本发明是一种形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料制备方法，属于水泥路面嵌缝技术领域。
背景技术：
水泥路面作为一种高等级路面结构铺装形式，因其具有稳定性好、强度高和耐久性好等优点，在我国已得到飞速发展，是目前现有路面结构中最主要的结构之一。
水泥路面虽然有着诸多优点，但是也有其致命的缺点，其中之一就是接缝问题。接缝一直是水泥路面中必不可少的重要组成部分，同时也是路面结构中最薄弱且最易损坏的环节之一，易产生唧泥、错台、断板等病害，将严重影响水泥路面整体性和行车舒适性，甚至影响人们的生命财产安全。具有粘结性、耐久性、耐候性和弹性的嵌缝料，当其应用到水泥路面接缝中时，往往能达到密封和防水的效果。因而嵌缝料现已广泛应用于水泥路面之中，对于提高水泥路面的路用性能，有效延长其使用寿命起到了非常重要的作用。
目前我国对于水泥路面嵌缝料的研究较少，在使用性能上往往不尽人意，常常在路面通车后很短的时间内就丧失了其密封作用，将导致水泥路面不能发挥其应有的路用性能。为保证嵌缝料能在环境和受力条件复杂的工况下更好发挥其密封效果，延长嵌缝料的使用寿命，并满足水泥路面的使用和发展要求，对嵌缝料的使用性能提出更高的要求。
由于沥青基嵌缝料具有防水性能较好、成本低、材料易得等特点，当前水泥路面嵌缝料中使用的最为广泛的仍为沥青基嵌缝料。沥青材料是由一些复杂的碳氢化合物和非金属衍生物组成的混合物，其组成结构复杂，化学组分不稳定，往往在各种因素的影响下会发生老化，因此常在主要成分沥青中添加橡胶或树脂，以便提高其粘结性能。
聚氨酯是以聚氨基甲酸酯为主要成分的非定型材料，聚氨酯的化学结构使水其具有耐水解性和憎水性很好的特点，同时氨基甲酸酯基也具有良好的粘结性能，因此适宜做水泥路面的嵌缝材料。聚氨酯嵌缝料价格相对较低，并具有耐磨性、耐油性、低温柔软性和粘结性等性能优良的特点，且其常温流动性能较好，易溶于有机物，施工工艺简便并具有潜在的形状记忆功能，因而已得到较快发展。但是聚氨酯的抗老化性能较差，内聚强度高导致变形能力不足，在实际使用过程中普遍存在与接缝处内壁脱粘、内聚开裂等现象，严重影响其质量和其使用寿命。
为解决上述问题，近年来国内外研究者开始基于聚氨酯改性沥青基嵌缝料的制备和性能分析进行了很多深入的研究工作。研究者分别选取不同聚氨酯掺量对沥青进行改性，研究结果表明，当聚氨酯掺量超过30％时，改性沥青的软化点差值相差较大并将出现比较严重的离析现象，但适量的聚氨酯掺量的加入将有助于提高改性沥青的柔韧性、减小脆性及显著提高改性沥青的低温抗裂性能。还有研究结果表明，随着聚氨酯掺量的增加，改性沥青的针入度有所降低，软化点升高，沥青的高温稳定性也有所改善。因此，综合考虑经济性和聚氨酯改性剂性能改善的双重效益，确定聚氨酯改性剂的最佳剂量，以提高水泥路面的路用性能，延长其使用寿命。
为了发挥聚氨酯材料优点，且和沥青相容性较好及具有形状记忆功能的特性，本发明使用形状记忆聚氨酯作为改性剂对沥青基嵌缝料进行优化改性，兼顾沥青基嵌缝料和聚氨酯嵌缝料两者的优良性能，取长补短，弥补各自的不足，能各自发挥出两种原料结构单元上的优点。因此，使用形状记忆聚氨酯对水泥路面沥青基嵌缝料进行改性，并对制备的形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料进行宏观和微观性能表征，以使其满足水泥路面嵌缝料路用性能的要求，对解决当前路面嵌缝料破坏所导致的诸多问题具有重要的现实意义。
所以，目前水泥路面采用的沥青基嵌缝料使用寿命较短，耐久性较差，且弹性恢复性能较差，没有形状记忆性能，难以满足水泥路面的接缝宽度伸缩变化要求，往往在接缝处易发生拉伸开裂、脱落、渗水、挤出等损坏。本发明作为一种采用形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料的制备方法，在沥青基嵌缝料中添加适量的形状记忆聚氨酯改性剂，对形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料进行改性，预测出形状记忆聚氨酯改性剂的最佳掺量，使形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料更好地适应水泥路面的路用性能要求。对于延长嵌缝料的使用寿命，提高嵌缝料的密封效果，改善水泥路面嵌缝料的耐久性具有重要的意义。
技术实现要素：
(1)技术问题
本发明目的是提供一种形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料的制备方法，该方法在沥青基嵌缝料中添加适量形状记忆聚氨酯改性剂进行优化改性，解决当前沥青基嵌缝料缺少形状记忆功能、难以适应接缝宽度伸缩变化、紫外线老化、弹性恢复与力学性能较差的问题，从而导致嵌缝料出现拉伸开裂、脱落、渗水、挤出等耐久性问题，提高嵌缝料的密封防水效果和耐久性，延长嵌缝料使用寿命。
(2)技术方案
鉴于目前所使用的嵌缝料在复杂的受力条件和环境下难以适应水泥路面的路用性能要求，因此应对嵌缝料的使用性能提出更高的要求，对已有嵌缝料进行改性。本发明充分考虑水泥路面嵌缝料的耐久性和路用性能要求，从微观和宏观表征方法入手，提供一种采用形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料的制备方法。本发明的技术方案如下：首先，在沥青基嵌缝料中添加形状记忆聚氨酯改性剂，并加入增塑剂、交联剂、催化剂、抗老化剂、分散剂和填料等外加剂，对形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料进行优化改性；然后，通过差示扫描量热仪、红外光谱分析仪、扫描电子显微镜和能谱分析仪等微观表征方法分析形状记忆聚氨酯改性剂对沥青基嵌缝料微观性能的影响；最后，根据现行规范中对水泥混凝土路面接缝材料路用性能的要求，对形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料进行路用性能试验，模拟真实的水泥路面嵌缝料受力环境，对嵌缝料路用性能的实际效果进行测试，并确定各因素影响下聚氨酯改性剂掺量的最佳取值范围，对于延长嵌缝料的使用寿命，从根本上预防水泥路面过早出现病害都具有十分重要的影响。
(3)有益效果
随着我国城市建设规模发展迅猛，水泥路面作为一种重要的路面结构形式，在道路中有着广泛应用。水泥路面的路用性能和使用寿命很大程度上取决于接缝处嵌缝料的使用性能、防水密封和使用效果，如嵌缝料损坏失效，在水泥路面接缝处往往易发生唧泥、错台、接缝破损、脱空等病害。因此，如何提高水泥路面的使用性能，满足交通发展的需要，是我国道路工作者所面临的重要课题之一。本发明提供一种使用形状记忆聚氨酯改性剂对水泥路面沥青基嵌缝料进行改性的制备方法，通过微观和宏观的表征方法分析聚氨酯改性剂对沥青基嵌缝料使用性能的影响，使制备的形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料更好满足水泥路面的路用性能要求。通过对形状记忆聚氨酯改性剂的掺量进行目标优化，确定各因素影响下聚氨酯改性剂的最佳掺杂量。为解决水泥路面嵌缝料在自然环境和行车荷载条件下产生的开裂、挤出、脱落等破坏现象，延长嵌缝料的使用寿命，改善水泥路面的整体性、平顺性和密水性，提高水泥路面耐久性和行车舒适性具有十分重要的价值。
具体实施方式
本发明目的是提供一种形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料制备方法，具体实施步骤如下：
(1)将基质沥青放入温度为150～160℃的真空干燥箱中脱水1小时，再将基质沥青加热至180℃，在沥青中添加适量的形状记忆聚氨酯改性剂，不断用玻璃棒慢速搅拌20min，使聚氨酯改性剂和基质沥青混合均匀；
(2)按照比例添加适量的增塑剂，并持续缓慢搅拌5～10分钟形成a组分，再将交联剂、催化剂、抗老化剂和分散剂按比例称取，混合均匀形成b组分，将b组分直接加入在持续搅拌的a组分，慢慢搅拌30分钟；
(3)采用沥青高速剪切机在剪切速率为3000转/分钟下高速剪切40分钟，再用玻璃棒搅拌，排除气泡，放在160℃的环境中发育30分钟，将改性后的沥青放入真空干燥箱中脱水1小时，在常温下静置24小时，固化后制备得形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料；
(4)通过差示扫描量热仪、傅里叶红外光谱分析仪、场发射扫描电镜和能谱仪对制备的形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料相转变温度、热稳定性和相容性进行表征，分析聚氨酯改性剂对沥青基嵌缝料微观性能影响；
(5)对制备得到的形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料进行高温稳定性、低温抗裂性、抗老化性能、弹性恢复和力学性能测试，分析聚氨酯改性剂对沥青基嵌缝料路用性能的影响；
(6)取形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料试样，置于动态剪切流变仪的下平行板上，对其进行动态剪切流变试验，分别测得试样在50℃、60℃、70℃、80℃下的相位角，以相位角变化量来表征形状记忆性能；
(7)根据步骤(4)、(5)和(6)测试结果，评价制备的形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料是否满足《公路水泥混凝土路面接缝材料(jtt203-2014)》路用性能要求，对聚氨酯改性剂及各种外加剂掺量进行优化，确定聚氨酯改性剂及各种外加剂最佳掺量，完善形状记忆聚氨酯改性沥青基嵌缝料制备方法。