CN116217128B - 一种聚合物路面材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚合物路面材料及其制备方法。按重量份数计，所述聚合物路面材料包括以下原料组分：8~17份聚脲，0~3份环氧树脂，0.3~1.2份芳烃油，0.3~0.8份PVA纤维，0.5~1.0份橡胶颗粒，0~1.5份稀释剂，60~80份骨料。所述聚合物路面材料还包括如下原料组分：0~17份水泥，3~5份洁净水，0.1~0.5份减水剂，0.1~0.5份消泡剂。本发明制备的聚合物路面材料具有良好的抗裂能力、高韧性、高弹性，能够有效改善混凝土存在韧性差、易开裂、粘结强度低、耐久性差等问题。

Description

一种聚合物路面材料及其制备方法

技术领域

本发明属于公路工程功能型路面材料制备技术领域，尤其涉及一种聚合物路面材料及其制备方法。

背景技术

在我国公路行业高速发展的过程中，以水泥为胶结料的水泥混凝土和以沥青为胶结料的沥青混凝土渐渐成为路面材料的主要形式。其中，水泥混凝土具有强度高、承载能力强、耐高温、成本低等优点，但水泥基胶凝材料硬化后存在刚度大、韧性差、粘结强度低等缺点从而导致水泥基材料的抗拉强度较低，在有约束时易产生裂缝；沥青混凝土具有强度高、无接缝、噪声小、修复快等优点，但沥青混凝土的温度敏感性强、易老化、耐候性及耐水性差。相比之下，以高分子聚合物为胶结料的混凝土具有很多优异的力学性质和路用性能。高分子聚合物利用聚合反应将小分子单体以化学键的连接方式相互交联形成立体网状结构，且聚合物的分子链段之间可以发生松弛，允许产生一定的变形，具备较好的韧性和黏弹性。因此，通过合理地筛选原材料种类将聚合物乳液作为胶结料与砂石拌和，得到的聚合物混凝土韧性和粘结性得到大幅增强，具有高弹性、高韧性及良好的抗裂能力，同时抗渗性和流动性也得到一定的改善，常温下可施工，产品结构、形态及其性能得到优化。在此基础上，改善或者解决水泥混凝土和沥青混凝土耐久性和变形能力的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种高韧性、高弹性聚合物路面材料及其制备方法。本发明提供的聚合物路面材料具有优异的韧性、弹性、抗裂性、耐久性等性能。

本发明提供的这种聚合物路面材料，按重量份数计，所述聚合物路面材料包括以下原料组分：8~17份聚脲，0~3份环氧树脂，0.3~1.2份芳烃油，0.3~0.8份聚乙烯醇（PVA）纤维，0.5~1.0份橡胶颗粒，0~1.5份稀释剂，60~80份骨料。

优选的，所述聚脲为双组分手工聚脲，由A组分和B组分组成，所述A组分与B组分的质量比为1:1；所述A组分的主要成分为二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI），所述B组分的主要成分为端氨基聚醚及延迟型二胺扩链剂；所述聚脲的断裂伸长率不低于300%，拉伸强度不低于10MPa，附着力不低于2.5MPa，密度为1.08 g/cm³，表干时间低于2h。

本发明中，所述芳烃油为含量高、低挥发、抗老化、增韧环保型芳烃油，其主要成分为苯、甲苯以及二甲苯。

优选的，所述稀释剂为乙酸乙酯。

优选的，所述橡胶颗粒的粒径为0.3~2mm。

优选的，所述骨料为天然河砂、机制砂中的至少一种。

所述聚合物路面材料按重量份数计还包括以下原料组分：0~17份水泥；3~5份洁净水；0.1~0.5份减水剂；0.1~0.5份消泡剂。

优选的，所述水泥为普通硅酸盐水泥。

优选的，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。

优选的，所述消泡剂为有机硅消泡剂。

本发明提供的这种聚合物路面材料的制备方法，包括如下步骤：

1）按所述聚合物路面材料原料组分配方配取各原料；

2）将聚脲的A组分与B组分充分搅拌，制成聚脲乳液；

3）将芳烃油加入聚脲乳液中，继续搅拌，制成聚合物乳液；

4）将环氧树脂、稀释剂与聚合物乳液混合搅拌，制成聚合物改性胶凝材料；

5）将骨料、聚乙烯醇纤维和橡胶颗粒烘干至无水状态，再混合搅拌均匀，得到骨料混合物;

6）将步骤4）制得的聚合物改性胶凝材料和步骤5）制得的骨料混合物混合，充分搅拌，得到所述聚合物路面材料。

所述聚合物路面材料的制备方法，或包括如下步骤：

S1. 按所述聚合物路面材料原料组分配方配取各原料；

S2.将聚脲的A组分与B组分混合，充分搅拌，制成聚脲乳液；

S3.将芳烃油、稀释剂、环氧树脂添加到所述聚脲乳液中，混合制成聚合物乳液；

S4.将减水剂添加至水中混合，充分搅拌制成水溶液；

S5.将所述水溶液添加到水泥中混合，制成水泥净浆；

S6.将S5步骤的水泥净浆与S3步骤的聚合物乳液混合，充分搅拌，得到聚合物改性水泥基胶凝材料；

S7.向S6步骤的聚合物改性水泥基胶凝材料中加入骨料、橡胶颗粒和聚乙烯醇纤维，充分搅拌，在搅拌结束前加入消泡剂，得到所述聚合物路面材料。

本发明的有益效果：

本发明制备的聚合物路面材料具有良好的抗裂能力、高韧性、高弹性，能够有效改善混凝土存在韧性差、易开裂、粘结强度低、耐久性差等问题。其中，聚合物混凝土强度来源于骨料嵌挤作用、纤维增韧作用、聚合物乳液固化作用。聚合物乳液在固化过程中形成连续薄膜，形成伸缩缝，使得复合基体具有较强的变形能力，复合基体从脆性向柔性过渡。本发明制得的聚合物路面材料以聚脲为胶结料主体，加入环氧树脂改善聚脲乳液和骨料之间的粘结效果；加入芳烃油增强环氧树脂与聚脲之间的相容性，增韧以及提高抗老化性能；加入乙酸乙酯降低聚合物乳液的黏度，有利于混合和分散；加入橡胶颗粒进行物理增韧；加入聚乙烯醇纤维形成桥接有利于应力传递，使得连续薄膜能够充分变形，从而提高材料的综合性能。

附图说明

图1为实施例1~4制得的聚合物路面材料以及对比例制得的水泥基胶凝材料的应力-应变特征曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，以下实施例是以单一粒径2.36~4.75mm的骨料制备成多孔路面材料进行说明，包括单一粒径骨料，但不限于单一粒径骨料。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下实施例中，所用环氧树脂为凤凰牌E51环氧树脂。

以下实施例中，所用聚脲的牌号为威尔地坪，购买于深圳威尔地坪材料有限公司。聚脲乳液根据公司提供的威尔地坪的使用方法合成。聚脲的断裂伸长率不低于300%，拉伸强度不低于10MPa，附着力不低于2.5MPa，密度为1.08 g/cm³，表干时间低于2h。

以下实施例中，所用聚乙烯醇纤维通过商业途径购买得到。

以下实施例中，所用骨料为玄武岩机制砂。

以下实施例中，所用水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥。

实施例一

本实施例提供的聚合物路面材料，包括如下重量份数的原料组分：

16.7份聚脲，2.0份环氧树脂，0.3份芳烃油，0.8份橡胶颗粒，80份骨料，0.5份PVA纤维。

具体制备过程为：1）按各组分配比配取原料；2）按质量比1:1将聚脲A组分加入到聚脲B组分中，将搅拌器转速从0r/min缓慢升至600r/min搅拌45s~60s，制成均匀的聚脲乳液；3）将芳烃油、乙酸乙酯、环氧树脂依次加入到聚脲乳液中，将搅拌器转速从0r/min缓慢升至1000r/min搅拌60~90s，制成均匀的聚合物乳液；4）将烘干至无水状态的骨料、PVA纤维、橡胶颗粒放置在行星式搅拌机中，搅拌45~60s，制成均匀的骨料混合物；5）向骨料混合物中加入聚合物乳液，搅拌，搅拌速度不高于120r/min，搅拌90~120s，得到高弹性、高韧性的聚合物路面材料。

实施例二

本实施例提供的聚合物路面材料，包括如下重量份数的原料组分：

15.7份聚脲；2.0份环氧树脂；0.3份芳烃油；1.0份乙酸乙酯；0.8份橡胶颗粒；80份骨料；0.5份PVA纤维。

具体制备过程为：1）按各组分配比配取原料；2）按质量比1:1将聚脲A组分加入到聚脲B组分中，将搅拌器转速从0r/min缓慢升至600 r/min搅拌45~60 s，制成均匀的聚脲乳液；3）将芳烃油、乙酸乙酯、环氧树脂依次添加到聚脲乳液中，将搅拌器转速从0r/min缓慢升至1000r/min搅拌60~90s，制成均匀的聚合物乳液；4）将烘干至无水状态的骨料、PVA纤维、橡胶颗粒放置在行星式搅拌机中，搅拌45~60s，制成均匀的骨料混合物；5）向骨料混合物中加入聚合物乳液，搅拌，搅拌速度不高于120r/min，搅拌90~120s，得到高弹性、高韧性的聚合物路面材料。

实施例三

本实施例提供的聚合物路面材料，包括如下重量份数的原料组分：

12.3份聚脲；1.4份环氧树脂；0.3份芳烃油；0.6份乙酸乙酯；0.5份橡胶颗粒；85份骨料；0.5份PVA纤维。

具体制备过程为：1）按各组分配比配取原料；2）按质量比1:1将聚脲A组分加入到聚脲B组分中，将搅拌器转速从0r/min缓慢升至600r/min搅拌45s~60s，制成均匀的聚脲乳液；3）将芳烃油、乙酸乙酯、环氧树脂依次加入到聚脲乳液中，将搅拌器转速从0r/min缓慢升至1000r/min搅拌60~90s，制成均匀的聚合物乳液；4）将烘干至无水状态的骨料、PVA纤维、橡胶颗粒放置在行星式搅拌机中，搅拌45s~60s，制成均匀的骨料混合物；5）向骨料混合物中加入聚合物乳液，搅拌，搅拌速度不高于120r/min，搅拌90~120s，得到高弹性、高韧性的聚合物路面材料。

实施例四

本实施例提供的聚合物路面材料，包括如下重量份数的原料组分：

8.2份水泥；8.2份聚脲；0.3份环氧树脂；0.6份芳烃油；0.5份乙酸乙酯；0.5份橡胶颗粒；3份洁净水；0.1份聚羧酸减水剂；0.1份有机硅消泡剂；80份骨料；0.5份PVA纤维。

具体制备过程为：1）按各组分配比配取各原料；2）按质量比1:1将聚脲A组分加入到聚脲B组分中，将搅拌器转速从0r/min缓慢升至600r/min搅拌45s~60s，制成均匀的聚脲乳液；3）将芳烃油、乙酸乙酯、环氧树脂依次加入到聚脲乳液中，将搅拌器转速从0r/min缓慢升至1000r/min搅拌60~90s，制成均匀的聚合物乳液；4）将聚羧酸减水剂添加至水中，手动搅拌溶液至发泡充分的状态，制成水溶液；5）将称量好的水泥放置在行星式搅拌机中，向搅拌机中加入水溶液搅拌45s~60s，制成均匀的水泥净浆；6）将聚合物乳液加入到水泥净浆中，利用行星式搅拌机搅拌90~150s，得到聚合物改性水泥基胶凝材料；7）向聚合物改性水泥基胶凝材料中加入骨料、橡胶颗粒和PVA纤维，搅拌，搅拌速度不高于120r/min，搅拌90~120s，在搅拌结束前加入有机硅消泡剂，得到所述聚合物路面材料。将所述材料在标准养护条件下，养护28d。

对比例：本对比例提供的水泥基胶凝材料，包括如下重量份数的原料组分：

15.3份水泥；4.5份洁净水；0.1份聚羧酸减水剂；0.1份有机硅消泡剂；80份骨料。

具体制备过程为：1）按各组分配比配取原料；2）将聚羧酸减水剂添加至水中，手动搅拌溶液至发泡充分的状态，制得水溶液；3）将称量好的水泥放置在行星式搅拌机中，向搅拌机中加入水溶液搅拌45~60s，制成均匀的水泥净浆；4）向水泥净浆中加入骨料，搅拌，搅拌速度不高于120r/min，搅拌90~120s，搅拌结束前滴加有机硅消泡剂，得到所述水泥基胶凝材料。将所述材料在标准养护条件下，养护28d。

对实施例1~4的聚合物路面材料以及对比例1的水泥基胶凝材料进行性能测试，结果见表1所示。

表1 聚合物路面材料以及水泥基胶凝材料的性能测试结果

从表1实施例1-4制备的高韧性、高弹性聚合物路面材料的试验数据可知，抗压强度和弹性模量随着聚脲掺量的增加而增加，复合材料的承载能力得到提升，但稀释剂乙酸乙酯对力学性能有一定的削弱作用；实施例1的极限应变能密度达到4.20MPa，表明复合材料完全失去承载能力时所需的能量较高，弯拉峰值应变为23.5%，表明复合材料在承受荷载未破坏前能够发生较大的弯曲变形、具有优异的弯拉性能，抗开裂性能强。

聚脲乳液在固化过程中形成连续薄膜，形成伸缩缝，使得复合基体具有较强的变形能力，复合基体从脆性向柔性过渡。加入乙酸乙酯和芳烃油降低聚脲乳液的黏度，有利于混合、分散以及提高抗老化性能，加入橡胶颗粒进行物理增韧，加入聚乙烯醇纤维形成桥接，有利于应力传递，使得连续薄膜能够充分变形，从而提高材料的综合性能。

Claims (7)

1.一种聚合物路面材料，其特征在于，按重量份数计，所述聚合物路面材料包括以下原料组分：8~17份聚脲，0.3~2份环氧树脂，0.3~1.2份芳烃油，0.3~0.8份聚乙烯醇纤维，0.5~1.0份橡胶颗粒，0~1.5份稀释剂，60~80份骨料；所述聚脲为双组分手工聚脲，由A组分和B组分组成，所述A组分与B组分的质量比为1:1；所述A组分包括二苯基甲烷二异氰酸酯，所述B组分包括端氨基聚醚及延迟型二胺扩链剂；

所述聚脲的断裂伸长率不低于300%，拉伸强度不低于10MPa，附着力不低于2.5MPa，密度为1.08 g/cm³，表干时间低于2h；

所述稀释剂为乙酸乙酯。

2.根据权利要求1所述的聚合物路面材料，其特征在于，所述橡胶颗粒的粒径为0.3~2mm。

3.根据权利要求1所述的聚合物路面材料，其特征在于，所述骨料为天然河砂、机制砂中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的聚合物路面材料，其特征在于，所述聚合物路面材料按重量份计还包括以下原料组分：0~17份水泥；3~5份洁净水；0.1~0.5份减水剂；0.1~0.5份消泡剂。

5.根据权利要求4所述的聚合物路面材料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂；所述消泡剂为有机硅消泡剂。

6.一种根据权利要求1~3任一项所述聚合物路面材料的制备方法，包括如下步骤：

1）按所述配方配取各原料；

2）将聚脲的A组分与B组分充分搅拌，制成聚脲乳液；

3）将芳烃油加入聚脲乳液中，继续搅拌，制成聚合物乳液；

4）将环氧树脂、稀释剂与聚合物乳液混合搅拌，制成聚合物改性胶凝材料；

5）将骨料、聚乙烯醇纤维和橡胶颗粒烘干至无水状态，再混合搅拌均匀，得到骨料混合物;

6）将步骤4）制得的聚合物改性胶凝材料和步骤5）制得的骨料混合物混合，充分搅拌，得到所述聚合物路面材料。

7.一种根据权利要求4或5所述聚合物路面材料的制备方法，包括如下步骤：

S1. 按所述配方配取各原料；

S2.将聚脲的A组分与B组分混合，充分搅拌，制成聚脲乳液；

S3.将芳烃油、稀释剂、环氧树脂添加到所述聚脲乳液中，混合制成聚合物乳液；

S4.将减水剂添加至水中混合，充分搅拌制成水溶液；

S5.将所述水溶液添加到水泥中混合，制成水泥净浆；

S6.将S5步骤的水泥净浆与S3步骤的聚合物乳液混合，充分搅拌，得到聚合物改性水泥基胶凝材料；

S7.向S6步骤的聚合物改性水泥基胶凝材料中加入骨料、橡胶颗粒和聚乙烯醇纤维，充分搅拌，在搅拌结束前加入消泡剂，得到所述聚合物路面材料。