CN105777179A - 大孔隙聚氨酯碎石混合料及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大孔隙聚氨酯碎石混合料，简称PPM，由以下质量份数的原料组成：碎石100份，聚氨酯胶粘剂3‑5份，其中，碎石为单粒径大理岩、花岗岩、灰岩、玄武岩，碎石的粒径规格为2‑3mm、3‑5mm、4‑6mm、6‑8mm、8‑10mm。本发明粒径为2‑10mm的单粒径或间断粒径碎石与聚氨酯胶粘剂的配比，可形成孔隙率15%‑30%的路面材料，透水透气性好。可进行地下水的补给；能提供地面以下动植物所需的水分和养分，改善周围环境的温度和湿度；缓解“热岛效应”；避免车辆行驶在路面上产生滑移和雨水飞溅等现象；冬季雨后路面不结冰，减小了交通隐患。能改变路面结构的声阻抗，吸收车辆噪声，减小噪声污染。

Description

大孔隙聚氨酯碎石混合料及其制作方法

技术领域

本发明属于制备或铺撒铺面材料的技术领域，尤其涉及液态和颗粒状的材料。

背景技术

近年来，随着经济的发展和人民生活质量的提高，我国对生态平衡和人与自然的和谐发展提出了更高的要求，许多建设项目都贴上了“绿色”标签，当然路面建设也不例外。现在城市地表越来越多的被沥青和混凝土等“硬化”材料所覆盖，如行车道、人行道、公园、小区道路、停车场和公共广场等，大都选择混凝土和石质板材铺设。

混凝土和石质板材的应用带给人们诸多方便，提高了生活和出行效率，但是也产生了许多负面影响：1、路面透水性差，地下水补给被阻断，降雨时路面只能依靠汇水系统和排水管道排除地表积水，导致暴雨时易发生水灾；2、路面透气性差，使许多地下生存的动植物得不到充足养分；3、改变了城市水蒸发循环系统，是造成城市内涝和“热岛效应”的主要根源，给人们带来不便的同时也增加了降温所需的能源消耗；4、雨天会引起地表积水，车辆行驶在路面上会产生滑移和雨水飞溅等现象；冬季雨后滞留的表面积水易结冰，增加了交通隐患；5、水泥路面的应用还使得城市噪声污染日趋严重。

究其原因，是混凝土和石质板材内不能形成用于透气和透水的孔隙，因此，设计一种具有孔隙结构的路面材料非常有必要。

发明内容

本发明提供一种大孔隙聚氨酯碎石混合料，以解决现有的路面材料不能形成用于透气和透水孔隙的问题。本发明还提供一种大孔隙聚氨酯碎石混合料制作方法，便于将大孔隙聚氨酯碎石混合料铺设在路面的基层上。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下基础技术方案:一种大孔隙聚氨酯碎石混合料，由以下质量份数的原料组成：碎石100份，聚氨酯胶粘剂3-5份，其中，碎石为大理岩、花岗岩、灰岩、玄武岩其中的一种或多种，碎石的粒径为2-10mm。

本发明的原理在于：大理岩、花岗岩、灰岩、玄武岩碎石通过聚氨酯胶粘剂连接在一起，保证形状结构的稳定性；碎石之间可形成孔隙率15％-30％的路面材料，便于透气和透水。

与现有技术相比，本发明的优点在于：粒径为2-10mm的碎石与聚氨酯胶粘剂的配比，可形成孔隙率15％-30％的路面材料，透水透气性好。选用大理岩、花岗岩、灰岩、玄武岩作为碎石的原料，是因大理岩、花岗岩、灰岩、玄武岩的硬度较大，且耐腐蚀。1、可进行地下水的补给，可通过材料本身的孔隙进行排水，减少城市暴雨内涝的发生。2、能提供地面以下动植物所需的水分和养分、改善周围环境的温度和湿度。3、凝固后的聚氨酯胶粘剂对光线具有很好的反射作用，缓解城市“热岛效应”，给人们带来方便的同时也减小了城市降温所需的能源消耗。4、可缓解不透水路面在雨天引起的地表积水，避免车辆行驶在路面上产生滑移和雨水飞溅等现象；冬季雨后路面不结冰，减小了交通隐患。5、本发明为大孔隙结构(孔隙率为15％-30％)，能改变路面结构的声阻抗，吸收车辆噪声，减小城市噪声污染。

优选方案一，基于基础技术方案，还包括下质量份数的原料：粒径为140目的石英砂8-10份。聚氨酯胶粘剂需一定凝固时间，在此时间内胶粘剂向下流动，为了方便施工，可在搅拌时加入10％左右粒径为140目的石英砂进行外力物理增稠。

优选方案二，基于优选方案一，所述碎石的粒径为4-6mm。碎石的粒径越小其抗压强度值越大，碎石的粒径越大其透气透水性越好，而粒径为4-6mm碎石具备较好的强度和透气透水性。

优选方案三，基于优选方案二，所述碎石含泥量小于0.5％，含水量小于1％，以免造成混合料中碎石质量的误差较大。

优选方案四，基于优选方案三，所述碎石的针片状颗粒含量小于5％，所用碎石不宜含有较多针片状颗粒，形状宜接近于立方体，以保证碎石间有足够的接触面积。

针片状颗粒是指粗集料颗粒的最小厚度(或直径)方向与最大长度(或宽度)方向的尺寸之比小于0.4的颗粒。

优选方案五，基于优选方案四，所述碎石的标准压碎值小于25％，使碎石具备较高的抵抗压碎的能力，从而使混合料具备较高的强度。

优选方案六，基于优选方案五，所述碎石的毛体积密度≧2.60g/cm³，自然堆积孔隙率≦45％，吸水率≦2.0％。对毛体积密度和自然堆积孔隙率进行限制使碎石的形状更加接近正立方体。本方案对吸水率加以限制以减少碎石对聚氨酯胶水的吸附，以免因胶水用量偏大而造成浪费。

优选方案七，基于优选方案六，聚氨酯胶粘剂由以下重量份数的原料组成：异氰酸酯为1.5-2份、多元醇为1.5-2份。其粘接性能较好且成本低。

另外地，优选方案七中的大孔隙聚氨酯碎石混合料的制作方法，包括以下步骤：

第一步，取用质量份数为1.5-2份的异氰酸酯、1.5-2份的多元醇、100份粒径为2-10mm的碎石和10-15份粒径为140目的石英砂，其中140目的石英砂至少为8-10份；

第二步，将异氰酸酯和多元醇混合成聚氨酯胶粘剂，混合时间小于1分钟，形成聚氨酯胶黏剂；

第三步，向聚氨酯胶粘剂内加入碎石，并搅拌均匀；形成聚氨酯碎石混合料，并添加8-10份140目的石英砂；

第四步，聚氨酯碎石混合料摊铺时，人工均匀摊铺，松铺系数选取1.1，采用低频振动压实机压实聚氨酯碎石混合料，混合料压实后，使用抹光机收面，并抛洒2-5份石英砂；

第五步，在5-35℃下养护4小时。

具体实施方式

实施例1

一、原料的选取

1、碎石

(1)集料必须使用洁净、坚硬密实、无杂质的碎石，以确保混合料质量，碎石选用大理岩。

(2)控制碎石含泥量不大于0.5％，含水量不大于1.0％，且不含粘土和植物等杂质，以免影响混合料质量。

(3)碎石粒径影响铺装层的透水性能，一般而言，碎石粒径越大透水性能越强，根据室内试验结果，本实施例的碎石以单级配或间断级配为宜；粒径不宜太大，也不宜太小，选取的碎石粒径为3-6mm。

(4)所用碎石不宜含有较多针片状颗粒，碎石的针片状颗粒含量小于5％，形状宜接近于立方体，以保证碎石间有足够的接触面积。

(5)聚氨酯碎石混合料宜选用致密、吸水率小的碎石，以减少碎石对聚氨酯胶水的吸附，使胶水用量偏大造成浪费。碎石吸水率不大于2.0％。

(6)对用于聚氨酯碎石混合料的碎石其他指标作如下要求，具体见表1。

表1

2、聚氨酯胶粘剂

(1)采用指定厂家生产的聚氨酯胶粘剂，严格按A组分(异氰酸酯)：B组分(多元醇)＝1:1的重量比，先将称量好的A组分倒入干燥洁净的容器内，再将适量的B组分倒入容器后用搅拌电钻充分搅拌，禁止不按规定比例进行配料。

(2)A组分和B组分进场时应有产品合格证及化验单，并随时进行抽验，禁止使用质量不合要求的胶粘剂原材料。

(3)每次聚氨酯胶粘剂的配料量不宜超过15kg，用精确到0.01克的电子秤称量，A组分和B组分混合搅拌宜在1min内完成。

(4)因A组分与B组分搅拌后需一定凝固时间，在此时间内胶粘剂向下流动，为了方便施工，可在搅拌时加入10％左右粒径为140目的石英砂进行外力物理增稠。

(6)聚氨酯胶粘剂的凝结时间应大于20分钟。

二、混合料配合比设计

1、设计依据

碎石级配对聚氨酯碎石混合料强度及路用性能影响不大，因此，聚氨酯碎石混合料(以下简称PPM)的配合比设计主要是确定胶黏剂用量，集料则采用单粒径或间断粒径碎石。

2、配合比设计具体步骤

(1)根据工程需要选取碎石种类及粒径(一般为单级配碎石)。

(2)通过“肯塔堡飞散试验”及“析漏试验”确定出所选碎石的胶粘剂用量范围。

(3)在胶粘剂用量范围内选取有代表性的胶粘剂用量，测定不同胶粘剂用量下聚氨酯碎石混合料的抗压及抗折强度。

(4)鉴于PPM抗折强度较高(胶粘剂用量范围内均大于3.0MPa)，本实施例以抗压强度作为设计指标，选取抗压强度随胶粘剂用量变化曲线的“拐点”为所选碎石的最佳胶粘剂用量。

最终采用了以下质量份数的原料组成：碎石100份，聚氨酯胶粘剂3-5份。

三、拌制混合料

(1)严格按碎石100份，聚氨酯胶粘剂3-5份的比例配料。

(2)每次聚氨酯胶粘剂的配料量不宜超过15kg，用精确到0.01g的电子天秤计量，拌制时先将称量好的A组分倒入干燥洁净的容器内，再将适量的B组分倒入容器后用搅拌电钻充分搅拌；禁止不按规定比例进行配料。

(3)A组分和B组分的混合搅拌宜在1min内完成，为了防止聚氨酯胶粘剂向下流动，可在搅拌时加入10％左右粒径为140目的石英砂(按A组分与B组分混合物计算)进行外力物理增稠，不能添加任何化学增稠剂，以免破坏其分子结构。

(4)按照选定配合比，先将称量好的碎石倒入搅拌机内，开动电机，再将以上搅拌均匀的聚氨酯胶粘剂缓缓倒入装有碎石的搅拌机内，根据搅拌均匀程度，可适当延长机械搅拌时间(一般搅拌不少于3min、不超过5min)。

(5)混合料必须采用机械搅拌，搅拌机的容量根据工程量大小、施工进度、施工顺序和运输工具等参数选择，建议使用小型立式磨盘式搅拌机或卧式搅拌机，且搅拌地点距作业地点运输时间不宜超过1min。

四、施工及养护

(1)应根据施工进度、运量、运距及路况，选取合理的运输设备，建议使用方型板式斗车或微型自倾式货车。

(2)混合料运输过程中应防止漏料和污染路面等现象，注意减小车辆颠簸，以防聚氨酯胶粘剂向下流淌而造成离析。

(3)混合料摊铺时，应人工均匀摊铺，找准平整度与排水坡度；摊铺厚度应考虑其松铺系数，松铺系数宜选取1.1，施工时应确保边角处无缺料现象。

(4)宜采用专用的低频振动压实机压实混合料，同时应辅以人工补料及找平；人工找平时，施工人员应穿上减压鞋进行操作，并随时检查模板，如有下沉、变形或松动，应及时纠正。

(5)混合料压实后，宜使用机械收面，必要时配合人工拍实、抹平；整平时必须保持模板顶面整洁及接缝处板面平整。

(6)聚氨酯碎石混合料施工时，外界温度宜在5-35℃，同时不得在雨天施工。

(7)为增强表面耐磨程度，待聚氨酯碎石透水面层固化后，每平米需滚涂0.1kg搅拌均匀的聚氨酯胶粘剂，并在其表面均匀撒上100目的石英砂(每平米0.1kg)，以增强路面的防滑效果。

(8)每一段压实抹面完成并检查合格后，应立即开始养护；

(9)路面在养护期间，应封闭交通，主要有以下两个目的：①保持孔隙内清洁，使其不被泥土、油类等污染；②防止在聚氨酯碎石透水路面未达到设计强度前受到冲击力而受损。

(10)一般养护至4h(养护温度5-35℃)方可开放交通，养护时间可根据养护温度进行适当调整，当养护温度较高时可提前开放交通。

五、注意事项

(1)施工中应根据工程所在地的气候环境，确定冬季、雨季和夏季高温时段的起止时间；

(2)禁止在雨天进行施工；

(3)聚氨酯碎石混合料属于快硬性材料，并且温度越高，凝结硬化越快，也就是说，夏季高温条件不利于聚氨酯碎石透水路面的施工。因此，在夏季高温时段，通常要在混合料拌和、运输及摊铺压实时采取特殊措施，比如合理安排施工时间以避开高温时段、尽量缩短施工时间等措施。当大气温度达到35℃及以上时不宜施工。

(4)施工单位应保证各工序紧密衔接，要尽量缩短从拌合到完成碾压之间的停滞时间，整个过程要在规定时间内完成，因此，选取的施工段不宜过长。

(5)当路段较长时，可增加工作面，但要综合考虑下列因素：

①施工机械和运输车辆的效率及数量；

②工人操作的熟练程度；

③每一作业段的合理长度。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：选取的是碎石粒径为3-5mm的大理岩。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：选取的是碎石粒径为5-10mm的花岗岩。

本申请人对上述三档碎石进行了如下试验

一、筛分试验

三档集料均采用粗集料筛分法，试验步骤严格按照规范执行。筛分结果见表2

表2

从表2数据可以看出，3～5mm和4～6mm大理岩级配组成基本都在粒径规格范围内，通过2.36mm筛孔的质量接近零；而5～10mm花岗岩有部分粒径超出级配范围，2.36mm方孔筛通过率达到6.7％，表明集料含有较多细料颗粒。

二、密度及吸水率试验

三档集料的密度和吸水率见表3。

表3

从表3数据可以看出：由于集料岩性不同、粒径大小不一，导致集料密度及吸水率存在一定差异；但总体而言，三档集料的密度及吸水率均满足国家沥青路面施工技术规范对沥青面层用集料指标的要求。

三、堆积密度及孔隙率试验

三档集料堆积密度及孔隙率见表4：

表4

从表4数据可以看出：(1)自然堆积状态和捣实状态下的孔隙率均超过30％；(2)捣实状态下的堆积密度普遍大于自然堆积状态下的堆积密度，而孔隙率变化正好相反。鉴于以上不同状态下孔隙率的大小关系，在后续试验成型时，建议分层装料逐层插捣，可减小混合料的孔隙率，起到提高混合料强度的作用。

四、压碎值试验

聚氨酯碎石混合料所用集料粒径偏小，达不到标准压碎值试验的要求，现根据集料特点做相应改动。对3～5mm大理岩，选取2.36～4.75mm集料进行非标准压碎值试验；对4～6mm大理岩和5～10mm花岗岩则选取4.75～9.5mm粒径的集料进行试验，试验后过1.18mm和2.36mm筛，测定结果见表5。需特别说明：本次压碎值试验研究均采用非标准试验，没有相关标准可供参考，鉴于其施工粒径的特殊性，以后可结合实体工程，针对不同粒径集料提出相应的压碎值标准。

表5

从表5数据可以看出：5～10mm花岗岩集料的压碎值最小，试验后过2.36mm筛测得的压碎值也仅有20.3％，强度较高，其抵抗压碎能力明显高于另外两档大理岩集料。

五、洛杉矶磨耗试验

三档集料的洛杉矶磨耗损失见表6。

表6

从表6数据可以看出：4～6mm大理岩洛杉矶磨耗损失量最大，达到32.2％，已经超出国家规范对洛杉矶磨耗技术指标的要求(对高速公路用集料指标要求≦28％)；另外两档集料的洛杉矶磨耗损失量则符合指标要求。但是国家规范所制定的技术指标是相对的，而且适用场合有所不同，到底能不能用于路面建设，还要根据具体使用条件、所处环境和路面等级综合确定。

六、坚固性试验

三档集料坚固性测定结果如表7所示。

表7

由表7试验数据可知：3～5mm和4～6mm大理岩坚固性试验后质量基本无损失，5～10mm花岗岩集料的质量损失最大，达到了4.1％；但总体来说三档集料坚固性均较好，远小于国家规范对集料坚固性的要求(≦12％)

七、针片状颗粒含量试验

三档集料针片状颗粒含量检测结果见表8，国家对各等级公路针片状颗粒含量要求见表9。

表8

表9

通过以上数据可以看出：三档集料针片状颗粒含量均较低，其中大理岩集料针片状颗粒含量仅在5％左右，花岗岩集料针片状颗粒含量稍大，达到了8.6％，但都远小于国家规范对各等级公路用集料针片状颗粒含量的要求。

八、小结

从前面可以看出，本申请人针对聚氨酯碎石混合料原材料性能进行了大量试验研究，包括：筛分、密度、吸水率、堆积密度及孔隙率、压碎值、磨耗值、坚固性、针片状颗粒含量，通过研究，得到结论如下：

(1)适用于PPM的碎石粒径宜控制在2-10mm，具体粒径通常采用2-3mm、3-5mm、4-6mm、6-8mm和5-10mm；

(2)用于聚氨酯碎石混合料的集料，要求洁净且形状接近于立方体，建议碎石洁净程度采用水洗法(0.075mm通过率)来控制，含泥量不宜超过0.5％；而形状可以采用针片状颗粒含量来控制，其含量不宜超过5％；

(3)压碎值试验研究均采用非标准试验(施工粒径较小，无法进行标准压碎值试验)，后续应结合实体工程，针对不同粒径集料提出相应的压碎值标准，其中标准压碎值不宜大于25％，含水量不宜大于1％。

(4)除以上要求外，聚氨酯碎石混合料所用集料还应该满足如下物理力学要求：毛体积密度≧2.60，吸水率≦2.0％，自然堆积孔隙率≦45％。

实施例四

一、最佳胶粘剂用量的研究

聚氨酯胶粘剂流动性较强，在集料表面只能形成胶浆薄层，当胶粘剂超过某一用量时多余胶粘剂在重力作用下向混合料底部流淌，填充于孔隙中，并在底面形成封层(胶粘剂“析漏”所致)，这样既对强度增长贡献不大又造成浪费；因此，胶粘剂用量并非越大越好，而是存在最佳胶粘剂用量。最佳胶粘剂用量确定方法如下：先确定出聚氨酯碎石混合料胶粘剂用量范围，然后在该范围内选取不同胶粘剂用量测定其强度值，通过强度变化特征确定出PPM的最佳胶粘剂用量。因此，要测定出最佳胶粘剂用量，应首先确定出胶粘剂用量范围。

一、胶粘剂用量范围的确定方法

确定胶粘剂用量本着以下原则：当胶粘剂用量过少时，粘结能力不足，集料容易脱落而产生各种病害，故采用“肯塔堡飞散试验”来确定胶粘剂的最小用量；而当胶粘剂用量过大时，多余胶粘剂向下流淌(胶粘剂“析漏”)，成型试件后有效空隙减小且底面会形成胶浆封层，既影响路面透水性又不经济，故采用“析漏试验”来确定胶粘剂的最大用量。

1)确定初始最小胶粘剂用量

胶粘剂的最小用量采用肯塔堡飞散试验确定。

(1)肯塔堡飞散试验

采用分层插捣+人工整平的方法成型马歇尔试件(不进行击实)，试件尺寸应符合直径101.6mm±0.2mm、高63.5mm±1.3mm的要求。首先，对3～5mm大理岩PPM做了不同胶粘剂用量(0.5％、1.0％、2.0％、3.0％、4.0％)、不同旋转次数(50r、100r、150r、200r、250r、300r)的肯塔堡飞散试验；然后对4～6mm和5～10mm花岗岩PPM做了五个不同胶粘剂用量(1.0％、2.0％、3.0％、4.0％和5.0％)、不同旋转次数(50r、100r、150r、200r、250r和300r)的肯塔堡飞散试验，每个胶粘剂用量做三组平行试验，取均值作为最终结果。

(2)试验结果及数据分析

不同胶粘剂用量、不同旋转次数下的肯塔堡飞散试验结果见表10、11、12。

表10

表11

表12

由试验结果可以看出：①肯塔堡飞散损失量随胶粘剂用量的增大而减小，前期减小幅度较大，后期逐渐趋于平缓；②当胶粘剂用量较小时(0.5％、1.0％)，300r后集料全部散落但并无破坏；当胶粘剂用量较大时(4.0％、5.0％)，飞散损失量仍呈直线型增长，此时散落集料被击碎。

下面以3～5mm大理岩为例，介绍一下确定初始最小胶粘剂用量的过程：当3～5mm大理岩PPM胶粘剂用量为0.5％时，旋转50次后集料全部散落且无损坏现象，说明质量损失完全是由粘结性不足所致；当胶粘剂用量提高到1.0％和2.0％时，肯塔堡飞散损失量和各平行试验结果的波动性均较大，而且更为关键的是肯塔堡飞散掉的集料也未产生破坏，之所以产生飞散损失，大都是因为胶粘剂用量不足，致使集料间的粘结力不强，受到撞击作用集料易脱落；此后随着胶粘剂用量的增加集料间的粘结强度越来越强，当胶粘剂用量增加到3.0％和4.0％时，两条飞散损失曲线已接近于平行状态，损失量都相对较小且表面集料被完全被击碎，说明飞散损失量大多是由于试件受到撞击时表面集料被击碎所致，与胶粘剂用量关系不大，也就是说，当胶粘剂用量增大到3.0％左右时，随着胶粘剂用量的继续增大，损失量逐渐趋于平稳，3.0％胶粘剂用量已足以保证集料间的粘结作用，所以课题组认为3～5mm大理岩PPM的初始最小胶粘剂用量介于2.5％～3.0％。

同理可得：4～6mm大理岩PPM的初始最小胶粘剂用量在3.0％左右，而5～10mm花岗岩PPM则在4.0％左右。下面结合三档集料肯塔堡飞散损失量变化特征及PPM的应用场所，确定肯塔堡飞散试验旋转数(r)和三档集料的初始最小胶粘剂用量。

所规定的最小转数需确保肯塔堡飞散试验后达到以下两个目的：(1)使肯塔堡飞散试验结果有较强区分度；(2)能较好的反映集料间的粘结状况。在此基础上，结合前面对肯塔堡飞散试验的分析，课题组决定将肯塔堡飞散试验中旋转125r、飞散损失量不超过20％的用量定为初始最小胶粘剂用量。根据以上规定，可以得出：3～5mm大理岩PPM初始最小胶粘剂用量为2.8％，4～6mm大理岩PPM为3.0％，5～10mm花岗岩PPM为4.0％，之所以称为初始最小胶粘剂用量，是因为试验过程中存在损失，现得出的用量并未扣除损失量，后面进一步对初始最小胶粘剂用量修正即可得到最小胶粘剂用量。

2)确定初始最大胶粘剂用量

初期探索胶粘剂用量的上限值不可盲目选择，由于胶粘剂具有流动性，致使集料表面形成的胶浆层较薄，当胶粘剂用量增加到一定程度后多余胶粘剂会下渗到混合料底部，形成底面封层，即所谓的“析漏现象”。研究后决定，将成型试件后不发生“析漏”的最大用量定为初始最大胶粘剂用量。现在的问题是试件究竟要成型到多大胶粘剂用量才能观察到混合料底面产生析漏，为了解决此问题，本研究引入了“自然裹覆胶粘剂用量”的概念。“自然裹覆胶粘剂用量”是指在胶粘剂用量足够大的情况下集料表面自然吸附的胶粘剂总量，用于表征集料表面吸附胶粘剂的能力；高于此用量，混合料内部会产生大量的自由胶粘剂，这部分胶粘剂根本起不到粘结集料的作用，而是向下流淌，填充于混合料孔隙中，故选取“自然裹覆胶粘剂用量”作为成型试件时胶粘剂用量的理论上限值。

(1)自然裹覆胶粘剂用量的确定

本试验采用1.18mm网筛，试验前称取200g集料和100g胶粘剂(质量比2:1)，拌合均匀后倒在网筛上，将集料尽量分开，整个操作过程要快(控制在5min内)，避免胶粘剂凝结硬化而影响到试验结果；静置片刻，等到网筛下没有胶粘剂滴落时测量集料+胶粘剂的总质量，试验结果见表13。

集料规格	3～5mm	4～6mm	5～10mm
				试验前石子质量(g)	200.3	200.0	200.3
试验后石子+胶粘剂质量(g)	217.2	213.1	217.3
				自然裹覆胶粘剂用量(％)	8.4	6.6	8.5

表13

(2)析漏试验

每档集料以自然裹覆胶粘剂用量为理论上限值成型100mm×100mm×100mm的不同胶粘剂用量的立方体试件，将最先产生“析漏封层”(标准是试件底面基本形成封层但不会完全被堵塞)的胶粘剂用量定为初始最大胶粘剂用量。以3～5mm大理岩为例，简要介绍一下集料初始最大胶粘剂用量的确定过程：3～5mm大理岩的自然裹覆胶粘剂用量为8.4％，所以选取9.0％、8.0％、7.0％、6.0％、5.0％和4.0％的胶粘剂用量成型立方体试件，室温养护24h后脱模。

当胶粘剂用量为6.0％时，底面未形成封层，有很好的通透性，将水倒在试件顶端能从底面快速流出；当用量为6.5％时能明显看出底面已形成有少量小孔的封层，底面孔隙大量减小；而当胶粘剂用量增加到7.0％时底面已基本形成密不透水的封层。故推荐3～5mm大理岩的初始最大胶粘剂用量定为7.0％。

采用同样的方法可得到4～6mm大理岩和5～10mm花岗岩的初始最大胶粘剂用量。建议4～6mm大理岩的初始最大胶粘剂用量为5.5％；5～10mm花岗岩的初始最大胶粘剂用量为7.0％。

3)胶粘剂用量修正

聚氨酯胶粘剂具有很强的粘附性，在试验中损失现象较为严重；而且与实际施工进行大批量生产不同的是，室内研究所需混合料较少，胶粘剂的损失对研究结果将产生较大影响。所以，本申请人决定对确定的初始胶粘剂用量范围加以修正，扣除试验中的损失量，得出最终的胶粘剂用量范围。

测定方法如下：试验前对接触胶粘剂的容器称重→试验后将容器剩余混合料清除干净再称重→用两者质量差除以胶粘剂总重即为胶粘剂损失量。本申请人对每次试验后的损失量进行归纳总结，得出各档集料在不同胶粘剂用量下的胶粘剂损失量，如表14所示：

表14

将初始最小胶粘剂用量和初始最大胶粘剂用量减去相应的损失量即可得到实际的胶粘剂用量范围，结合经济性原则，推荐各档集料胶黏剂用量如表15所示。

集料规格	3～5mm大理岩	4～6mm大理岩	5～10mm花岗岩
				胶粘剂用量范围(％)	3～5	3～5	3.5～5

表15

为了试验前后的统一性及标准性，后续试验研究中的胶粘剂用量都未扣除损失量，只是在涉及到关键胶粘剂用量(最佳胶粘剂用量)时才加以修正。

二、最佳胶粘剂用量的确定

采用以下步骤确定PPM的最佳胶粘剂用量：①先确定出聚氨酯碎石混合料胶粘剂用量范围；②在该范围内选取不同胶粘剂用量测定其强度值(抗压及抗折)；③绘出强度随胶粘剂用量的变化曲线图；④通过强度变化特征确定出PPM的最佳胶粘剂用量。

根据自定义的判别标准得到三档聚氨酯碎石混合料的初始最佳胶粘剂用量，如表16所示。

集料规格	3～5mm大理岩	4～6mm大理岩	5～10mm花岗岩
				胶粘剂用量(％)	4.0	4.2	5.4
损失量(％)	0.29	0.27	0.57
				最佳胶粘剂用量(％)	3.7	3.9	4.8

表16

但要注意：试验研究所确定的胶粘剂用量都是相对值，由于每批次集料在干净程度、粒径大小、针片状颗粒含量等方面都不同程度的存在差别，实际施工过程中可根据集料的特点(特别是洁净程度)适量增加胶粘剂用量，变化幅度控制在0.3％左右。

三、小结

(1)聚氨酯碎石混合料用碎石粒径范围较小，通过简单碎石级配设计仅小幅提高了PPM的抗压及抗折强度，且对孔隙率及透水性能基本没有影响，因此，后续采用实际施工所用单档碎石进行研究，不再进行碎石级配设计；

(2)采用“非标准肯塔堡飞散试验”和“析漏试验”确定出了混合料胶粘剂的最小和最大用量，并结合经济性原则，确定出三档集料胶黏剂的用量范围(碎石100份)：3～5mm大理岩PPM胶粘剂用量为3～5份，4～6mm大理岩PPM胶黏剂用量为3～5份，5～10mm花岗岩PPM胶黏剂为3.5～5份。

(3)确定出3～5mm大理岩PPM、4～6mm大理岩PPM和5～10mm花岗岩PPM的最佳胶粘剂用量依次为3.7份、3.9份和4.8份。(假定碎石100份)

(4)由于每批次集料在干净程度、粒径大小、针片状颗粒含量等方面都不同程度的存在差别，实际施工过程中可根据集料的特点(特别是洁净程度)适当增加胶粘剂用量，变化幅度控制在0.3％左右，以减小集料差异带来的误差。

实施例5

本实施例选取的碎石为粒径3-5mm的灰岩，同样将其进行筛分试验、密度及吸水率试验、堆积密度及孔隙率试验、压碎值试验、洛杉矶磨耗试验、坚固性试验和针片状颗粒含量试验。其实验结果与3-5mm的大理岩大致相同，其胶粘剂用量的范围也与3-5mm的大理岩大致相同。

实施例6

本实施例选取的碎石为粒径4-6mm的玄武岩，同样将其进行筛分试验、密度及吸水率试验、堆积密度及孔隙率试验、压碎值试验、洛杉矶磨耗试验、坚固性试验和针片状颗粒含量试验。其实验结果与4-6mm的大理岩大致相同，其胶粘剂用量的范围也与4-6mm的大理岩大致相同。

实施例7

本实施例选取的碎石为粒径5-10mm的玄武岩，同样将其进行筛分试验、密度及吸水率试验、堆积密度及孔隙率试验、压碎值试验、洛杉矶磨耗试验、坚固性试验和针片状颗粒含量试验。其实验结果与5-10mm的大理岩大致相同，其胶粘剂用量的范围也与5-10mm的大理岩大致相同。

实施例8

本实施例选取的碎石为粒径5-10mm的灰岩，同样将其进行筛分试验、密度及吸水率试验、堆积密度及孔隙率试验、压碎值试验、洛杉矶磨耗试验、坚固性试验和针片状颗粒含量试验。其实验结果与5-10mm的大理岩大致相同，其胶粘剂用量的范围也与5-10mm的大理岩大致相同。

对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (9)

1.一种大孔隙聚氨酯碎石混合料，其特征在于由以下质量份数的原料组成：碎石100份，聚氨酯胶粘剂3-5份，其中，碎石为大理岩、花岗岩、灰岩、玄武岩其中的一种或多种，碎石的粒径为2-10mm。

2.如权利要求1所述的大孔隙聚氨酯碎石混合料，其特征在于还包括以下质量份数的原料：粒径为140目的石英砂8-10份。

3.如权利要求2所述的大孔隙聚氨酯碎石混合料，其特征在于：所述碎石的粒径为4-6mm。

4.如权利要求3所述的大孔隙聚氨酯碎石混合料，其特征在于：所述碎石含泥量小于0.5%，含水量小于 1%。

5.如权利要求4所述的大孔隙聚氨酯碎石混合料，其特征在于：所述碎石的针片状颗粒含量小于5%。

6.如权利要求5所述的大孔隙聚氨酯碎石混合料，其特征在于：所述碎石的标准压碎值小于25%。

7.如权利要求6所述的大孔隙聚氨酯碎石混合料，其特征在于：所述碎石的毛体积密度≧2.60g/cm3，自然堆积孔隙率≦45%，吸水率≦2.0%。

8.如权利要求7所述的大孔隙聚氨酯碎石混合料，其特征在于聚氨酯胶粘剂由以下重量份数的原料组成：异氰酸酯为1.5-2份、多元醇为1.5-2份。

9.一种如权利要求8所述的大孔隙聚氨酯碎石混合料的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，取用质量份数为1.5-2份的异氰酸酯、1.5-2份的多元醇、100份粒径为2-10mm的碎石和10-15份粒径为140目的石英砂，其中140目的石英砂至少为8-10份；

第二步，将异氰酸酯和多元醇混合成聚氨酯胶粘剂，混合时间小于1分钟，形成聚氨酯胶黏剂；

第三步，向聚氨酯胶粘剂内加入碎石，并搅拌均匀；形成聚氨酯碎石混合料，并添加8-10份140目的石英砂；

第四步，聚氨酯碎石混合料摊铺时，人工均匀摊铺，松铺系数选取1.1，采用低频振动压实机压实聚氨酯碎石混合料，混合料压实后，使用抹光机收面，并抛洒2-5份石英砂；

第五步，在5-35℃下养护4小时。