本發(fā)明涉及建筑材料，具體涉及一種聚氨酯混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、道路工程是交通基礎設施建設的核心，其中水泥混凝土和瀝青混凝土是常用的建筑材料，但它們各有局限性。水泥混凝土雖具有高強度和低成本，但在施工和使用過程中易出現(xiàn)質(zhì)量問題，影響結(jié)構(gòu)強度和耐久性。瀝青混凝土具有良好的柔韌性和低噪音特性，但其耐高溫性、抗老化性能及化學物質(zhì)的抵抗能力較差，容易導致路面變形和開裂。

2、針對上述兩種傳統(tǒng)混凝土材料的缺點，相關(guān)學者引入聚氨酯混凝土。但現(xiàn)有聚氨酯混凝土存在局限性，如聚氨酯透水混凝土的密實性差、強度低，聚氨酯有機高分子材料面臨高溫老化、紫外老化等挑戰(zhàn)，進而影響混凝土耐久性。此外，聚氨酯中的異氰酸酯與水反應使得聚氨酯發(fā)泡，降低混凝土密實度，影響力學強度。針對這些問題，目前也有相關(guān)技術(shù)對這些問題進行改進，如專利號為cn202111196093.6(公開號為cn113845332a)的中國發(fā)明專利申請公開的《一種聚氨酯混凝土制備方法及其用于機場道面快速修補方法》、專利號為cn202210709555.8?(公開號為cn114956664a)的中國發(fā)明專利申請公開的《一種環(huán)氧樹脂改性聚氨酯混凝土及其制備方法》、專利號為cn?201811221583.5?(公開號為cn109439177a)的中國發(fā)明專利申請公開的《一種環(huán)氧樹脂改性聚氨酯混凝土及其制備方法》等。

3、雖然目前已經(jīng)有較多對聚氨酯混凝土進行改進的技術(shù)，但是要解決聚氨酯混凝土存在的缺陷面臨的幾大調(diào)整，是需要從高分子材料配方設計出發(fā)，并結(jié)合聚氨酯混凝土制備方法來徹底解決。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供一種耐高溫、耐腐蝕、耐老化、施工收縮幅度小、可快速固化的聚氨酯混凝土。

2、本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供一種上述聚氨酯混凝土的制備方法。

3、本發(fā)明解決上述第一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種聚氨酯混凝土，其特征在于，包括如下重量份的組分：

4、單組分聚氨酯膠?90~190份；

5、固化劑?1~4份；

6、骨料?900~1150份；

7、催化劑?0.5~12份；

8、其中，所述單組分聚氨酯膠由聚酯多元醇和異氰酸酯的預聚物經(jīng)活性單體稀釋而成，單組分聚氨酯膠的nco含量0.1~5wt?%；

9、所述聚酯多元醇的官能度為2，平均分子量1000~3000g/mol，由二元醇、二元酸和功能單體聚合而成，所述功能單體包括雙酚a和液體橡膠，雙酚a的加入量占聚酯多元醇質(zhì)量的10~20%，液體橡膠的加入量占聚酯多元醇質(zhì)量的5~15%。

10、優(yōu)選地，所述活性單體為丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸-n,n-二甲氨乙酯、甲基丙烯酸甲酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一種或多種。采用活性單體，提高了交聯(lián)密度，有助于單組分聚氨酯膠與骨料的粘結(jié)。

11、優(yōu)選地，所述異氰酸酯為tdi（甲苯二異氰酸酯）、hdi（六亞甲基二異氰酸酯）、ipdi（異氟爾酮二異氰酸酯）中的一種或多種。

12、優(yōu)選地，所述二元醇為乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、新戊二醇、雙酚a聚氧乙烯醚、雙酚a聚氧丙烯醚、端羥基液體橡膠中的一種或多種。

13、優(yōu)選地，所述二元酸為己二酸、順丁烯二酸酐、反丁烯二酸、鄰苯二甲酸酐、間苯二甲酸、對苯二甲酸、氯菌酸酐、端羧基液體橡膠中的一種或多種。

14、優(yōu)選地，所述固化劑由二元醇、石油醚、水和過氧化物常溫混合而成，二元醇占固化劑質(zhì)量的30~40%，石油醚占固化劑質(zhì)量的20~30%，過氧化物占固化劑質(zhì)量的20~40%，水占固化劑質(zhì)量的10~20%；過氧化物用于保證固化劑的活性，二元醇用于保證固化劑的固化速度，且二元醇、石油醚、水和過氧化物這樣配比的好處，能夠提高固化劑的儲存穩(wěn)定性，降低儲存運輸風險；

15、所述二元醇為乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二丙二醇中的一種或多種；

16、所述過氧化物為異丙苯過氧化氫、叔丁基過氧化氫、過氧化二苯甲酰、過氧化氫、過氧化甲乙酮中的一種或多種。

17、優(yōu)選地，所述催化劑為三亞乙烯二胺、二月桂酸二丁基錫、異辛酸鈷、n,n-二甲基苯胺中的一種或多種。采用催化劑可以提高反應活性，加快固化速度。

18、優(yōu)選地，所述骨料為玄武巖、石灰?guī)r、花崗巖、輝綠巖、黃金砂、石英砂中的一種或多種，骨料粒徑范圍為0~9.5mm。采用這類具有一定級配的骨料后，能讓聚氨酯混凝土具有更穩(wěn)定的強度。

19、優(yōu)選地，各檔所述骨料級配，級配范圍為：9.5mm篩孔通過率為90～100％，4.75mm篩孔通過率為53～90％，2.36mm篩孔通過率為34～75％，1.18mm篩孔通過率為22～65％，0.6mm篩孔通過率為15～53％，0.3mm篩孔通過率為8～25％，0.15mm篩孔通過率為3～13％，0.075mm篩孔通過率為0～8％。骨料級配總體上采用最大密度堆積理論的骨料級配設計，并根據(jù)具體批次骨料的分布與造型特點，通過具體試驗不斷在理論基礎上進行級配優(yōu)化改進。

20、本發(fā)明解決上述第二個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種上述聚氨酯混凝土的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

21、一、制備單組分聚氨酯膠：

22、（1.1）將二元醇、二元酸以及功能單體加入反應器中，在180℃~220℃反應4~10h，制備得到官能度為2，平均分子量在1000~3000g/mol之間的聚酯多元醇；

23、（1.2）將異氰酸酯以及步驟（1.1）制備得到的聚酯多元醇加入反應器中在80℃~110℃反應制備預聚物，待制得的預聚物的nco含量在0.1~5wt?%時，加入活性單體稀釋30~120min，即制得所述單組分聚氨酯膠；

24、二、將催化劑與上述步驟一制得的單組分聚氨酯膠按比例混合，得到預促進型單組分聚氨酯膠；

25、三、制備固化劑：將二元醇、石油醚、水和過氧化物按比例在常溫下混合均勻；

26、四、將步驟二制得的預促進型單組分聚氨酯膠以及步驟三制得的固化劑混合均勻后，然后按比例加入骨料，混合均勻后，即得到聚氨酯混合料；

27、五、將步驟四的聚氨酯混合料采用振動整平的方法成型，最終形成聚氨酯混凝土。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點：本發(fā)明制備的聚氨酯混凝土同時具備耐高溫、耐腐蝕、耐老化、施工收縮幅度極小、可快速固化、高強度、高韌性的性能，具體原因如下：

29、1、本發(fā)明的聚酯多元醇添加具有優(yōu)良化學穩(wěn)定性的雙酚a，可有效抵御某些腐蝕性物質(zhì)的侵蝕，從而賦予材料良好的耐腐蝕性能。與此同時，芳香烴的加入有助于吸收紫外線，進一步提升材料的抗紫外老化性能。另外，將液體橡膠通過化學鍵引入聚酯中，使材料在低溫下具有優(yōu)異的延展性，提高其低溫韌性；在高溫下，液體橡膠鏈段使材料具有一定的熱塑性，從而提高材料在高溫下的柔性。

30、2、本發(fā)明在制備聚氨酯混凝土時，固化劑配合預先加入單組分聚氨酯膠中的催化劑，與單組分聚氨酯膠進行化學反應，并通過微發(fā)泡（控制端nco的微發(fā)泡）與微收縮（過氧化物引發(fā)預聚物（步驟（1.2）形成的預聚物）的自由基聚合）之間的平衡，最終實現(xiàn)聚合物防收縮的目的；并且通過固化劑引發(fā)預聚物鏈段中的雙鍵與活性單體的雙鍵的自由基聚合，提高了高聚物的交聯(lián)密度，增加了材料防腐性，降低了聚氨酯路面的滲水率；

31、催化劑預先加入單組分聚氨酯膠中，常溫下可保存3個月以上，施工時加入固化劑，常溫下可操作時間從30分鐘~3小時可調(diào)，具備操作簡單，方便施工的特點。

32、本發(fā)明制得的聚氨酯混凝土的最終指標：抗壓≥45mpa、-10℃低溫彎拉應變≥3000με，70℃彎拉應變≥7000με，在酸堿及鹽類腐蝕環(huán)境下，其表面不開裂、無掉粒、強度穩(wěn)定，有效對抗鹽分等腐蝕性物質(zhì)的侵害。聚氨酯膠料（由單組分聚氨酯膠、固化劑、催化劑混合形成）50℃拉伸強度≥15mpa，斷裂伸長率≥50%，聚氨酯混合料（聚氨酯膠料與骨料混合均勻而成）70℃條件下1000萬次疲勞試驗不開裂，80℃車轍動穩(wěn)定度≥23000次/mm，施工收縮幅度極小，具有高密實度（混凝土收縮率600*10-6）和強度。

33、此外，該聚氨酯混凝土還具備優(yōu)異老化性能，在低海拔地區(qū)經(jīng)受紫外輻射60年和熱老化等環(huán)境侵蝕后，強度下降不明顯，滲水系數(shù)為0，確保了長期環(huán)境侵蝕下的穩(wěn)定性，防止剝離或破裂，從而顯著延長路面使用壽命。