一種水性聚氨酯乳化瀝青混凝土及其制備方法和用途
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種水性聚氨酯乳化瀝青混凝土，包括原料：礦料、乳化瀝青、水性聚氨酯乳液，所述礦料、水性聚氨酯乳液、乳化瀝青的重量之比為100：1-20：7-20；并公開(kāi)了該水性聚氨酯乳化瀝青混凝土的制備方法，包括將水性聚氨酯乳液和乳化瀝青混合，攪拌均勻，得到水性聚氨酯改性乳化瀝青；再向礦料中加入水性聚氨酯改性乳化瀝青，攪拌均勻，養(yǎng)護(hù)；或者將礦料、乳化瀝青、水性聚氨酯乳液，攪拌均勻，養(yǎng)護(hù)。制得的水性聚氨酯乳化瀝青混凝土不僅具有傳統(tǒng)冷拌瀝青混凝土的優(yōu)點(diǎn)，而且具有優(yōu)良的力學(xué)性能和穩(wěn)定性，路用性能優(yōu)異，大大延長(zhǎng)了路面使用壽命，養(yǎng)護(hù)時(shí)間短，1-3天即可開(kāi)放交通，可以用于瀝青混凝土鋪裝材料、瀝青路面修補(bǔ)材料、養(yǎng)護(hù)的稀漿封層、微表處和高速鐵路瀝青砂漿的制備。
【專利說(shuō)明】一種水性聚氨酯乳化瀝青混凝土及其制備方法和用途

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于道路工程領(lǐng)域，涉及一種乳化浙青混凝土及其制備方法，特別涉及一種水性聚氨酯乳化浙青混凝土及其制備方法和用途。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的冷拌浙青混合料能在一定程度上實(shí)現(xiàn)常溫拌合施工，降低能源消耗，但是冷拌浙青混合料路用性能較差，無(wú)法滿足現(xiàn)代路面對(duì)浙青材料的要求，只能應(yīng)用于低質(zhì)量的路面鋪設(shè)或小范圍的修補(bǔ)。
[0003]水性聚氨酯乳液是指以水作為分散介質(zhì)，體系中不含或含很少量有機(jī)溶劑的聚氨酯，繼承了溶劑型聚氨酯耐低溫、耐磨性好、粘附力強(qiáng)等優(yōu)異性能，同時(shí)還具有無(wú)污染、安全可靠、相容性好、易于改性等優(yōu)點(diǎn)，已逐步取代溶劑型聚氨酯，廣泛應(yīng)用于涂料、膠粘劑、織物涂層與整理劑、皮革涂飾劑、紙張表面處理劑和纖維表面處理劑等方面，作為一種乳化浙青改性劑，具有優(yōu)良的物化性能，能明顯改善乳化浙青的路用性能。
[0004]專利CN201110188772.9公開(kāi)了一種水性聚氨酯環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化浙青，是由異氰酸酯經(jīng)多元醇擴(kuò)鏈后與環(huán)氧氯丙烷或環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)形成了聚氨酯環(huán)氧樹(shù)脂，輔以聚醚多元醇乳化劑、助劑和水，形成水性聚氨酯環(huán)氧樹(shù)脂，對(duì)乳化浙青進(jìn)行改性，并采用改性脂肪胺環(huán)氧樹(shù)脂固化劑進(jìn)行固化而成，合成過(guò)程繁復(fù)，影響因素較多，均一性難以保證；同時(shí)水性聚氨酯的含量過(guò)低，對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不足，專利中也沒(méi)有對(duì)該材料的應(yīng)用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種水性聚氨酯乳化浙青混凝土及其制備方法和用途，水性聚氨酯與乳化浙青混合后相容性和穩(wěn)定性較好，與集料混合后，通過(guò)水性聚氨酯的自交聯(lián)固化作用形成具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高性能復(fù)合材料體系，起到增強(qiáng)、抗?jié)B和抗化學(xué)品作用，可在常溫條件下蒸發(fā)固化，不產(chǎn)生龜裂。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供一種水性聚氨酯乳化浙青混凝土，包括原料:礦料、乳化浙青、水性聚氨酯乳液，其中，所述礦料、水性聚氨酯乳液和乳化浙青的重量比為100:1-20:7-20。
[0007]其中，所述礦料為玄武巖或石灰?guī)r。
[0008]特別是，所述礦料由粗集料和細(xì)集料和填料組成，所述粗集料、細(xì)集料和填料的重量比為30-70:30-70:5-10，所述粗集料的公稱粒徑為δ >4.75mm，所述細(xì)集料的公稱粒徑為:δ ^ 4.75_，所述填料的公稱粒徑為δ ( 0.075_。
[0009]其中，所述水性聚氨酯乳液為水性聚氨酯的乳化液或分散液，其固含量為30% -70%。
[0010]特別是，所述水性聚氨酯乳液可以是線性分子型聚氨酯乳液或交聯(lián)型聚氨酯乳液。
[0011]其中，所述乳化浙青的固含量為40% -75%。
[0012]特別是，所述乳化浙青的制備包括制備所述乳化浙青包括如下步驟:
[0013]I)將水、乳化劑混合，并在55_65°C下攪拌，充分溶解為均一乳液；
[0014]2)將浙青加熱至120_160°C ；
[0015]3)將加熱后的浙青倒入所述的均一乳液中進(jìn)行乳化，乳化時(shí)間為2~5min ；
[0016]其中，所述浙青:水:乳化劑的重量之比為40-80:25-60:1-3。
[0017]尤其是，步驟I)所述乳化劑為陰離子乳化劑、陽(yáng)離子乳化劑或非離子乳化劑中的一種或者多種。
[0018]多種同極性的乳化劑可以配合使用；非離子乳化劑也可以和陰離子乳化劑或陽(yáng)離子乳化劑配合使用。
[0019]特別是，所述乳化劑為陰離子乳化劑時(shí)，步驟I)還包括利用氫氧化鈉緩沖液將所述均一乳液的PH值控制在11.5-12.5 ;所述乳化劑為陽(yáng)離子乳化劑時(shí)，步驟I)還包括利用鹽酸緩沖液將所述均一乳液的PH值控制在2-3。
[0020]本發(fā)明另一方面提供一種上述水性聚氨酯乳化浙青混凝土的方法，包括如下步驟:
[0021 ] I)將水性聚氨酯乳液和乳化浙青混合，攪拌均勻，得到水性聚氨酯改性乳化浙青，備用;
[0022]2)向礦料中加入水性聚氨酯改性乳化浙青，攪拌均勻，養(yǎng)護(hù)，即得；
[0023]其中，步驟I)所述攪拌時(shí)間為2-1Omiη ；
[0024]其中，步驟2)中所述攪拌時(shí)間為60-300S。
[0025]本發(fā)明又一方面提供一種上述水性聚氨酯乳化浙青混凝土的方法，包括:將礦料、乳化浙青、水性聚氨酯乳液，攪拌均勻，養(yǎng)護(hù)，即得；
[0026]其中，所述攪拌時(shí)間為30-300S。
[0027]本發(fā)明所述的水性聚氨酯乳化浙青混凝土可以應(yīng)用于浙青混凝土鋪裝材料、浙青路面修補(bǔ)材料、養(yǎng)護(hù)的稀漿封層、微表處和高速鐵路浙青砂漿的制備。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0029]1、本發(fā)明首次采用的水性聚氨酯繼承了溶劑型聚氨酯耐低溫、高耐磨、高彈性、粘接力強(qiáng)等優(yōu)異性能，同時(shí)還具有無(wú)污染、安全可靠、相容性好、易于改性等優(yōu)點(diǎn)，以水性聚氨酯制備水性聚氨酯乳液，工藝簡(jiǎn)單，不含有機(jī)溶劑，與乳化浙青相容性及穩(wěn)定性良好；
[0030]2、本發(fā)明通過(guò)水性聚氨酯的自交聯(lián)固化作用形成具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高性能復(fù)合材料體系，在常溫環(huán)境下即可蒸發(fā)固化，不產(chǎn)生龜裂，無(wú)需額外配置和添加固化劑；
[0031]3、本發(fā)明所制備的水性聚氨酯乳化浙青混凝土，作為冷拌冷鋪式浙青混凝土，既可應(yīng)用于浙青路面的攤鋪或修補(bǔ)，也可應(yīng)用于冷拌料、稀漿封層、微表處等，生產(chǎn)和施工中操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，不受運(yùn)輸，修補(bǔ)分散等條件的限制，相對(duì)于傳統(tǒng)的熱拌熱鋪混合料的熱態(tài)技術(shù)，降低了能源消耗和浙青加熱過(guò)程中有毒有害氣體的排放，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。
[0032]4、本發(fā)明所制備的水性聚氨酯乳化浙青混凝土，是一種新型路面環(huán)保材料，不僅具有傳統(tǒng)冷拌浙青混凝土的優(yōu)點(diǎn)，而且具有優(yōu)良的力學(xué)性能和穩(wěn)定性，路用性能優(yōu)異，大大延長(zhǎng)了路面使用壽命，養(yǎng)護(hù)時(shí)間短，1-3天即可開(kāi)放交通。

【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將會(huì)隨著描述而更為清楚。但這些實(shí)施例僅是范例性的，并不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的細(xì)節(jié)和形式進(jìn)行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0034]實(shí)施例1
[0035]I)制備乳化浙青
[0036]按照如下重量配比備料:
[0037]浙青IlOg
[0038]水90g
[0039]十二烷基磺酸鈉4g
[0040]將水、十二烷基磺酸鈉混合，并在60°C下攪拌，充分溶解為均一乳液，利用氫氧化鈉緩沖液將所述乳液的pH控制在12 ;將浙青加熱至140°C，倒入制得的均一乳液中進(jìn)行乳化，乳化時(shí)間為4min ;制得的乳化浙青的固含量為54%。
[0041]2)制備水性聚氨酯乳化浙青混凝土
[0042]將10g乳化浙青與40g水性聚氨酯乳液混合,使用低速攪拌器充分?jǐn)嚢?分鐘，制得均一、無(wú)粘滯感的棕色混合物，即為水性聚氨酯乳化浙青乳液；
[0043]將水性聚氨酯乳化浙青乳液置于拌合鍋中，加入100g礦料，常溫下攪拌140s，養(yǎng)護(hù)，即得水性聚氨酯乳化浙青混凝土。
[0044]其中，所述礦料為玄武巖；所述礦料由粗集料、細(xì)集料和填料組成，所述粗集料、細(xì)集料和填料的重量比為60:40:8 ;，所述粗集料的公稱粒徑為:> 4.75mm，所述細(xì)集料的公稱粒徑為:δ < 4.75_，所述填料的公稱粒徑為δ ( 0.075_。
[0045]其中，所述水性聚氨酯乳液為市售線性分子型水性聚氨酯乳液，其固含量為55%。
[0046]實(shí)施例2
[0047]I)制備乳化浙青
[0048]按照如下重量配比備料:
[0049]浙青160g
[0050]水50g
[0051]辛基酚聚氧乙烯醚2g
[0052]將水、辛基酚聚氧乙烯醚混合，并在55°C下攪拌，充分溶解為均一乳液；將浙青加熱至120°C，倒入制得的均一乳液中進(jìn)行乳化，乳化時(shí)間為5min ;制得的乳化浙青的固含量為 75%。
[0053]2)制備水性聚氨酯乳化浙青混凝土
[0054]將200g非離子乳化浙青與1g水性聚氨酯乳液混合，使用低速攪拌器充分?jǐn)嚢?0分鐘，制得均一、無(wú)粘滯感的棕色混合物，即為水性聚氨酯乳化浙青乳液；
[0055]將水性聚氨酯乳化浙青乳液置于拌合鍋中，加入100g礦料，常溫下攪拌300s，養(yǎng)護(hù)，即得水性聚氨酯乳化浙青混凝土。
[0056]其中，所述礦料為玄武巖；所述集料由粗集料、細(xì)集料和填料組成，所述粗集料、細(xì)集料和填料的重量比為50:50:10 ;，所述粗集料的公稱粒徑為..> 4.75mm，所述細(xì)集料的公稱粒徑為:δ < 4.75_，所述填料的公稱粒徑為δ ( 0.075_。
[0057]其中，所述水性聚氨酯乳液為市售交聯(lián)型水性聚氨酯乳液，其固含量為70%。
[0058]實(shí)施例3
[0059]I)制備乳化浙青
[0060]按照如下重量配比備料:
[0061]浙青40g
[0062]水60g
[0063]十六烷基三甲基氯化銨Ig
[0064]將水、十六烷基三甲基氯化銨混合，并在65°C下攪拌，充分溶解為均一乳液，利用鹽酸緩沖液將所述乳液的pH控制在3 ;將浙青加熱至160°C ;將加熱后的浙青倒入制得的乳液中進(jìn)行乳化，乳化時(shí)間為3min ;制得的乳化浙青的固含量為40%。
[0065]2)制備水性聚氨酯乳化浙青混凝土
[0066]將70g陽(yáng)離子乳化浙青與200g水性聚氨酯乳液混合，使用低速攪拌器充分?jǐn)嚢?分鐘，制得均一、無(wú)粘滯感的棕色混合物，即為水性聚氨酯乳化浙青乳液；
[0067]將水性聚氨酯乳化浙青乳液置于拌合鍋中，加入100g礦料，常溫下攪拌60s，養(yǎng)護(hù)，即得水性聚氨酯乳化浙青混凝土。
[0068]其中，所述礦料為石灰?guī)r；所述礦料由粗集料、細(xì)集料和填料組成，所述粗集料、細(xì)集料和填料的重量比為70:30:5 ;，所述粗集料的公稱粒徑為:> 4.75mm，所述細(xì)集料的公稱粒徑為:δ < 4.75_，所述填料的公稱粒徑為δ ( 0.075_。
[0069]其中，所述水性聚氨酯乳液為市售線性分子型水性聚氨酯乳液，其固含量為40%。
[0070]實(shí)施例4
[0071]I)制備乳化浙青
[0072]按照如下重量配比備料:
[0073]浙青60g
[0074]水45g
[0075]二丁基萘磺酸鈉3g
[0076]將水、二丁基萘磺酸鈉混合，并在60°C下攪拌，充分溶解為均一乳液，利用氫氧化鈉緩沖液將所述乳液的PH控制在12 ;將浙青加熱至150°C，倒入制得的乳液中進(jìn)行乳化，乳化時(shí)間為2min ;制得的乳化浙青的固含量為47%。
[0077]2)制備水性聚氨酯乳化浙青混凝土
[0078]將100g礦料、70g陽(yáng)離子乳化浙青和1g水性聚氨酯乳液置于拌合鍋中，常溫下攪拌30s，養(yǎng)護(hù)，即得；
[0079]其中，所述礦料為石灰?guī)r；所述集料由粗集料、細(xì)集料和填料組成，所述粗集料、細(xì)集料和填料的重量比為50:30:5 ;，所述粗集料的公稱粒徑為:> 4.75mm，所述細(xì)集料的公稱粒徑為:δ < 4.75_，所述填料的公稱粒徑為δ ( 0.075_。
[0080]其中，所述水性聚氨酯乳液為市售線性分子型水性聚氨酯乳液，其固含量為50%。
[0081]實(shí)施例5
[0082]I)制備乳化浙青
[0083]按照如下重量配比備料:
[0084]瀝青 130g
水10g

十二烷基硫酸鈉 3g
辛基H分聚氧乙烯醚3g
[0085]將水、十二烷基硫酸鈉和辛基酚聚氧乙烯醚混合，并在60°C下攪拌，充分溶解為均一乳液，利用氫氧化鈉緩沖液將所述乳液的PH控制在12 ;將浙青加熱至145°C，倒入制得的均一乳液中進(jìn)行乳化，乳化時(shí)間為4min ;制得的乳化浙青的固含量為55%。
[0086]2)制備水性聚氨酯乳化浙青混凝土
[0087]將100g礦料、200g陽(yáng)離子乳化浙青和200g水性聚氨酯乳液置于拌合鍋中，常溫下攪拌300s，養(yǎng)護(hù)，即得；
[0088]其中，所述礦料為石灰?guī)r；所述集料由粗集料、細(xì)集料和填料組成，所述粗集料、細(xì)集料和填料的重量比為70:50:10 ;，所述粗集料的公稱粒徑為..> 4.75mm，所述細(xì)集料的公稱粒徑為:δ < 4.75_，所述填料的公稱粒徑為δ ( 0.075_。
[0089]其中，所述水性聚氨酯乳液為市售交聯(lián)型水性聚氨酯乳液，其固含量為60%。
[0090]對(duì)照例I
[0091]按照實(shí)施例1的方法制備乳化浙青，將150g該浙青置于拌合鍋中，加入100g礦料，常溫下攪拌140s，養(yǎng)護(hù)，即得冷拌乳化浙青混凝土。
[0092] 其中，所述礦料為玄武巖；所述礦料由粗集料、細(xì)集料和填料組成，所述粗集料、細(xì)集料和填料的重量比為50:50:10 ；，所述粗集料的公稱粒徑為:δ > 4.75mm，所述細(xì)集料的公稱粒徑為:S < 4.75mm，所述填料的公稱粒徑為δ ( 0.075mm。
[0093]對(duì)照例2
[0094]將69g浙青熱至165°C,加入至175°C的100g集料,在170°C下拌合，即得熱拌浙青混凝土。
[0095]其中，所述礦料為玄武巖；所述集料由粗集料、細(xì)集料和填料組成，所述粗集料、細(xì)集料和填料的重量比為50:50:10 ；，所述粗集料的公稱粒徑為:δ > 4.75mm，所述細(xì)集料的公稱粒徑為:S < 4.75mm，所述填料的公稱粒徑為δ ( 0.075mm。
[0096]試驗(yàn)例I
[0097]將實(shí)施例1-5制備的水性聚氨酯乳化浙青混凝土和對(duì)照例I和2制備的乳化浙青混凝土按照規(guī)范《公路工程浙青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTJE20-2011)》成型試件、養(yǎng)護(hù)和進(jìn)行馬歇爾性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0098]表1馬歇爾性能測(cè)試結(jié)果
[0099]

【權(quán)利要求】
1.一種水性聚氨酯乳化浙青混凝土，其特征在于，包括原料:礦料、乳化浙青、水性聚氨酯乳液，其中，所述礦料、水性聚氨酯乳液和乳化浙青的重量比為100:1-20:7-20。
2.如權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯乳化浙青混凝土，其特征在于，所述礦料為玄武巖或石灰?guī)r。
3.如權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯乳化浙青混凝土，其特征在于，所述礦料由粗集料和細(xì)集料和填料組成，所述粗集料、細(xì)集料和填料的重量比為30-70:30-70:5-10，所述粗集料的公稱粒徑為S > 4.75mm，所述細(xì)集料的公稱粒徑為:δ < 4.75mm，所述填料的公稱粒徑為δ0.075_。
4.如權(quán)利要求1所述的水性聚氨酯乳化浙青混凝土，其特征在于，所述水性聚氨酯乳液為水性聚氨酯的乳化液或分散液，其固含量為30% -70%。
5.如權(quán)利要求4所述的水性聚氨酯乳化浙青混凝土，其特征在于，制備所述乳化浙青包括如下步驟: 1)將水、乳化劑混合，并在55-65°C下攪拌，充分溶解為均一乳液； 2)將浙青加熱至120-160°C； 3)將加熱后的浙青倒入所述均一乳液中進(jìn)行乳化，乳化時(shí)間為2~5min； 其中，所述浙青:水:乳化劑的重量比為40-80:25-60:1-3。
6.如權(quán)利要求5所述的水性聚氨酯乳化浙青混凝土，其特征在于，所述乳化劑為陰離子乳化劑、陽(yáng)離子乳化劑或非離子乳化劑中的一種或多種。
7.如權(quán)利要求6所述的水性聚氨酯乳化浙青混凝土，其特征在于，所述乳化劑為陰離子乳化劑時(shí)，步驟I)還包括利用氫氧化鈉緩沖液將所述均一乳液的PH值控制在.11.5-12.5 ;所述乳化劑為陽(yáng)離子乳化劑時(shí)，步驟I)還包括利用鹽酸緩沖液將所述均一乳液的PH值控制在2-3。
8.一種制備如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的水性聚氨酯乳化浙青混凝土的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)將水性聚氨酯乳液和乳化浙青混合，攪拌均勻，得到水性聚氨酯改性乳化浙青，備用； 2)向礦料中加入水性聚氨酯改性乳化浙青，攪拌均勻，養(yǎng)護(hù)，即得； 其中，步驟I)所述攪拌時(shí)間為2-10min ； 其中，步驟2)中所述攪拌時(shí)間為60-300S。
9.一種制備如權(quán)利要求1-7任一所述的水性聚氨酯乳化浙青混凝土的方法，其特征在于，將礦料、乳化浙青、水性聚氨酯乳液，攪拌均勻，養(yǎng)護(hù)，即得； 其中，所述攪拌時(shí)間為30-300S。
10.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的水性聚氨酯乳化浙青混凝土用于浙青混凝土鋪裝材料、浙青路面修補(bǔ)材料、養(yǎng)護(hù)的稀衆(zhòng)封層、微表處和高速鐵路浙青砂衆(zhòng)的制備。
【文檔編號(hào)】C04B26/26GK104176985SQ201410391877
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】曹東偉, 張艷君, 李盈富, 張海燕, 賈曉鵬 申請(qǐng)人:交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所