CN104176985B - 一种水性聚氨酯乳化沥青混凝土及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性聚氨酯乳化沥青混凝土，包括原料：矿料、乳化沥青、水性聚氨酯乳液，所述矿料、水性聚氨酯乳液、乳化沥青的重量之比为100：1-20：7-20；并公开了该水性聚氨酯乳化沥青混凝土的制备方法，包括将水性聚氨酯乳液和乳化沥青混合，搅拌均匀，得到水性聚氨酯改性乳化沥青；再向矿料中加入水性聚氨酯改性乳化沥青，搅拌均匀，养护；或者将矿料、乳化沥青、水性聚氨酯乳液，搅拌均匀，养护。制得的水性聚氨酯乳化沥青混凝土不仅具有传统冷拌沥青混凝土的优点，而且具有优良的力学性能和稳定性，路用性能优异，大大延长了路面使用寿命，养护时间短，1-3天即可开放交通，可以用于沥青混凝土铺装材料、沥青路面修补材料、养护的稀浆封层、微表处和高速铁路沥青砂浆的制备。

Description

一种水性聚氨酯乳化沥青混凝土及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于道路工程领域，涉及一种乳化沥青混凝土及其制备方法，特别涉及一种水性聚氨酯乳化沥青混凝土及其制备方法和用途。

背景技术

传统的冷拌沥青混合料能在一定程度上实现常温拌合施工，降低能源消耗，但是冷拌沥青混合料路用性能较差，无法满足现代路面对沥青材料的要求，只能应用于低质量的路面铺设或小范围的修补。

水性聚氨酯乳液是指以水作为分散介质，体系中不含或含很少量有机溶剂的聚氨酯，继承了溶剂型聚氨酯耐低温、耐磨性好、粘附力强等优异性能，同时还具有无污染、安全可靠、相容性好、易于改性等优点，已逐步取代溶剂型聚氨酯，广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂等方面，作为一种乳化沥青改性剂，具有优良的物化性能，能明显改善乳化沥青的路用性能。

专利CN201110188772.9公开了一种水性聚氨酯环氧树脂改性乳化沥青，是由异氰酸酯经多元醇扩链后与环氧氯丙烷或环氧树脂反应形成了聚氨酯环氧树脂，辅以聚醚多元醇乳化剂、助剂和水，形成水性聚氨酯环氧树脂，对乳化沥青进行改性，并采用改性脂肪胺环氧树脂固化剂进行固化而成，合成过程繁复，影响因素较多，均一性难以保证；同时水性聚氨酯的含量过低，对强度的贡献不足，专利中也没有对该材料的应用性能进行评价。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中存在的问题，提供一种水性聚氨酯乳化沥青混凝土及其制备方法和用途，水性聚氨酯与乳化沥青混合后相容性和稳定性较好，与集料混合后，通过水性聚氨酯的自交联固化作用形成具有空间网状结构的高性能复合材料体系，起到增强、抗渗和抗化学品作用，可在常温条件下蒸发固化，不产生龟裂。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种水性聚氨酯乳化沥青混凝土，包括原料：矿料、乳化沥青、水性聚氨酯乳液，其中，所述矿料、水性聚氨酯乳液和乳化沥青的重量比为100：1-20：7-20。

其中，所述矿料为玄武岩或石灰岩。

特别是，所述矿料由粗集料和细集料和填料组成，所述粗集料、细集料和填料的重量比为30-70:30-70:5-10，所述粗集料的公称粒径为δ＞4.75mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm，所述填料的公称粒径为δ≤0.075mm。

其中，所述水性聚氨酯乳液为水性聚氨酯的乳化液或分散液，其固含量为30％-70％。

特别是，所述水性聚氨酯乳液可以是线性分子型聚氨酯乳液或交联型聚氨酯乳液。

其中，所述乳化沥青的固含量为40％-75％。

特别是，所述乳化沥青的制备包括制备所述乳化沥青包括如下步骤：

1)将水、乳化剂混合，并在55-65℃下搅拌，充分溶解为均一乳液；

2)将沥青加热至120-160℃；

3)将加热后的沥青倒入所述的均一乳液中进行乳化，乳化时间为2～5min；

其中，所述沥青：水：乳化剂的重量之比为40-80:25-60:1-3。

尤其是，步骤1)所述乳化剂为阴离子乳化剂、阳离子乳化剂或非离子乳化剂中的一种或者多种。

多种同极性的乳化剂可以配合使用；非离子乳化剂也可以和阴离子乳化剂或阳离子乳化剂配合使用。

特别是，所述乳化剂为阴离子乳化剂时，步骤1)还包括利用氢氧化钠缓冲液将所述均一乳液的pH值控制在11.5-12.5；所述乳化剂为阳离子乳化剂时，步骤1)还包括利用盐酸缓冲液将所述均一乳液的pH值控制在2-3。

本发明另一方面提供一种上述水性聚氨酯乳化沥青混凝土的方法，包括如下步骤：

1)将水性聚氨酯乳液和乳化沥青混合，搅拌均匀，得到水性聚氨酯改性乳化沥青，备用；

2)向矿料中加入水性聚氨酯改性乳化沥青，搅拌均匀，养护，即得；

其中，步骤1)所述搅拌时间为2-10min；

其中，步骤2)中所述搅拌时间为60-300s。

本发明又一方面提供一种上述水性聚氨酯乳化沥青混凝土的方法，包括：将矿料、乳化沥青、水性聚氨酯乳液，搅拌均匀，养护，即得；

其中，所述搅拌时间为30-300s。

本发明所述的水性聚氨酯乳化沥青混凝土可以应用于沥青混凝土铺装材料、沥青路面修补材料、养护的稀浆封层、微表处和高速铁路沥青砂浆的制备。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明首次采用的水性聚氨酯继承了溶剂型聚氨酯耐低温、高耐磨、高弹性、粘接力强等优异性能，同时还具有无污染、安全可靠、相容性好、易于改性等优点，以水性聚氨酯制备水性聚氨酯乳液，工艺简单，不含有机溶剂，与乳化沥青相容性及稳定性良好；

2、本发明通过水性聚氨酯的自交联固化作用形成具有空间网状结构的高性能复合材料体系，在常温环境下即可蒸发固化，不产生龟裂，无需额外配置和添加固化剂；

3、本发明所制备的水性聚氨酯乳化沥青混凝土，作为冷拌冷铺式沥青混凝土，既可应用于沥青路面的摊铺或修补，也可应用于冷拌料、稀浆封层、微表处等，生产和施工中操作简单，应用广泛，不受运输，修补分散等条件的限制，相对于传统的热拌热铺混合料的热态技术，降低了能源消耗和沥青加热过程中有毒有害气体的排放，实现了节能减排。

4、本发明所制备的水性聚氨酯乳化沥青混凝土，是一种新型路面环保材料，不仅具有传统冷拌沥青混凝土的优点，而且具有优良的力学性能和稳定性，路用性能优异，大大延长了路面使用寿命，养护时间短，1-3天即可开放交通。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1

1)制备乳化沥青

按照如下重量配比备料：

沥青110g

水90g

十二烷基磺酸钠4g

将水、十二烷基磺酸钠混合，并在60℃下搅拌，充分溶解为均一乳液，利用氢氧化钠缓冲液将所述乳液的pH控制在12；将沥青加热至140℃，倒入制得的均一乳液中进行乳化，乳化时间为4min；制得的乳化沥青的固含量为54％。

2)制备水性聚氨酯乳化沥青混凝土

将100g乳化沥青与40g水性聚氨酯乳液混合，使用低速搅拌器充分搅拌5分钟，制得均一、无粘滞感的棕色混合物，即为水性聚氨酯乳化沥青乳液；

将水性聚氨酯乳化沥青乳液置于拌合锅中，加入1000g矿料，常温下搅拌140s，养护，即得水性聚氨酯乳化沥青混凝土。

其中，所述矿料为玄武岩；所述矿料由粗集料、细集料和填料组成，所述粗集料、细集料和填料的重量比为60:40:8；，所述粗集料的公称粒径为：＞4.75mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm，所述填料的公称粒径为δ≤0.075mm。

其中，所述水性聚氨酯乳液为市售线性分子型水性聚氨酯乳液，其固含量为55％。

实施例2

1)制备乳化沥青

按照如下重量配比备料：

沥青160g

水50g

辛基酚聚氧乙烯醚2g

将水、辛基酚聚氧乙烯醚混合，并在55℃下搅拌，充分溶解为均一乳液；将沥青加热至120℃，倒入制得的均一乳液中进行乳化，乳化时间为5min；制得的乳化沥青的固含量为75％。

2)制备水性聚氨酯乳化沥青混凝土

将200g非离子乳化沥青与10g水性聚氨酯乳液混合，使用低速搅拌器充分搅拌10分钟，制得均一、无粘滞感的棕色混合物，即为水性聚氨酯乳化沥青乳液；

将水性聚氨酯乳化沥青乳液置于拌合锅中，加入1000g矿料，常温下搅拌300s，养护，即得水性聚氨酯乳化沥青混凝土。

其中，所述矿料为玄武岩；所述集料由粗集料、细集料和填料组成，所述粗集料、细集料和填料的重量比为50:50:10；，所述粗集料的公称粒径为：＞4.75mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm，所述填料的公称粒径为δ≤0.075mm。

其中，所述水性聚氨酯乳液为市售交联型水性聚氨酯乳液，其固含量为70％。

实施例3

1)制备乳化沥青

按照如下重量配比备料：

沥青40g

水60g

十六烷基三甲基氯化铵1g

将水、十六烷基三甲基氯化铵混合，并在65℃下搅拌，充分溶解为均一乳液，利用盐酸缓冲液将所述乳液的pH控制在3；将沥青加热至160℃；将加热后的沥青倒入制得的乳液中进行乳化，乳化时间为3min；制得的乳化沥青的固含量为40％。

2)制备水性聚氨酯乳化沥青混凝土

将70g阳离子乳化沥青与200g水性聚氨酯乳液混合，使用低速搅拌器充分搅拌2分钟，制得均一、无粘滞感的棕色混合物，即为水性聚氨酯乳化沥青乳液；

将水性聚氨酯乳化沥青乳液置于拌合锅中，加入1000g矿料，常温下搅拌60s，养护，即得水性聚氨酯乳化沥青混凝土。

其中，所述矿料为石灰岩；所述矿料由粗集料、细集料和填料组成，所述粗集料、细集料和填料的重量比为70:30:5；，所述粗集料的公称粒径为：＞4.75mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm，所述填料的公称粒径为δ≤0.075mm。

其中，所述水性聚氨酯乳液为市售线性分子型水性聚氨酯乳液，其固含量为40％。

实施例4

1)制备乳化沥青

按照如下重量配比备料：

沥青60g

水45g

二丁基萘磺酸钠3g

将水、二丁基萘磺酸钠混合，并在60℃下搅拌，充分溶解为均一乳液，利用氢氧化钠缓冲液将所述乳液的pH控制在12；将沥青加热至150℃，倒入制得的乳液中进行乳化，乳化时间为2min；制得的乳化沥青的固含量为47％。

2)制备水性聚氨酯乳化沥青混凝土

将1000g矿料、70g阳离子乳化沥青和10g水性聚氨酯乳液置于拌合锅中，常温下搅拌30s，养护，即得；

其中，所述矿料为石灰岩；所述集料由粗集料、细集料和填料组成，所述粗集料、细集料和填料的重量比为50:30:5；，所述粗集料的公称粒径为：＞4.75mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm，所述填料的公称粒径为δ≤0.075mm。

其中，所述水性聚氨酯乳液为市售线性分子型水性聚氨酯乳液，其固含量为50％。

实施例5

1)制备乳化沥青

按照如下重量配比备料：

将水、十二烷基硫酸钠和辛基酚聚氧乙烯醚混合，并在60℃下搅拌，充分溶解为均一乳液，利用氢氧化钠缓冲液将所述乳液的pH控制在12；将沥青加热至145℃，倒入制得的均一乳液中进行乳化，乳化时间为4min；制得的乳化沥青的固含量为55％。

2)制备水性聚氨酯乳化沥青混凝土

将1000g矿料、200g阳离子乳化沥青和200g水性聚氨酯乳液置于拌合锅中，常温下搅拌300s，养护，即得；

其中，所述矿料为石灰岩；所述集料由粗集料、细集料和填料组成，所述粗集料、细集料和填料的重量比为70:50:10；，所述粗集料的公称粒径为：＞4.75mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm，所述填料的公称粒径为δ≤0.075mm。

其中，所述水性聚氨酯乳液为市售交联型水性聚氨酯乳液，其固含量为60％。

对照例1

按照实施例1的方法制备乳化沥青，将150g该沥青置于拌合锅中，加入1000g矿料，常温下搅拌140s，养护，即得冷拌乳化沥青混凝土。

其中，所述矿料为玄武岩；所述矿料由粗集料、细集料和填料组成，所述粗集料、细集料和填料的重量比为50:50:10；，所述粗集料的公称粒径为：δ＞4.75mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm，所述填料的公称粒径为δ≤0.075mm。

对照例2

将69g沥青热至165℃，加入至175℃的1000g集料，在170℃下拌合，即得热拌沥青混凝土。

其中，所述矿料为玄武岩；所述集料由粗集料、细集料和填料组成，所述粗集料、细集料和填料的重量比为50:50:10；，所述粗集料的公称粒径为：δ＞4.75mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm，所述填料的公称粒径为δ≤0.075mm。

试验例1

将实施例1-5制备的水性聚氨酯乳化沥青混凝土和对照例1和2制备的乳化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(JTJE20-2011)》成型试件、养护和进行马歇尔性能测试。测试结果如表1所示。

表1马歇尔性能测试结果

注1：技术要求的依据为《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJE20-2011)》T0709

由表1可以看出，对照例1制备的冷拌乳化沥青混凝土稳定度差，各项指标达不到技术要求，不能用于道路摊铺；实施例1-5制备的水性聚氨酯乳化沥青混凝土经过水性聚氨酯的改性作用,其稳定度和动稳定度都提高到对照例1的2倍以上，说明其在高温下的稳定性显著优于对照例1；并且，由于对照例1中普通沥青混合料的成型车辙板力学强度差，无法切割出合格的小梁试件，因此无法测量器其最大弯拉应变，而实施例1-5制备的水性聚氨酯乳化沥青混凝土的最大弯拉应变达到2000以上，满足了路用沥青混合料的技术要求；实施例1-5的劈裂强度明显高于对照例1及技术要求，则说明本发明制备的水性聚氨酯乳化沥青混凝土水稳性更好。

对照例2为传统的热拌沥青混凝土，由表1可知，本发明的水性聚氨酯乳化沥青混凝土的各项指标接近甚至超越了热拌沥青混凝土的指标。

综上，本发明制备的水性聚氨酯乳化沥青混凝土强度大，并具有优良的力学性能和稳定性，通过水性聚氨酯的改性作用，以冷拌的工艺达到了热拌沥青混凝土的技术效果，是一种路用性能优异的路面材料，可广泛应用于沥青混凝土铺装材料、沥青路面修补材料、养护的稀浆封层、微表处和高速铁路沥青砂浆的制备。

Claims (8)

1.一种水性聚氨酯乳化沥青混凝土，其特征在于，包括原料：矿料、乳化沥青、水性聚氨酯乳液，其中，所述矿料、水性聚氨酯乳液和乳化沥青的重量比为100：1-20：7-20；其中，制备所述乳化沥青包括如下步骤：

1)将水、乳化剂混合，并在55-65℃下搅拌，充分溶解为均一乳液；

2)将沥青加热至120-160℃；

3)将加热后的沥青倒入所述均一乳液中进行乳化，乳化时间为2～5min；

其中，所述沥青：水：乳化剂的重量比为40-80:25-60:1-3；

其中，所述乳化剂为阴离子乳化剂、阳离子乳化剂或非离子乳化剂中的一种或多种。

2.如权利要求1所述的水性聚氨酯乳化沥青混凝土，其特征在于，所述矿料为玄武岩或石灰岩。

3.如权利要求1所述的水性聚氨酯乳化沥青混凝土，其特征在于，所述矿料由粗集料和细集料和填料组成，所述粗集料、细集料和填料的重量比为30-70:30-70:5-10，所述粗集料的公称粒径为δ＞4.75mm，所述细集料的公称粒径为：δ≤4.75mm，所述填料的公称粒径为δ≤0.075mm。

4.如权利要求1所述的水性聚氨酯乳化沥青混凝土，其特征在于，所述水性聚氨酯乳液为水性聚氨酯的乳化液或分散液，其固含量为30％-70％。

5.如权利要求1所述的水性聚氨酯乳化沥青混凝土，其特征在于，所述乳化剂为阴离子乳化剂时，步骤1)还包括利用氢氧化钠缓冲液将所述均一乳液的pH值控制在11.5-12.5；所述乳化剂为阳离子乳化剂时，步骤1)还包括利用盐酸缓冲液将所述均一乳液的pH值控制在2-3。

6.一种制备如权利要求1-5任一项所述的水性聚氨酯乳化沥青混凝土的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将水性聚氨酯乳液和乳化沥青混合，搅拌均匀，得到水性聚氨酯改性乳化沥青，备用；

2)向矿料中加入水性聚氨酯改性乳化沥青，搅拌均匀，养护，即得；

其中，步骤1)所述搅拌时间为2-10min；

其中，步骤2)中所述搅拌时间为60-300s。

7.一种制备如权利要求1-5任一所述的水性聚氨酯乳化沥青混凝土的方法，其特征在于，将矿料、乳化沥青、水性聚氨酯乳液，搅拌均匀，养护，即得；

其中，所述搅拌时间为30-300s。

8.权利要求1-5任一项所述的水性聚氨酯乳化沥青混凝土用于沥青混凝土铺装材料、沥青路面修补材料、养护的稀浆封层、微表处和高速铁路沥青砂浆的制备。