CN102516492A - 一种用于道路维修养护的双组份聚氨酯灌浆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于道路维修养护的双组份聚氨酯灌浆材料及其制备方法，由A组分和B组分经混合发泡膨胀而成，所述的A组分的含量按重量份数计为：聚醚多元醇800-900份；交联剂50-150份；发泡剂10-30份；泡沫稳定剂10-30份；催化剂10-40份；B组分：多苯基多亚甲基多异氰酸酯500-1000份；本发明的优点在于：本发明作为道路维修养护材料使用，即便气温在零下也具有符合灌注要求的低粘度，可有效渗入地基裂缝内部，在常温下1-10分钟内能固化，并且固化时间可以通过催化剂的种类和加入量进行调节，提高了施工效率，解决了以往道路修补需长期封闭交通的问题。

Description

一种用于道路维修养护的双组份聚氨酯灌浆材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于道路维修养护的双组份聚氨酯灌浆材料及其制备方法。

背景技术

我国公路基层类型主要有半刚性基层和柔性基层，其中半刚性基层沥青路面是我国高等级公路的主要路面结构形式。公路在建成后，由于各种原因的不少路段会出现早期破坏显现，这种路面的病害（如裂缝、沉陷、脱空、松散、坑槽等）通常与基层质量密切相关，而由于基层强度不足引起的路面早期破坏在工程中比较常见。因此道路基层的修复和加固对于路面病害的处治至关重要。

传统的道路注浆材料是水泥，将搅拌和好的水泥经过压浆管压入到基层或路基，水泥固化以达到加固基层或路基的目的，但是由于水化反应耗时长导致封闭交通时间过长，严重影响交通（特别是高速公路）运输效率。高聚物注浆技术解决了这个问题。

与传统的水泥注浆养护修复技术相比，高聚物道路注浆材料具有可灌性好，固化快，固化时间可调等优点，从根本上解决了接缝透水、板底脱空带来的问题，有效地防止唧浆、断板等病害的发生，施工快捷，无需养生，对交通影响小。高聚物注浆材料技术改变了以往路面开挖，长时间交通封闭的修补方式，大大节约了成本，是维护高速公路经济且有效的方法。

目前，用于道路维修养护的聚氨酯灌浆材料在国内的专利和报道比较少，用于隧道、桥梁、堤坝工程的聚氨酯灌浆材料比较常见，但由于道路维修养护需要简单、快捷、高效、的特点，一般的聚氨酯灌浆材料并不适用。中国专利CN102079862A介绍了一种单组份油溶性聚氨酯灌浆材料，该材料需要与水反应而形成具有一定强度的固结体，主要用于防渗堵漏，而非为道路灌浆而设计。中国专利CN102093537A、CN102093536A、CN102079863A等都属于端-NCO单组份灌浆材料，需要有水参与反应而固结，但是很大一部分道路病害处是没有渗水的，故无法直接应用于高速公路基层的维修养护。

以国内在道路修补领域成立较早的郑州优特基础工程维修有限公司为例，他们引进国外的专利技术，进行了高聚物注浆道路维修施工。存在的主要问题有五：

1）国内尚未完全攻克高聚物注浆材料与设备，主要依赖进口，这是造价高昂的重要原因；

2）采用的聚氨酯注浆材料与基层、路基胶结相容性差，即高聚物主要起充填作用，粘接作用较小，不能将已产生裂缝或轻微松散的潮湿基层胶结成整体，对基层的补强作用小；

3）注浆量难以把握，注浆量过小排浆不彻底、充填欠密实；注浆量过大则导致路面抬升隆起，影响行车的舒适性与安全性；

4）注浆枪易堵塞，洗枪液污染环境；

5）造价高昂（约260元/平方米），难以大面积推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术而提出一种用于道路维修养护的双组份聚氨酯灌浆材料，其成本低、效果好，基本能够满足道路基层材料抗压强度的要求。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于道路维修养护的双组份聚氨酯灌浆材料，其特征是由A组分和B组分经混合发泡膨胀而成，所述的各组分的含量按重量份数计为：

A组分：

聚醚多元醇                         800-900份

交联剂                             50-150份

发泡剂                             10-30份

泡沫稳定剂                         10-30份

催化剂                             10-40份

B组分：

多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）             500-1000份

按上述方案，所述的聚醚多元醇为硬质泡沫用聚氨酯发泡料聚醚YC-4110。其外观为淡黄至黄色透明液体，无机械杂质，羟值(KOHmg/g) 420-480，水分(%,≤) 0.15，粘度(25℃) 4500-6500mPa·s，色度(APHA,≤) G-9，PH值5-7.5。

按上述方案，所述的交联剂为季戊四醇或三羟甲基丙烷。

按上述方案，所述的发泡剂为水。

按上述方案，所述的泡沫稳定剂为硅-碳键非水解型泡沫稳定剂SD-601。

按上述方案，所述的催化剂为三亚乙基二胺、双（二甲氨基乙基）醚、N，N-二甲基环己胺、N，N-二甲基卞胺、N，N二甲基十六烷基胺、N甲基吗啉、三乙胺、辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡的一种或多种的混合。

用于道路维修养护的双组份聚氨酯灌浆材料的制备方法，其特征在于包括有以下步骤：

1）在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内，加入800-900份的聚醚多元醇和50-150份的交联剂，开启搅拌并升温到40-100℃，然后再加入10-30份的发泡剂、10-30份的泡沫稳定剂和10-40份的催化剂搅拌均匀，保温1-10小时，降温回收即可得到聚氨酯A组分；

2）多苯基多亚甲基多异氰酸酯为B组分；

3）将步骤1）得到的聚氨酯A组分和步骤2）的B组分常温混合均匀，发泡膨胀完毕，即得到用于道路维修养护的双组份聚氨酯灌浆材料。

本发明所述的多苯基多亚甲基多异氰酸酯简称PAPI，或称粗MDI，浅黄色至褐色粘稠液体，有刺激性气味，其实际上是由4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）与官能度大于2的聚合二苯基甲烷二异氰酸酯（聚合MDI）组成的混合物。

本发明利用物理共混的方法，在较高温度下搅拌制得聚氨酯灌浆材料的A组分，主要是为了增加各相之间的相容性，避免出现分层显现像，延长保质期，B组分PAPI原料易得，只需购买的工业品即可满足要求。

本发明的优点在于：本发明作为道路维修养护材料使用，即便气温在零下也具有符合灌注要求的低粘度，可有效渗入地基裂缝内部，在常温下1-10分钟内能固化，并且固化时间可以通过催化剂的种类和加入量进行调节，提高了施工效率，解决了以往道路修补需长期封闭交通的问题；加入交联剂的聚氨酯注浆材料抗压强度最高能够达到4.4MPa，拉伸剪切强度最高达到了2.71MPa，基本能够满足道路基层材料抗压强度的要求，且能将裂缝处松散、潮湿的泥沙粘接的更加牢固，避免再次出现路面基层的脱空、松散、裂缝、层间水、唧浆等病害，有望提高路面载荷及道路的使用耐久性。

本专利发明的专用于道路维修养护的双组分聚氨酯灌浆材料，与国外的专利产品相比，除具备其所有优点外，还具有5个突出特点：

1）与基层、路基胶结附着性强，相容性好，不仅有充填作用，而且有粘接作用，而国内外已用的高聚物注浆材料主要起充填作用，粘接作用较小。由于半刚性基层不可避免地存在裂缝，在唧浆部位的基层裂缝、松散更为突出，聚氨酯浆液能将已产生裂缝或轻微松散的基层胶结成整体，恢复或部分恢复基层的承载能力，实现非开挖补强基层且效果良好，这一点具有特别重要的意义；

2）抗压强度大，在密闭空间的发泡实验表明，固结后聚氨酯泡沫塑料的抗压强度相近于道路半刚性基层的建设强度标准，能够避免由于材料脆弱而造成的第二次破坏；

3）适应能力强，对众多底材具有极高的附着力，可广泛适用于水泥稳定类、石灰稳定类、综合稳定类、粒料类基层和底基层补强；

4）注浆材料凝结时间和固化时间可调，确保注浆材料有足够的时间充填到预计的裂缝处后再固化。既保证注浆效果，又不过分延长封闭交通的时间；

5）造价一般可控制在150元/平方米以内，价格优势十分明显。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，但是本发明不限于以下实施例。

实施例1：

制备方法包括以下步骤：

在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内，将聚醚YC-4110、三羟甲基丙烷混合，开启搅拌均匀并加热升温到80℃，再加入水、SD-601、三乙胺保温一小时，降温回收可得A组分；

常温下与B组分搅拌混合均匀。

50s之后体积开始膨胀，120s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：抗压强度4.33MPa,拉伸剪切强度1.89MPa,T-剥离强度0.29 N/mm。

实施例2：

制备方法与实施例1相同

50s之后体积开始膨胀，120s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：抗压强度2.87MPa，拉伸剪切强度1.54MPa，T-剥离强度0.22 N/mm。

实施例3：

制备方法包括以下步骤：

将聚醚YC-4110、季戊四醇混合，搅拌均匀并加热升温到100℃，再加入水、SD-601、二月桂酸二丁基锡保温一小时，降温回收可得A组分；常温下与B组分搅拌混合均匀。

25s之后体积开始膨胀，60s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：抗压强度4.50MPa，拉伸剪切强度2.71MPa，T-剥离强度0.33N/mm。

实施例4：

制备方法与实施例3相同。

20s之后体积开始膨胀，50s之后凝胶固化。

力学性能测试结果显示：抗压强度3.40MPa,拉伸剪切强度1.71MPa,T-剥离强度0.25N/mm。

实施例5：

制备方法包括以下步骤：

将聚醚YC-4110、季戊四醇混合，搅拌均匀并加热升温到100℃，再加入水、SD-601、二月桂酸二丁基锡、三亚乙基二胺保温一小时，降温回收可得A组分；常温下与B组分搅拌混合均匀。

40s之后体积开始膨胀，110s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：抗压强度4.40MPa，拉伸剪切强度2.10MPa，T-剥离强度0.28N/mm。

Claims (7)

1.一种用于道路维修养护的双组份聚氨酯灌浆材料，其特征是由A组分和B组分经混合发泡膨胀而成，所述的各组分的含量按重量份数计为：

A组分：

聚醚多元醇                         800-900份

交联剂                             50-150份

发泡剂                             10-30份

泡沫稳定剂                         10-30份

催化剂                             10-40份

B组分：

多苯基多亚甲基多异氰酸酯           500-1000份。

2.按权利要求1所述的用于道路维修养护的双组份聚氨酯灌浆材料，其特征是所述的聚醚多元醇为为硬质泡沫用聚氨酯发泡料聚醚YC-4110。

3.按权利要求1或2所述的用于道路维修养护用双组份聚氨酯灌浆材料，其特征是所述的交联剂为季戊四醇或三羟甲基丙烷。

4.按权利要求1或2所述的用于道路维修养护的双组份聚氨酯灌浆材料，其特征是所述的发泡剂为水。

5.按权利要求1或2所述的用于道路维修养护的双组份聚氨酯灌浆材料，其特征是所述的泡沫稳定剂为硅-碳键非水解型泡沫稳定剂SD-601。

6.按权利要求1或2所述的用于道路维修养护的双组份聚氨酯灌浆材料，其特征是所述的催化剂为三亚乙基二胺、双（二甲氨基乙基）醚、N，N-二甲基环己胺、N，N-二甲基卞胺、N，N二甲基十六烷基胺、N甲基吗啉、三乙胺、辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡的一种或多种的混合。

7.权利要求1所述的用于道路维修养护的双组份聚氨酯灌浆材料的制备方法，其特征在于包括有以下步骤：

1）在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内，加入800-900份的聚醚多元醇和50-150份的交联剂，开启搅拌并升温到40-100℃，然后再加入10-30份的发泡剂、10-30份的泡沫稳定剂和10-40份的催化剂搅拌均匀，保温1-10小时，降温回收即可得到聚氨酯A组分；

2）多苯基多亚甲基多异氰酸酯为B组分；

3）将步骤1）得到的聚氨酯A组分和步骤2）的B组分常温混合均匀，发泡膨胀完毕，即得到用于道路维修养护的双组份聚氨酯灌浆材料。