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】本發明公開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，養護；或者將礦料、乳化瀝青、水性聚氨酯乳液，攪拌均勻，養護。制得的水性聚氨酯乳化瀝青混凝土不僅具有傳統冷拌瀝青混凝土的優點，而且具有優良的力學性能和穩定性，路用性能優異，大大延長了路面使用壽命，養護時間短，1-3天即可開放交通，可以用于瀝青混凝土鋪裝材料、瀝青路面修補材料、養護的稀漿封層、微表處和高速鐵路瀝青砂漿的制備。
【專利說明】一種水性聚氨酯乳化瀝青混凝土及其制備方法和用途
【技術領域】
[0001]本發明屬于道路工程領域，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】
[0002]傳統的冷拌浙青混合料能在一定程度上實現常溫拌合施工，降低能源消耗，但是冷拌浙青混合料路用性能較差，無法滿足現代路面對浙青材料的要求，只能應用于低質量的路面鋪設或小范圍的修補。
[0003]水性聚氨酯乳液是指以水作為分散介質，體系中不含或含很少量有機溶劑的聚氨酯，繼承了溶劑型聚氨酯耐低溫、耐磨性好、粘附力強等優異性能，同時還具有無污染、安全可靠、相容性好、易于改性等優點，已逐步取代溶劑型聚氨酯，廣泛應用于涂料、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公開了一種水性聚氨酯環氧樹脂改性乳化浙青，是由異氰酸酯經多元醇擴鏈后與環氧氯丙烷或環氧樹脂反應形成了聚氨酯環氧樹脂，輔以聚醚多元醇乳化劑、助劑和水，形成水性聚氨酯環氧樹脂，對乳化浙青進行改性，并采用改性脂肪胺環氧樹脂固化劑進行固化而成，合成過程繁復，影響因素較多，均一性難以保證；同時水性聚氨酯的含量過低，對強度的貢獻不足，專利中也沒有對該材料的應用性能進行評價。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對上述現有技術中存在的問題，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定性較好，與集料混合后，通過水性聚氨酯的自交聯固化作用形成具有空間網狀結構的高性能復合材料體系，起到增強、抗滲和抗化學品作用，可在常溫條件下蒸發固化，不產生龜裂。
[0006]為實現上述目的，本發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巖。
[0008]特別是，所述礦料由粗集料和細集料和填料組成，所述粗集料、細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行乳化，乳化時間為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，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 ;所述乳化劑為陽離子乳化劑時，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，養護，即得；
[0023]其中，步驟I)所述攪拌時間為2-1Omiη ；
[0024]其中，步驟2)中所述攪拌時間為60-300S。
[0025]本發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，養護，即得；
[0026]其中，所述攪拌時間為30-300S。
[0027]本發明所述的水性聚氨酯乳化浙青混凝土可以應用于浙青混凝土鋪裝材料、浙青路面修補材料、養護的稀漿封層、微表處和高速鐵路浙青砂漿的制備。
[0028]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
[0029]1、本發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、粘接力強等優異性能，同時還具有無污染、安全可靠、相容性好、易于改性等優點，以水性聚氨酯制備水性聚氨酯乳液，工藝簡單，不含有機溶劑，與乳化浙青相容性及穩定性良好；
[0030]2、本發明通過水性聚氨酯的自交聯固化作用形成具有空間網狀結構的高性能復合材料體系，在常溫環境下即可蒸發固化，不產生龜裂，無需額外配置和添加固化劑；
[0031]3、本發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，既可應用于浙青路面的攤鋪或修補，也可應用于冷拌料、稀漿封層、微表處等，生產和施工中操作簡單，應用廣泛，不受運輸，修補分散等條件的限制，相對于傳統的熱拌熱鋪混合料的熱態技術，降低了能源消耗和浙青加熱過程中有毒有害氣體的排放，實現了節能減排。
[0032]4、本發明所制備的水性聚氨酯乳化浙青混凝土，是一種新型路面環保材料，不僅具有傳統冷拌浙青混凝土的優點，而且具有優良的力學性能和穩定性，路用性能優異，大大延長了路面使用壽命，養護時間短，1-3天即可開放交通。
【具體實施方式】
[0033]下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點將會隨著描述而更為清楚。但這些實施例僅是范例性的，并不對本發明的范圍構成任何限制。本領域技術人員應該理解的是，在不偏離本發明的精神和范圍下可以對本發明技術方案的細節和形式進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發明的保護范圍內。
[0034]實施例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行乳化，乳化時間為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攪拌5分鐘，制得均一、無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，養護，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、細集料和填料組成，所述粗集料、細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行乳化，乳化時間為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攪拌10分鐘，制得均一、無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，養護，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、細集料和填料組成，所述粗集料、細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型水性聚氨酯乳液，其固含量為70%。
[0058]實施例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行乳化，乳化時間為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攪拌2分鐘，制得均一、無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，養護，即得水性聚氨酯乳化浙青混凝土。
[0068]其中，所述礦料為石灰巖；所述礦料由粗集料、細集料和填料組成，所述粗集料、細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行乳化，乳化時間為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，養護，即得；
[0079]其中，所述礦料為石灰巖；所述集料由粗集料、細集料和填料組成，所述粗集料、細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行乳化，乳化時間為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，養護，即得；
[0088]其中，所述礦料為石灰巖；所述集料由粗集料、細集料和填料組成，所述粗集料、細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型水性聚氨酯乳液，其固含量為60%。
[0090]對照例I
[0091]按照實施例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，養護，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、細集料和填料組成，所述粗集料、細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、細集料和填料組成，所述粗集料、細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]試驗例I
[0097]將實施例1-5制備的水性聚氨酯乳化浙青混凝土和對照例I和2制備的乳化浙青混凝土按照規范《公路工程浙青及浙青混合料試驗規程(JTJE20-2011)》成型試件、養護和進行馬歇爾性能測試。測試結果如表1所示。
[0098]表1馬歇爾性能測試結果
[0099]
【權利要求】
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巖。
3.如權利要求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集料和填料組成，所述粗集料、細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行乳化，乳化時間為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、陽離子乳化劑或非離子乳化劑中的一種或多種。
7.如權利要求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，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 ;所述乳化劑為陽離子乳化劑時，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。
8.一種制備如權利要求1-7任一項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，養護，即得； 其中，步驟I)所述攪拌時間為2-10min ； 其中，步驟2)中所述攪拌時間為60-300S。
9.一種制備如權利要求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，養護，即得； 其中，所述攪拌時間為30-300S。
10.權利要求1-7任一項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、浙青路面修補材料、養護的稀衆封層、微表處和高速鐵路浙青砂衆的制備。
【文檔編號】C04B26/26GK104176985SQ201410391877
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月11日 優先權日:2014年8月11日
【發明者】曹東偉, 張艷君, 李盈富, 張海燕, 賈曉鵬 申請人:交通運輸部公路科學研究所