CN102617070B - 一种聚氨酯沥青混凝土及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

一种聚氨酯沥青混凝土，它由集料、稀释沥青和聚氨酯预聚体为原料制得；所述集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，所述稀释沥青为道路石油沥青与汽油或柴油以重量比100：18~100的比例稀释后的混合物，所述聚氨酯预聚体是以异氰酸酯与多元醇化合物、催化剂、增塑剂为原料反应制得。本发明的聚氨酯沥青混凝土，作为冷拌冷铺式沥青混凝土，应用于沥青路面摊铺或修补，相对于传统的热拌热补沥青混合料的热态技术，不仅节约能源，并降低了大量温室气体和沥青加热过程中有毒有害气体的排放，保护了周边的环境、减少了对环境污染；并且其在生产和施工中操作简便、效率高，不受运输、修补分散等条件的限制。

Description

一种聚氨酯沥青混凝土及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种沥青混凝土，具体涉及一种聚氨酯沥青混凝土及其制备方法和用途。

背景技术

近几十年来，随着公路等级的不断提高，对沥青材料提出了更高的要求，促使其研究工作进一步深入开展。出现了各种改性沥青，如往沥青中掺入橡胶、树脂、硫磺及其他高聚物，来提高沥青混凝土的路用性能，但传统的沥青混合料都是热拌热铺材料，即采用粘稠沥青作为结合料，需要将沥青与矿料在热态下拌合、热态下铺筑施工。显然需要的能耗高，对环境的影响大，相应的材料成本也增加了。因此，许多研究者都致力于寻找能够替代热拌生产的方法。在此目标下，冷拌冷铺沥青混合料应运而生。

但是，近年来市场上广泛推广应用的成型产品均是溶剂型冷拌沥青混合料，而反应型的冷拌沥青混合料的应用目前在国内外市场上尚属空白。传统的冷拌沥青混合料虽然能在一定程度上实现常温下拌和施工，降低能源消耗，但是相对热拌沥青材料，其溶剂的挥发造成环境污染、路用性能差，耐久性差的缺点也逐渐显现，已无法满足现在对沥青材料的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种路用性能优异、冷拌冷铺的聚氨酯沥青混凝土。

本发明的另一目的在于提供上述聚氨酯沥青混凝土的制备方法。

本发明的又一目的在于提供上述聚氨酯沥青混凝土在沥青路面的摊铺或修补中的应用。

本发明目的通过如下技术措施实现：

一种聚氨酯沥青混凝土，其特征在于：它由集料、稀释沥青和聚氨酯预聚体为原料制得；所述集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，所述稀释沥青为道路石油沥青与汽油或柴油以重量比计为100∶18～100的比例稀释后的混合物，所述聚氨酯预聚体是以异氰酸酯与多元醇化合物、催化剂、增塑剂为原料反应制得。

为了进一步提高本发明聚氨酯沥青混凝土的路用性能，上述集料分为粗集料和细集料，所述的粗集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，公称粒径为4.75毫米＜Φ≤9.5毫米，所述的细集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，公称粒径为Φ＜4.75毫米，按重量百分比分别为：细集料占30％～50％、粗集料占50～70％。对于粗、细集料的公称粒径本领域技术手册中已经明确，以4.75mm为界，但均没有公称粒径为4.75mm的集料。

为了更进一步提高本发明聚氨酯沥青混凝土路用性能及耐久性，上述集料、稀释沥青和聚氨酯预聚体按重量比分别为100∶3～8∶0.2～4。

具体地说，上述聚氨酯预聚体的制备原料中，各组分的组成按重量百分比分别为：

所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯或1，6-己二异氰酸酯；所述多元醇化合物为聚乙二醇、聚醚多元醇或聚酯多元醇，所述聚酯多元醇优选采用市售苯酐聚酯多元醇CZP-400、聚酯多元醇HT218或聚酯多元醇PS-3152等，所述聚醚多元醇优选采用市售聚醚多元醇1618、聚醚多元醇HSH206或聚醚多元醇4110等；所述的催化剂为二丁基二月桂酸锡(DBDTL)或三亚乙基二胺；所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯(DOP)或邻苯二甲酸二丁酯(DBP)。

更优选地，上述聚氨酯预聚体按下列步骤制得：

按上述重量配比将上述多元醇化合物加入反应釜，釜内温度100～120℃，抽真空脱水2～3h后，降温至60～70℃，再按比例加入上述的异氰酸酯、催化剂、增塑剂，氮气保护条件下，在80～90℃下反应4h冷却至60℃左右，即得聚氨酯预聚体。

更具体地说，一种聚氨酯沥青混凝土，其特征在于：它由集料、稀释沥青和聚氨酯预聚体为原料制得；所述集料由占40％的细集料和占60％的粗集料组成，以重量百分比计，其中粗集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，公称粒径为4.75毫米＜Φ≤9.5毫米，细集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，公称粒径为Φ＜4.75毫米；所述稀释沥青为70#道路石油沥青与汽油或柴油以重量比100∶37～55的比例稀释后的混合物；所述聚氨酯预聚体是以异氰酸酯与多元醇化合物、催化剂、增塑剂为原料反应制得，其中异氰酸酯占26％、多元醇化合物占55％、催化剂占1.5％、增塑剂占17.5％，按重量百分比计，所述异氰酸酯为1，6-己二异氰酸酯，所述多元醇化合物为聚乙二醇，所述的催化剂为或三亚乙基二胺，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯(DBP)；所述集料、稀释沥青和聚氨酯预聚体按重量比分别为100∶4.5∶2。

上述聚氨酯沥青混凝土的制备方法，其特征在于，按如下步骤：

1)聚氨酯预聚体的制备

按上述重量配比将上述多元醇化合物加入反应釜，釜内温度100～120℃，抽真空脱水2～3h后，降温至60～70℃，再按比例加入上述异氰酸酯、催化剂、增塑剂，氮气保护条件下，在80～90℃下反应4h冷却至60℃左右，即成聚氨酯预聚体；

2)聚氨酯沥青混凝土的制备

将上述的稀释沥青与上述的聚氨酯预聚体按上述比例混合，搅拌均匀制得聚氨酯沥青；将上述集料在容器中搅拌，然后按比例向容器中添加所述制好的聚氨酯沥青，常温下拌合均匀，真空包装即得本发明高性能聚氨酯沥青混凝土。

上述聚氨酯沥青混凝土在沥青路面的摊铺或修补中的应用。

上述应用，具体地说是将上述制备包装好的聚氨酯沥青混凝土运至现场直接摊铺或修补坑道、养护1～3天即可开放交通。

本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的聚氨酯沥青混凝土，作为冷拌冷铺式沥青混凝土，应用于沥青路面摊铺或修补，相对于传统的热拌热补沥青混合料的热态技术，不仅节约能源，并降低了大量温室气体和沥青加热过程中有毒有害气体的排放，保护了周边的环境、减少了对环境污染；并且其在生产和施工中操作简便、效率高，不受运输、修补分散等条件的限制。

2、采用本发明聚氨酯沥青混凝土摊铺、修补沥青路面，成本低廉、其路用性能优异，如60℃马歇尔稳定度可达50～70KN(而常规沥青混凝土补料的60℃马歇尔稳定度在3.5～4.5KN)，耐久性能好、600με应变四点弯曲小梁疲劳寿命＞1000000(N_f)；同时采用聚氨酯沥青混凝土的养护时间较短、为1～3天，且养护温度可耐受0～10℃的低温、但需养护3天左右，夏季高温养护效果更佳仅需养护1天即可快速开放交通，具有较大的应用前景。本发明聚氨酯沥青混凝土是一种反应型的材料，在外界环境下发生固结反应，使混合料形成强度，不仅具有传统的冷拌沥青混凝土的优点，而且其路用性能优异，减少环境污染，并大大延长了路面的的使用寿命，在冷拌沥青混凝土的应用中开辟了新的研究领域。

具体实施方式

下面通过实例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。

实施例1

一种聚氨酯沥青混凝土，按如下步骤制得：

将90kg聚醚二元醇(分子量1000)加入反应釜，釜内温度100～120℃，抽真空脱水2～3h后，降温至60～70℃，加入18kg多亚甲基多苯基多异氰酸酯，0.24kg二丁基二月桂酸锡(DBDTL)，12kg邻苯二甲酸二辛脂(DOP)，在氮气保护条件下，在80～90℃下反应4h冷却至60℃左右，制得聚氨酯预聚体。

将60kg道路石油沥青(70#)加热至熔化后，与60kg汽油进行混合，搅拌均匀，制得稀释沥青。

选取1.6t玄武岩细集料、2.4t玄武岩粗集料(粗集料公称粒径为4.75毫米＜Φ≤9.5毫米，细集料公称粒径为Φ＜4.75毫米)，备用。将制得的稀释沥青与聚氨酯预聚体混合，搅拌均匀制得聚氨酯沥青；将粗集料和细集料在容器中搅拌，然后向容器中添加所制得的聚氨酯沥青，在常温下拌合均匀，得到高性能聚氨酯沥青混凝土1#。

实施例2

一种聚氨酯沥青混凝土，按如下步骤制得：

将72kg聚乙二醇(分子量400)加入反应釜，釜内温度100～120℃，抽真空脱水2～3h后，降温至60～70℃，加入36kg甲苯二异氰酸酯(TDI)，0.4kg三亚乙基二胺，12kg邻苯二甲酸二丁脂(DBP)，在氮气保护条件下，在80～90℃下反应4h冷却至60℃左右，制得聚氨酯预聚体。

将60kg道路石油沥青(70#)加热至熔化后，与60kg柴油进行混合，搅拌均匀，制得稀释沥青。

接下来按照与实施例1相同的方法，制得高性能聚氨酯沥青混凝土2#。

实施例3

一种聚氨酯沥青混凝土，按如下步骤制得：

将88kg聚醚二元醇(分子量1000)加入反应釜，釜内温度100～120℃，抽真空脱水2～3h后，降温至60～70℃，加入20kg 1，6-己二异氰酸酯，0.48kg二丁基二月桂酸锡(DBDTL)，12kg邻苯二甲酸二辛脂(DOP)，在氮气保护条件下，在80～90℃下反应4h冷却至60℃左右，制得聚氨酯预聚体。

将60kg道路石油沥青(70#)加热至熔化后，与60kg汽油进行混合，搅拌均匀，制得稀释沥青。

接下来按照与实施例1相同的方法，制得高性能聚氨酯沥青混凝土3#。

将本发明所述的聚氨酯沥青混凝土按照规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ E20-2011)》成型试件、养生和测试。

聚氨酯沥青混凝土按JTJE20-2011的测试结果

从以上三个实施例的测试结果可以看出，由本发明所制备的高性能聚氨酯沥青混凝土稳定度性好、冻融劈裂强度高具有路用性能优异的特点，同时耐久性能优异，改善了传统冷拌冷铺沥青混凝土路用性能差的劣势，并兼具冷拌沥青混凝土的优势，成本较低廉，在实际工程中具有极大的应用意义。

实施例4～9

一种聚氨酯沥青混凝土，按下表的原料及其配比制得，其余同实施例1。

上述实施例制得的聚氨酯沥青混凝土经JTJ E20-2011测试，60℃马歇尔稳定度(KN)在58～65，浸水马歇尔残留稳定度在91～95％，60℃动稳定度(mm/次)在10500～21000，冻融劈裂强度比在90％～93％，600με应变四点弯曲小梁疲劳寿命(N_f)＞1000000；该聚氨酯沥青混凝土路用性能及耐久性能优异，并兼具冷拌沥青混凝土的优势。

Claims (6)

1.一种聚氨酯沥青混凝土，其特征在于：它由集料、稀释沥青和聚氨酯预聚体为原料制得；所述集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，所述稀释沥青为道路石油沥青与汽油或柴油以重量比100：18~100的比例稀释后的混合物，所述聚氨酯预聚体是以异氰酸酯与多元醇化合物、催化剂、增塑剂为原料反应制得；所述集料、稀释沥青和聚氨酯预聚体按重量比分别为100：3~8：0.2~4；所述聚氨酯预聚体的制备原料中，各组分的组成按重量百分比分别为：

异氰酸酯 10~30%

多元醇化合物47~80%

催化剂 0.1~3%

增塑剂 1~20%；

所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯或1,6-己二异氰酸酯；所述多元醇化合物为聚乙二醇、聚醚多元醇或聚酯多元醇；所述的催化剂为二丁基二月桂酸锡(DBDTL)或三亚乙基二胺；所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯(DOP)或邻苯二甲酸二丁酯(DBP)。

2.如权利要求1所述的聚氨酯沥青混凝土，其特征在于：所述集料分为粗集料和细集料，所述的粗集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，公称粒径为4.75毫米＜Φ≤9.5毫米，所述的细集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，公称粒径为Φ＜4.75毫米，按重量百分比分别为：细集料占30%~50%、粗集料占50~70%。

3.如权利要求1所述的聚氨酯沥青混凝土，其特征在于：所述聚氨酯预聚体按下列步骤制得：

按所述重量配比将所述多元醇化合物加入反应釜，釜内温度100~120℃，抽真空脱水2~3h后，降温至60~70℃，再按比例加入所述的异氰酸酯、催化剂、增塑剂，氮气保护条件下，在80~90℃下反应4h冷却至60℃，即得聚氨酯预聚体。

4.如权利要求1所述的聚氨酯沥青混凝土，其特征在于：它由集料、稀释沥青和聚氨酯预聚体为原料制得；所述集料由占40%的细集料和占60%的粗集料组成，以重量百分比计，其中粗集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，公称粒径为4.75毫米＜Φ≤9.5毫米，细集料为玄武岩、辉绿岩或石灰岩，公称粒径为Φ＜4.75毫米；所述稀释沥青为70#道路石油沥青与汽油或柴油以重量比100：37～55的比例稀释后的混合物；所述聚氨酯预聚体是以异氰酸酯与多元醇化合物、催化剂、增塑剂为原料反应制得，其中异氰酸酯占26%、多元醇化合物占55%、催化剂占1.5%、增塑剂占17.5%，按重量百分比计，所述异氰酸酯为1,6-己二异氰酸酯，所述多元醇化合物为聚乙二醇，所述的催化剂为三亚乙基二胺，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯(DBP)；所述集料、稀释沥青和聚氨酯预聚体按重量比分别为100：4.5：2。

5.如权利要求1～4任一项所述聚氨酯沥青混凝土的制备方法，其特征在于，按如下步骤：

1）聚氨酯预聚体的制备

按上述重量配比将上述多元醇化合物加入反应釜，釜内温度100~120℃，抽真空脱水2~3h后，降温至60~70℃，再按比例加入上述异氰酸酯、催化剂、增塑剂，氮气保护条件下，在80~90℃下反应4h冷却至60℃，即成聚氨酯预聚体；

2）聚氨酯沥青混凝土的制备

将上述的稀释沥青与上述的聚氨酯预聚体按上述比例混合，搅拌均匀制得聚氨酯沥青；将上述集料在容器中搅拌，然后按比例向容器中添加所述制好的聚氨酯沥青，常温下拌合均匀，即得聚氨酯沥青混凝土。

6.将如权利要求1～4任一项所述聚氨酯沥青混凝土应用于沥青路面的摊铺或修补。