本發(fā)明屬于路面用新材料
技術(shù)領域：
，具體涉及一種路面聚氨酯結(jié)合料及其制備方法和應用。
背景技術(shù)：
：瀝青路面因具有行車舒適性高、維修養(yǎng)護方便等優(yōu)勢，已經(jīng)成為我國公路廣泛采用的路面形式。在瀝青路面中，瀝青發(fā)揮著粘結(jié)礦料、防止水分侵入等作用，已經(jīng)成為路面工程的重要原材料。伴隨著我國公路瀝青路面在過去近30年的快速發(fā)展，石油瀝青的使用量也不斷攀升。但是，作為石油加工的產(chǎn)品之一，石油瀝青的產(chǎn)量必將隨著石油資源的逐漸枯竭而持續(xù)下降。石油資源的不可再生決定了石油瀝青不能持續(xù)的、大量的供應于路面。因此，從原材料持續(xù)供應角度，迫切需要利用可再生資源研發(fā)新的路面結(jié)合料來替代石油瀝青。石油瀝青是一種復雜的高分子有機物，大量的研究已表明，應用于路面工程，它存在著高溫施工階段瀝青煙的空氣污染、使用階段的水污染和土壤污染等問題。尤其是近年來各種添加劑、改性劑等廣泛應用于瀝青改性中，如SBS改性瀝青、橡膠改性瀝青、乳化瀝青等，這些新型改性瀝青其分子結(jié)構(gòu)更為復雜，其產(chǎn)生的污染物種類更難預計，污染程度更為突出。因此，從降低路面污染角度，迫切需要研發(fā)低污染或無污染的新型路面結(jié)合料來替代石油瀝青。石油瀝青存在著溫度敏感性高、易老化等性質(zhì)缺陷。在低溫時，它表現(xiàn)為高彈性、低塑性，在高溫時表現(xiàn)為低彈性、高塑性；在氧、光、熱等因素下，瀝青性質(zhì)表現(xiàn)出明顯的劣化特征。石油瀝青的這些缺陷往往導致鋪筑的許多瀝青路面在未達到設計壽命之前，就出現(xiàn)了高溫車轍、低溫開裂、水損壞等多種形式的破壞。因此，從減緩路面破壞角度來看，迫切需要研發(fā)高性能的新型路面結(jié)合料來替代石油瀝青。近年來，隨著有機化學的快速發(fā)展，人工合成的高分子聚合物不斷涌現(xiàn)，其中由異氰酸酯與羥基化合物聚合而成的聚氨酯，以其良好的耐油性、韌性、耐磨性、耐老化性和粘合性引起了道路工作者的關(guān)注。聚氨酯也被認為是可能替代瀝青，發(fā)揮粘結(jié)礦料制成混凝土鋪筑于路面的備選材料。但是，如何制備路面聚氨酯結(jié)合料，如何把聚氨酯結(jié)合料應用于路面混凝土并未得到深入研究。綜上，開發(fā)可持續(xù)、無污染、高性能路面聚氨酯結(jié)合料，完全替代石油瀝青，對建設節(jié)能、環(huán)保、長壽命的道路工程具有重要意義。技術(shù)實現(xiàn)要素：解決的技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種路面聚氨酯結(jié)合料及其制備方法和應用，該路面聚氨酯結(jié)合料能完全替代路面石油瀝青，解決路面瀝青的供應不能持續(xù)、施工存在污染等問題；且聚氨酯結(jié)合料無需加熱即可與集料拌合，節(jié)約了石油瀝青高溫拌合所需的能源。技術(shù)方案：路面聚氨酯結(jié)合料，由A組分和B組分按質(zhì)量比1：1.5～1：2組成，A組分為多亞甲基多苯基異氰酸酯，B組分由含末端羥基的聚醚多元醇和季戊四醇按質(zhì)量比95：5組成。上述路面聚氨酯結(jié)合料的制備方法，包括以下步驟：步驟1，將含末端羥基的聚醚多元醇和季戊四醇混合，得到B組分；步驟2，將B組分和多亞甲基多苯基異氰酸酯混合，攪拌，得到路面聚氨酯結(jié)合料。進一步地，步驟1中粉末狀季戊四醇先磨細至粒徑小于0.15mm后，再與聚醚多元醇拌合。以保證季戊四醇在異氰酸酯與聚醚多元醇化學反應生成的聚氨酯中具有較強的交聯(lián)效果。季戊四醇是聚氨酯結(jié)合料的交聯(lián)劑，它保證異性酸酯和聚醚多元醇化學反應生成的聚氨酯有足夠的交聯(lián)度，起到增強聚氨酯結(jié)合料強度和剛度的作用。上述路面聚氨酯結(jié)合料在大孔隙聚氨酯混凝土中的應用。大孔隙聚氨酯混凝土，由路面聚氨酯結(jié)合料、異辛酸亞錫和集料組成，聚氨酯結(jié)合料與集料的質(zhì)量比為3％～6％，異辛酸亞錫的質(zhì)量為聚氨酯結(jié)合料的1‰～2‰。異辛酸亞錫為大孔隙聚氨酯混凝土的催化劑，其用量可根據(jù)固化時間的要求在1‰～2‰確定，當要求固化時間較短時，可采用較高用量的異辛酸亞錫。進一步地，所述集料為玄武巖集料，粒徑為2.36～4.75mm或4.75～9.5mm。上述大孔隙聚氨酯混凝土的制備方法，是先在路面聚氨酯結(jié)合料中加入異辛酸亞錫，攪拌，然后將聚氨酯結(jié)合料與集料在室溫下拌合，成型后即得到大孔隙聚氨酯混凝土。有益效果：1.本發(fā)明的路面聚氨酯結(jié)合料能完全替代路面石油瀝青，發(fā)揮粘結(jié)集料的作用，有效緩解石油瀝青的供應不可持續(xù)、污染環(huán)境等問題。2.本發(fā)明的路面聚氨酯結(jié)合料與集料的拌合無需加熱，大大降低了傳統(tǒng)瀝青混合料高溫拌合的所需能源。3.本發(fā)明的大孔隙聚氨酯混凝土采用的是單一粒徑集料，集料無需級配，便于混凝土的組成設計和施工。具體實施方式下面結(jié)合具體實施方式，進一步闡明本發(fā)明。應理解下述具體實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。實施例1本發(fā)明實施例所用的原材料如表1所示。表1大孔隙聚氨酯混凝土采用的原材料大孔隙聚氨酯混凝土的制備稱取900g干燥、潔凈、粒徑為4.75～9.5mm的玄武巖集料。按結(jié)合料與集料質(zhì)量比3％、4％、5％、6％計算得到的聚氨酯結(jié)合料用量分別為27g、36g、45g和54g。按聚醚多元醇與季戊四醇質(zhì)量比為95:5，A組分與B組分質(zhì)量比1：1.5，分別計算質(zhì)量為27g、36g、45g和54g的四組聚氨酯結(jié)合料中異氰酸酯、多元醇和季戊四醇用量。按聚醚多元醇與季戊四醇先混合制成B組分，再與A組分異氰酸酯混合攪拌的次序，制備四組質(zhì)量不同的聚氨酯結(jié)合料。在四組聚氨酯結(jié)合料中，均分別加入1‰的異辛酸亞錫，并順時針輕輕攪拌后，每組結(jié)合料均立即與900g集料拌合，并采用馬歇爾方法擊實成型結(jié)合料用量分別為3％、4％、5％、6％的大孔隙聚氨酯混凝土。在室內(nèi)下養(yǎng)生12h后，脫模得到四組大孔隙聚氨酯混凝土試件，并采用肯塔堡飛散試驗，測試四組試件的飛散損失，結(jié)果如表2所示。根據(jù)表2結(jié)果，以飛散損失小于20％作為最小結(jié)合料用量，確定本實施例中4.75～9.5mm的玄武巖集料采用5％作為結(jié)合料用量。表2不同結(jié)合料用量的飛散損失聚氨酯結(jié)合料用量(％)3456飛散損失(％)10076.015.37.9大孔隙聚氨酯混凝土的性能1.高溫性能對上述制備得到的聚氨酯結(jié)合料，在其用量為5％時，采用輪碾法成型大孔隙聚氨酯混凝土的車轍板試件，養(yǎng)生12h后采用車轍試驗儀，測試60℃時的永久變形為0.1mm，動穩(wěn)定度為31500次/mm。動穩(wěn)定度遠高于我國現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004)中大孔隙瀝青混合料動穩(wěn)定度應大于3000次/mm(重交通量路段)、1500次/mm(一般交通路段)的規(guī)定，也遠高于傳統(tǒng)大孔隙瀝青混合料動穩(wěn)定度3000～8000次/mm的范圍，這就表明本發(fā)明的大孔隙聚氨酯混凝土具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性。2.滲水系數(shù)采用滲水儀在不同水頭高度、不同橫坡條件下，分別測試大孔隙瀝青混凝土(空隙率為20％)和上述聚氨酯混凝土車轍板試件的滲水系數(shù)，結(jié)果如表3所示。由表可見，在同一降水強度(水頭高度)和橫坡下，本發(fā)明制備的大孔隙聚氨酯混凝土滲水系數(shù)均大于傳統(tǒng)的大孔隙瀝青混凝土，表明大孔隙聚氨酯混凝土具有優(yōu)異的排水性能。表3兩種混凝土的滲水系數(shù)(單位：mL/s)注：同一水頭高度下的前一列數(shù)據(jù)為大孔隙瀝青混凝土的滲水系數(shù)，后一列為大孔隙聚氨酯混凝土的滲水系數(shù)。3.惡劣環(huán)境下的抗飛散性能通過高溫浸水和凍融循環(huán)模擬兩種惡劣的自然條件，通過惡劣條件后標準飛散試驗的飛散損失評價惡劣條件下的抗飛散性能。在聚氨酯結(jié)合料用量5％時，擊實成型大孔隙聚氨酯混凝土的馬歇爾試件，在室溫下養(yǎng)生12h后，一組試件進行高溫浸水飛散的試驗，其步驟是先將試件在60℃±0.5℃恒溫水浴中養(yǎng)生48h，然后取出后在室溫中放置24h，再進行標準飛散試驗。另一組試件進行凍融循環(huán)飛散，其試驗步驟是：(1)將試件放入塑料袋中，加入約10mL的水，扎緊袋口，將試件放入恒溫冰箱，冷凍溫度為-18℃，保持4h；(2)4h后將試件取出，立即放入常溫水槽中進行融化，融化時間4h；(3)重復以上的步驟，3個循環(huán)后進行標準飛散試驗。兩種情況下的飛散結(jié)果如表4所示。由表可見，在不同的惡劣環(huán)境下，本發(fā)明制備的大孔隙聚氨酯混凝土均具有良好的抗飛散性能。表4惡劣環(huán)境下的飛散損失飛散條件飛散損失(％)高溫浸水飛散21.84凍融循環(huán)飛散18.104.抗堵塞性能以粒徑為0.075～0.15mm的沙和水混合作為大孔隙混凝土的堵塞劑，沙和水的質(zhì)量比為1:5，通過大孔隙聚氨酯混凝土被堵塞前后質(zhì)量的變化評價其抗堵塞性能。堵塞試驗步驟如下：(1)稱量聚氨酯混凝土試件的干質(zhì)量m0；(2)配置堵塞劑1200g，緩緩注入不脫模的馬歇爾試件上表面；(3)待試件下表面不再滲出堵塞劑后，將試件置于60℃恒溫烘箱中靜置1小時；(4)重復步驟(2)和(3)，5個循環(huán)后將試件常溫靜置6小時，然后稱量試件的質(zhì)量m1；(5)計算實驗前后試件質(zhì)量的差值Δm＝m1-m0，以堵塞質(zhì)量Δm作為評價試件抗堵塞性能好壞的依據(jù)。按上述方法分別測試大孔隙瀝青混凝土和上述聚氨酯混凝土馬歇爾試件的堵塞質(zhì)量，結(jié)果如表5所示。由表可見，在同樣的堵塞條件下，本發(fā)明制備的大孔隙聚氨酯混凝土的堵塞質(zhì)量低于傳統(tǒng)的大孔隙瀝青混凝土，表明大孔隙聚氨酯混凝土具有優(yōu)異的抗堵塞性能。表5兩種混凝土的堵塞情況由上述試驗結(jié)果可知，大孔隙聚氨酯混凝土的高溫性能、滲水性能和抗堵塞性能均顯著優(yōu)于大孔隙瀝青混凝土，且大孔隙聚氨酯混凝土無需級配設計、在拌合過程中無需加熱。因此，相比于石油瀝青，本發(fā)明聚氨酯應用于大孔隙混凝土具有節(jié)約能源、施工便捷、性能優(yōu)越等特點；聚氨酯能夠完全取代瀝青成為瀝青混凝土尤其是大空隙瀝青混凝土的結(jié)合料。本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述技術(shù)手段所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。當前第1頁1 2 3