本发明属于路面用新材料
技术领域：
，具体涉及一种路面聚氨酯结合料及其制备方法和应用。
背景技术：
：沥青路面因具有行车舒适性高、维修养护方便等优势，已经成为我国公路广泛采用的路面形式。在沥青路面中，沥青发挥着粘结矿料、防止水分侵入等作用，已经成为路面工程的重要原材料。伴随着我国公路沥青路面在过去近30年的快速发展，石油沥青的使用量也不断攀升。但是，作为石油加工的产品之一，石油沥青的产量必将随着石油资源的逐渐枯竭而持续下降。石油资源的不可再生决定了石油沥青不能持续的、大量的供应于路面。因此，从原材料持续供应角度，迫切需要利用可再生资源研发新的路面结合料来替代石油沥青。石油沥青是一种复杂的高分子有机物，大量的研究已表明，应用于路面工程，它存在着高温施工阶段沥青烟的空气污染、使用阶段的水污染和土壤污染等问题。尤其是近年来各种添加剂、改性剂等广泛应用于沥青改性中，如SBS改性沥青、橡胶改性沥青、乳化沥青等，这些新型改性沥青其分子结构更为复杂，其产生的污染物种类更难预计，污染程度更为突出。因此，从降低路面污染角度，迫切需要研发低污染或无污染的新型路面结合料来替代石油沥青。石油沥青存在着温度敏感性高、易老化等性质缺陷。在低温时，它表现为高弹性、低塑性，在高温时表现为低弹性、高塑性；在氧、光、热等因素下，沥青性质表现出明显的劣化特征。石油沥青的这些缺陷往往导致铺筑的许多沥青路面在未达到设计寿命之前，就出现了高温车辙、低温开裂、水损坏等多种形式的破坏。因此，从减缓路面破坏角度来看，迫切需要研发高性能的新型路面结合料来替代石油沥青。近年来，随着有机化学的快速发展，人工合成的高分子聚合物不断涌现，其中由异氰酸酯与羟基化合物聚合而成的聚氨酯，以其良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性引起了道路工作者的关注。聚氨酯也被认为是可能替代沥青，发挥粘结矿料制成混凝土铺筑于路面的备选材料。但是，如何制备路面聚氨酯结合料，如何把聚氨酯结合料应用于路面混凝土并未得到深入研究。综上，开发可持续、无污染、高性能路面聚氨酯结合料，完全替代石油沥青，对建设节能、环保、长寿命的道路工程具有重要意义。技术实现要素：解决的技术问题：本发明的目的是提供一种路面聚氨酯结合料及其制备方法和应用，该路面聚氨酯结合料能完全替代路面石油沥青，解决路面沥青的供应不能持续、施工存在污染等问题；且聚氨酯结合料无需加热即可与集料拌合，节约了石油沥青高温拌合所需的能源。技术方案：路面聚氨酯结合料，由A组分和B组分按质量比1：1.5～1：2组成，A组分为多亚甲基多苯基异氰酸酯，B组分由含末端羟基的聚醚多元醇和季戊四醇按质量比95：5组成。上述路面聚氨酯结合料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将含末端羟基的聚醚多元醇和季戊四醇混合，得到B组分；步骤2，将B组分和多亚甲基多苯基异氰酸酯混合，搅拌，得到路面聚氨酯结合料。进一步地，步骤1中粉末状季戊四醇先磨细至粒径小于0.15mm后，再与聚醚多元醇拌合。以保证季戊四醇在异氰酸酯与聚醚多元醇化学反应生成的聚氨酯中具有较强的交联效果。季戊四醇是聚氨酯结合料的交联剂，它保证异性酸酯和聚醚多元醇化学反应生成的聚氨酯有足够的交联度，起到增强聚氨酯结合料强度和刚度的作用。上述路面聚氨酯结合料在大孔隙聚氨酯混凝土中的应用。大孔隙聚氨酯混凝土，由路面聚氨酯结合料、异辛酸亚锡和集料组成，聚氨酯结合料与集料的质量比为3％～6％，异辛酸亚锡的质量为聚氨酯结合料的1‰～2‰。异辛酸亚锡为大孔隙聚氨酯混凝土的催化剂，其用量可根据固化时间的要求在1‰～2‰确定，当要求固化时间较短时，可采用较高用量的异辛酸亚锡。进一步地，所述集料为玄武岩集料，粒径为2.36～4.75mm或4.75～9.5mm。上述大孔隙聚氨酯混凝土的制备方法，是先在路面聚氨酯结合料中加入异辛酸亚锡，搅拌，然后将聚氨酯结合料与集料在室温下拌合，成型后即得到大孔隙聚氨酯混凝土。有益效果：1.本发明的路面聚氨酯结合料能完全替代路面石油沥青，发挥粘结集料的作用，有效缓解石油沥青的供应不可持续、污染环境等问题。2.本发明的路面聚氨酯结合料与集料的拌合无需加热，大大降低了传统沥青混合料高温拌合的所需能源。3.本发明的大孔隙聚氨酯混凝土采用的是单一粒径集料，集料无需级配，便于混凝土的组成设计和施工。具体实施方式下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。实施例1本发明实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备称取900g干燥、洁净、粒径为4.75～9.5mm的玄武岩集料。按结合料与集料质量比3％、4％、5％、6％计算得到的聚氨酯结合料用量分别为27g、36g、45g和54g。按聚醚多元醇与季戊四醇质量比为95:5，A组分与B组分质量比1：1.5，分别计算质量为27g、36g、45g和54g的四组聚氨酯结合料中异氰酸酯、多元醇和季戊四醇用量。按聚醚多元醇与季戊四醇先混合制成B组分，再与A组分异氰酸酯混合搅拌的次序，制备四组质量不同的聚氨酯结合料。在四组聚氨酯结合料中，均分别加入1‰的异辛酸亚锡，并顺时针轻轻搅拌后，每组结合料均立即与900g集料拌合，并采用马歇尔方法击实成型结合料用量分别为3％、4％、5％、6％的大孔隙聚氨酯混凝土。在室内下养生12h后，脱模得到四组大孔隙聚氨酯混凝土试件，并采用肯塔堡飞散试验，测试四组试件的飞散损失，结果如表2所示。根据表2结果，以飞散损失小于20％作为最小结合料用量，确定本实施例中4.75～9.5mm的玄武岩集料采用5％作为结合料用量。表2不同结合料用量的飞散损失聚氨酯结合料用量(％)3456飞散损失(％)10076.015.37.9大孔隙聚氨酯混凝土的性能1.高温性能对上述制备得到的聚氨酯结合料，在其用量为5％时，采用轮碾法成型大孔隙聚氨酯混凝土的车辙板试件，养生12h后采用车辙试验仪，测试60℃时的永久变形为0.1mm，动稳定度为31500次/mm。动稳定度远高于我国现行《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中大孔隙沥青混合料动稳定度应大于3000次/mm(重交通量路段)、1500次/mm(一般交通路段)的规定，也远高于传统大孔隙沥青混合料动稳定度3000～8000次/mm的范围，这就表明本发明的大孔隙聚氨酯混凝土具有优良的高温稳定性。2.渗水系数采用渗水仪在不同水头高度、不同横坡条件下，分别测试大孔隙沥青混凝土(空隙率为20％)和上述聚氨酯混凝土车辙板试件的渗水系数，结果如表3所示。由表可见，在同一降水强度(水头高度)和横坡下，本发明制备的大孔隙聚氨酯混凝土渗水系数均大于传统的大孔隙沥青混凝土，表明大孔隙聚氨酯混凝土具有优异的排水性能。表3两种混凝土的渗水系数(单位：mL/s)注：同一水头高度下的前一列数据为大孔隙沥青混凝土的渗水系数，后一列为大孔隙聚氨酯混凝土的渗水系数。3.恶劣环境下的抗飞散性能通过高温浸水和冻融循环模拟两种恶劣的自然条件，通过恶劣条件后标准飞散试验的飞散损失评价恶劣条件下的抗飞散性能。在聚氨酯结合料用量5％时，击实成型大孔隙聚氨酯混凝土的马歇尔试件，在室温下养生12h后，一组试件进行高温浸水飞散的试验，其步骤是先将试件在60℃±0.5℃恒温水浴中养生48h，然后取出后在室温中放置24h，再进行标准飞散试验。另一组试件进行冻融循环飞散，其试验步骤是：(1)将试件放入塑料袋中，加入约10mL的水，扎紧袋口，将试件放入恒温冰箱，冷冻温度为-18℃，保持4h；(2)4h后将试件取出，立即放入常温水槽中进行融化，融化时间4h；(3)重复以上的步骤，3个循环后进行标准飞散试验。两种情况下的飞散结果如表4所示。由表可见，在不同的恶劣环境下，本发明制备的大孔隙聚氨酯混凝土均具有良好的抗飞散性能。表4恶劣环境下的飞散损失飞散条件飞散损失(％)高温浸水飞散21.84冻融循环飞散18.104.抗堵塞性能以粒径为0.075～0.15mm的沙和水混合作为大孔隙混凝土的堵塞剂，沙和水的质量比为1:5，通过大孔隙聚氨酯混凝土被堵塞前后质量的变化评价其抗堵塞性能。堵塞试验步骤如下：(1)称量聚氨酯混凝土试件的干质量m0；(2)配置堵塞剂1200g，缓缓注入不脱模的马歇尔试件上表面；(3)待试件下表面不再渗出堵塞剂后，将试件置于60℃恒温烘箱中静置1小时；(4)重复步骤(2)和(3)，5个循环后将试件常温静置6小时，然后称量试件的质量m1；(5)计算实验前后试件质量的差值Δm＝m1-m0，以堵塞质量Δm作为评价试件抗堵塞性能好坏的依据。按上述方法分别测试大孔隙沥青混凝土和上述聚氨酯混凝土马歇尔试件的堵塞质量，结果如表5所示。由表可见，在同样的堵塞条件下，本发明制备的大孔隙聚氨酯混凝土的堵塞质量低于传统的大孔隙沥青混凝土，表明大孔隙聚氨酯混凝土具有优异的抗堵塞性能。表5两种混凝土的堵塞情况由上述试验结果可知，大孔隙聚氨酯混凝土的高温性能、渗水性能和抗堵塞性能均显著优于大孔隙沥青混凝土，且大孔隙聚氨酯混凝土无需级配设计、在拌合过程中无需加热。因此，相比于石油沥青，本发明聚氨酯应用于大孔隙混凝土具有节约能源、施工便捷、性能优越等特点；聚氨酯能够完全取代沥青成为沥青混凝土尤其是大空隙沥青混凝土的结合料。本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。当前第1页1 2 3