CN115594440A - 聚氨酯改性冷再生混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种聚氨酯改性冷再生混合料及其制备方法，以重量份计，由以下原料制成：新集料0～80份，旧集料0～80份，填料3～4份，上述三种组分和为100份，聚氨酯粘结剂6份～10份，竹纤维占混合料质量的0.3份。本申请的聚氨酯冷再生混合料，通过聚氨酯粘结剂的内聚强度，竹纤维应用中具有的加筋、增韧和桥接等作用，从而提高了冷再生混合料的热稳定性、力学性能强度、刚度和黏附性，其技术投入及设备少、施工速度快、路面成型快、可在常温下进行施工，有助于降低能耗，且整个混合料不释放有毒气体，践行了创新发展、资源节约、节能减排、环境友好的理念，是一条废旧路面材料再生利用的新途径。
Description
技术领域
本申请涉及道路工程材料技术领域，具体涉及一种聚氨酯改性冷再生混合料及其制备方法。
背景技术
目前道路交通发展正在从建设型向建设养护型发展模式转变，道路建设进入了以碳减排为重点的战略方向，积极应用路面材料回收利用技术，在沥青废弃路面材料的回收利用在普通国道、省道应分别达到95%和80%以上。
由于在沥青废弃路面材料的回收利用过程中沥青再生混合料性能较差而导致其路用性能降低，从而大大缩短了路面的使用年限，也致使许多高速公路提前进入大修或改造期，造成重大的经济损失。
而现今传统的路面材料回收利用主要采用冷再生混合料的结合技术，其主要研究对象是乳化沥青、泡沫沥青以及水泥，由于它们自身存在一定的缺陷，摊铺后的道路开放交通时间长、路用性能不符合我国高等级公路的使用要求而导致应用范围狭窄，推广受到限制。因此，开发出一种新型的冷再生混合料来解决废弃路面材料的使用问题以及沥青再生混合料性能较差的技术问题显得尤为关键。
公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本申请提供了一种聚氨酯改性冷再生混合料及其制备方法，旨在解决废弃路面材料的使用以及现有技术中沥青再生混合料性能较差的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：
根据本公开的一个方面，提供一种聚氨酯改性冷再生混合料，以重量百分比计，由以下原料制成：
新集料10～80%、旧集料10～80%、填料2～5%、聚氨酯粘结剂2～10%、竹纤维占2～4%。
在本公开的一些实施例中，所述新集料粒径为玄武岩碎石和粒径为的石灰岩机制砂，填料为玄武岩矿粉，旧集料粒径为0～5mm、5～10mm、10～20mm的公路路面沥青混合料回收料。
在本公开的一些实施例中，所述聚氨酯粘结剂为无溶剂型双组份固化体系，其中A组分为多元醇，B组分为和异氰酸酯。
在本公开的一些实施例中，所述聚氨酯粘结剂A、B组份按质量比4～6∶1在常温下进行调配。聚氨酯粘结剂双组份拌合后初始密度为1.1g/cm3，初始粘度为3400mPa·s；聚氨酯粘结剂双组份拌合固化后拉伸强度为10MPa，断裂伸长率为323%。
在本公开的一些实施例中，所述的一种改性竹纤维沥青混合料，其特征在于，所述改性竹纤维为毛竹茎秆制成的改性短纤维絮状物，其长度为5～7mm，相对密度0.92～0.97g/cm3。
在本公开的一些实施例中，所述矿粉处理为表观密度不小于2500g/cm3，含水量不大于1％，亲水系数小于1，粒度范围为0.6mm以下颗粒的含量为100％，粒度范围为0.15mm～0.6mm以下的颗粒含量为90～100％，粒度范围为0.075mm～0.15mm以下的颗粒含量为75～100％。
在本公开的一些实施例中，所述旧集料分为0～5mm、5～10mm、10～20mm三挡进行筛分，并对级配中选取的新料及矿粉进行同尺寸筛分，得出筛分结果进行级配设计。
根据本公开的另一个方面，提供一种制备所述的聚氨酯改性冷再生混合料的方法，包括如下步骤：
（1）取选定量的所述多元醇与异氰酸酯按比例进行混合均匀，搅拌1分钟以上，制得聚氨酯粘结剂；
（2）将竹纤维置于苯甲酸溶液中浸泡处理90～120min，将处理后的竹纤维置于烘箱中2～2.5h使其充分进行反应，将改性反应后的竹纤维二次搓碾制得改性竹纤维，备用。
（3）将配置好的所述新集料、旧集料、填料及改性后的竹纤维搅拌1.5min，然后加入聚氨酯粘结剂与集料搅拌1.5min，最后加入矿粉，继续搅拌1.5min，形成均匀混合物，即得。
在本公开的一些实施例中，所述混合料级配参照AC-20沥青混合料级配范围进行设计，所述步骤(3)中，还包括根据施工要求确定使用矿料的最大粒径以确定使用级配型号，并将不同粒径的矿料进行筛分的步骤，并按照技术准则进行级配调整，确定不同粒径矿料使用比例，将分级的矿料按照所得比例进行混合。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：
1.通过聚氨酯粘结剂的增粘作用和锚固作用进一步提高胶结料与矿料界面的作用力，聚氨酯粘结剂在形成高强度的交联网状结构能够贯穿于混合料体系之中，更进一步增大了聚氨酯粘结剂的内聚强度，从而提高了冷再生混合料的热稳定性和力学性能。
2.本申请中所添加的竹纤维无公害、绿色环保其在聚氨酯冷再生混合料中具有加筋、增靭和桥接等作用，可改善沥青及沥青混合料的强度、刚度和黏附性等。
3.使用技术投入及设备少，可在常温下进行施工，有助于降低能耗，施工速度以及路面成型快，整个混合料不释放有毒有害气体，具有节能环保的优势。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本申请的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本申请，并不以任何方式限制本申请的范围。在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。
实施例一
一、原料的选取
1、新集料
（1）新集料必须使用洁净、坚硬密实、无杂质的石料，以确保混合料质量，选用玄武岩碎石和石灰岩机制砂
（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）新集料分档为0～5mm、5～10mm、10～20mm后，其级配如表1所示。
表1新集料各筛孔（mm）的通过百分率（%）
2.旧集料
（1）旧集料经抽提回收后，其回收沥青性质如表2所示。
表2旧集料经抽提回收后回收沥青性质
（2）旧集料分档为0～5mm、5～10mm、10～20mm后，其级配如表3所示。
表3旧集料各筛孔（mm）的通过百分率（%）
3.聚氨酯粘结剂
（1）采用指定厂家生产的聚氨酯粘结剂，严格按A组分（多元醇)：B组分(异氰酸酯)＝5:1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粘结剂原材料。
（3）每次聚氨酯粘结剂的配料量不宜超过8kg，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1～1.5min内完成。
4.竹纤维
本申请采用种植面积广、具有固碳能力和异龄速生的毛竹作为原材料制备竹纤维。采用苯甲酸溶液浸泡搓碾成絮状的竹纤维以去除竹纤维中果胶组分，减少制备废液对环境的影响、减弱竹纤维的吸收性能，从而提高纤维在混合料中的分散均匀性和界面黏结性能。
二、混合料配合比设计
1、设计依据
级配对聚氨酯冷再生混合料强度及路用性能影响不大，因此，聚氨酯冷再生混合料(以下简称PCRM)的配合比设计主要是确定胶黏剂用量。
配合比设计具体步骤：
（1）称取新集料17份、旧集料80份、矿粉3份，混合料级配如表4所示。
表4混合料各筛孔（mm）的通过百分率（%）
（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。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
（3）鉴于PCRM马歇尔稳定度较高(粘结剂用量范围内均大于40KN)，本实施例以干湿劈裂强度比作为设计指标，选取满足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。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于：选取的新旧集料掺配比例不同，称取新集料37份、旧集料60份、矿粉3份，混合料级配如表5所示。
表5混合料各筛孔（mm）的通过百分率（%）
实施例三
本实施例与实施例二的不同之处在于：选取的新旧集料掺配比例不同，称取新集料57份、旧集料40份、矿粉3份，混合料级配如表6所示。
表6混合料各筛孔（mm）的通过百分率（%）
实施例四
本实施例与实施例三的不同之处在于：选取的新旧集料掺配比例不同，称取新集料77份、旧集料20份、矿粉3份，混合料级配如表7所示。
表7混合料各筛孔（mm）的通过百分率（%）
实施例五
本实施例与实施例一的新旧集料比例相同，级配相同，不同之处在于掺入了混合料质量的3%的改性竹纤维。
实施例六
本实施例与实施例二的新旧集料比例相同，级配相同，不同之处在于掺入了混合料质量的3%的改性竹纤维。
实施例七
本实施例与实施例三的新旧集料比例相同，级配相同，不同之处在于掺入了混合料质量的3%的改性竹纤维。
实施例八
本实施例与实施例四的新旧集料比例相同，级配相同，不同之处在于掺入了混合料质量的3%的改性竹纤维。
对实施例一至八中的聚氨酯改性冷再生混合料进行路用性能试验，试验项目包括马歇尔稳定度试验，车辙试验、低温小梁弯曲试验(-10℃)、肯塔堡飞散试验、抗滑试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验用以测试本申请聚氨酯改性冷再生混合料的路用性能，试验结果见表8所示。
表8实施例一至八中聚氨酯改性冷再生混合料路用性能试验数据
从表8可知，本申请聚氨酯改性冷再生混合料满足交通部部颁标准JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》的相关要求，其高温稳定性能、低温抗裂性能、抗滑性能等指标明显高于普通沥青材料类冷再生混合料，表明本申请冷再生混合料的路用性能优越，在掺入改性竹纤维后，混混合料的抗水损害性能得到了较大的提高，符合规范要求。
尽管已描述了本申请的一些优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本实发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种聚氨酯改性冷再生混合料，其特征在于，以质量百分比计，由以下原料制成：
新集料10～80%、旧集料10～80%、填料2～5%、聚氨酯粘结剂2～10%、竹纤维占2～4%。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯改性冷再生混合料，其特征在于，所述新集料粒径为5～10mm、10～20mm的玄武岩碎石和粒径为0～5mm的石灰岩机制砂，填料为矿粉，旧集料粒径为0～5mm、5～10mm、10～20mm的公路路面沥青混合料回收料。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯改性冷再生混合料，其特征在于，所述聚氨酯粘结剂为无溶剂型双组份固化体系，其中A组分为多元醇，B组分为异氰酸酯。
4.根据权利要求3所述的聚氨酯改性冷再生混合料，其特征在于，所述聚氨酯粘结剂A、B组份按质量比5∶1进行调配。
5.根据权利要求1所述的一种改性竹纤维沥青混合料，其特征在于，所述改性竹纤维为毛竹茎秆制备的改性短纤维絮状物，其长度为5～7mm，相对密度为0.92～0.97g/cm3。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯改性冷再生混合料，其特征在于，所述聚氨酯粘结剂双组份拌和后初始密度为1.05～1.1g/cm3，初始粘度为3200～3400mPa·s。
7.根据权利要求1所述的聚氨酯改性冷再生混合料，其特征所述聚氨酯粘结剂双组份拌和固化后拉伸强度为9～11MPa，断裂伸长率为310～330%。
8.权利要求1所述聚氨酯改性冷再生混合料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
（1）将多元醇与异氰酸酯按质量比4～6∶1进行混合均匀，搅拌1～2min，制得聚氨酯粘结剂；
（2）将竹纤维置于苯甲酸溶液中浸泡处理90～120min，将处理后的竹纤维置于烘箱中2～3h（进行充分改性反应），然后将其二次搓碾制得改性竹纤维，备用；
（3）按权利要求1所述原料配比将新集料、旧集料、填料及改性后竹纤维搅拌1～5min，然后加入聚氨酯粘结剂与集料搅拌1～5min，最后加入矿粉，继续搅拌1～5min，形成均匀混合物，即得。
9.根据权利要求8所述的聚氨酯改性冷再生混合料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，还包括对所述旧集料进行预处理的步骤：将所述旧集料分成0～5mm、5～10mm、10～20mm三挡进行筛分，并对级配中所选取的新集料及矿粉进行相应尺寸的筛分，得出筛分结果进行级配设计，混合料级配参照AC-20沥青混合料级配范围进行设计。
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