在中國專利申請的具體技術(shù)分布情況。其中原材料的優(yōu)化的相關(guān)專利申請共154件，占到了總申請量的30%，這與CA砂漿是種多組份組成的復(fù)合材料相關(guān)，而在154件原材料優(yōu)化的專利申請中，乳化瀝青相關(guān)的有57件，這體現(xiàn)了在CA砂漿的多種組分之中，核心組分是乳化瀝青。軌道板相關(guān)技術(shù)和檢測技術(shù)也是研究者們關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著我國已使用的CA砂漿服役年限的增長，CA砂漿的修補(bǔ)技術(shù)和檢測技術(shù)會受到越來越多研究者的關(guān)注。

3.主要申請人分布

圖3詳細(xì)列出了高速鐵路無碴軌道CA砂漿在中國范圍內(nèi)專利申請量排名前9位的申請人情況，由圖3可知，在高速鐵路無碴軌道CA砂漿領(lǐng)域，主要申請人以企業(yè)為主。專利申請量最多的高校是武漢理工大學(xué)，其歷年專利申請總量僅為12件，其中有6件與湖北國創(chuàng)高科實(shí)業(yè)有限公司合作。其作為唯一申請人申請的6項(xiàng)專利申請中有5項(xiàng)集中在CA砂漿的核心技術(shù)乳化瀝青上。

專利申請量最大的三一重工股份有限公司的專利申請量遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于其他申請人的專利申請量，對其專利申請進(jìn)行進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，其申請主要集中在砂漿車及相關(guān)配套設(shè)備上，申請的主要專利類型為實(shí)用新型專利，專利授權(quán)率較高。

重點(diǎn)申請人浙江蘭亭高科股份有限公司（以下簡稱“浙江蘭亭”）的專利申請則主要集中在CA砂漿的助劑、輸送裝置和乳化瀝青的制備，值得關(guān)注的是，浙江蘭亭是一家傳統(tǒng)的乳化瀝青生產(chǎn)的大型企業(yè)，然而其專利布局的重點(diǎn)并不在乳化瀝青，可見我國企業(yè)申請人對于乳化瀝青的核心技術(shù)的研究還有待進(jìn)一步加強(qiáng)，企業(yè)在乳化瀝青方面的研究還需要進(jìn)一步深化。

可見，在高速鐵路無碴軌道CA砂漿領(lǐng)域，研究高校和研究院所的參與度不高，這可能與傳統(tǒng)的砂漿領(lǐng)域技術(shù)含量不高，國家支持力度有限有關(guān)。然而，高速鐵路無碴軌道CA砂漿是高速鐵路無碴軌道的關(guān)鍵技術(shù)之一，雖然目前出現(xiàn)了用自密實(shí)混凝土替代CA砂漿的趨勢，然而自密實(shí)混凝土存在彈性模量偏低的特點(diǎn)，這限制了我國高鐵的提速且增加了一定的安全隱患，因此，建議國家加大對于CA砂漿的科技投入，吸引更多的高校和研究院所參與到高速鐵路無碴軌道CA砂漿的研究中來，提高我國高速鐵路無碴軌道CA砂漿技術(shù)的技術(shù)水平。

4.專利布局情況

圖4給出了高速鐵路無碴軌道CA砂漿中國專利申請的布局情況，高速鐵路無碴軌道CA砂漿領(lǐng)域?qū)＠跈?quán)量較高，授權(quán)的專利申請占到總申請量的68%左右，駁回率和撤回率分別僅為4%和7%，授權(quán)后權(quán)利終止也僅占10%左右，可見，該領(lǐng)域?qū)＠暾埖馁|(zhì)量相對較高，申請人也比較重視對授權(quán)專利的權(quán)利保護(hù)。

已授權(quán)的專利中仍然以原材料優(yōu)化為主，共有105項(xiàng)專利，占到了總授權(quán)專利的22%左右，然而在原材料優(yōu)化的相關(guān)CA砂漿的已授權(quán)專利中，涉及乳化瀝青及乳化劑相關(guān)的共37項(xiàng)，相對于乳化瀝青在CA砂漿原材料中的核心地位來說，比例相對較低。如日本就分別研究了不同做工環(huán)境下的瀝青乳劑或聚合物乳劑?？梢?，我國研究者對于CA砂漿的核心技術(shù)的乳化瀝青的技術(shù)儲備仍顯不足。

已授權(quán)專利中，軌道板相關(guān)技術(shù)授權(quán)量也相對較大，占到了總授權(quán)專利的11%左右，而在修補(bǔ)技術(shù)和檢測技術(shù)領(lǐng)域目前的專利布局相對較少，分別僅為3%和6%。鑒于我國高速鐵路無碴軌道CA砂漿服役期的增加，部分路段的CA砂漿出現(xiàn)了老化和破損，如何檢測服役CA砂漿的老化狀況，如何快速修補(bǔ)破損的CA砂漿成為新的技術(shù)需求點(diǎn)，因而修補(bǔ)技術(shù)和檢測技術(shù)領(lǐng)域的潛在需求逐漸顯現(xiàn)，建議相關(guān)的研究院所和企業(yè)加快在修補(bǔ)技術(shù)和檢測技術(shù)領(lǐng)域的專利布局。

三、結(jié)語

鐵路高速化是我國交通建設(shè)發(fā)展的重要方向。無碴軌道則是高速鐵路必然的發(fā)展要求，板式軌道是先進(jìn)的無碴軌道結(jié)構(gòu)形式之一，它由混凝土道床、CA砂漿層、軌道板等部分組成，其中CA砂漿技術(shù)是板式無碴軌道的核心技術(shù)之一。

從專利申請量來看，自2002年開始，中國專利申請量不斷遞增，進(jìn)入了技術(shù)快速增長更新的階段，且近年一直保持這較高的申請量，這是由于CA砂漿專利申請的狀況與我國高速鐵路建設(shè)的速度和規(guī)模密切相關(guān)，屬于一種典型的與工程應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)的材料。

從專利申請人來看，主要申請人以企業(yè)為主，研究高校和研究院所的參與度不高，這可能與傳統(tǒng)的砂漿領(lǐng)域技術(shù)含量不高且研究主要集中在砂漿配合比的優(yōu)化上，普遍高校和研究所的相關(guān)研究較少。建議國家加大對于CA砂漿的科技投入，發(fā)揮經(jīng)費(fèi)支持指揮棒的作用，增加高校和研究院所在高速鐵路無碴軌道CA砂漿的研究中的參與度，提高我國高速鐵路無碴軌道CA砂漿技術(shù)的基礎(chǔ)研究水平。此外，目前國內(nèi)的高速鐵路無碴軌道CA砂漿專利申請均為中國申請人，而具有核心技術(shù)的日本和德國都沒有在我國申請專利，這也體現(xiàn)了這2個國家在該領(lǐng)域技術(shù)上的嚴(yán)格封鎖，為了打破該封鎖，我國更加需要基礎(chǔ)研究力量強(qiáng)大的高校和研究院所接入該領(lǐng)域的研究。

從專利申請的布局情況來看，高速鐵路無碴軌道CA砂漿領(lǐng)域?qū)＠跈?quán)量較高，已授權(quán)的專利中仍然以原材料優(yōu)化為主，而在修補(bǔ)技術(shù)和檢測技術(shù)領(lǐng)域目前的專利布局相對較少。鑒于我國高速鐵路無碴軌道CA砂漿服役期的增加，修補(bǔ)技術(shù)和檢測技術(shù)領(lǐng)域的潛在需求逐漸顯現(xiàn)，建議相關(guān)的研究院所和企業(yè)加快在修補(bǔ)技術(shù)和檢測技術(shù)領(lǐng)域的專利布局。

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