與瀝青混合料(Asphalt Mixtures)的定義類(lèi)似，聚氨酯混合料(Polyurethane Mixtures)是由一定級(jí)配的礦料與一定比例的路用聚氨酯膠結(jié)料在常溫下拌制而成型的混合料。其中，聚氨酯是主鏈上含有重復(fù)氨基甲酸酯基團(tuán)(-NHCOO-)的聚合物的總稱(chēng)，是由有機(jī)二異氰酸酯或多異氰酸酯與二羥基或多羥基化合物(多元醇)加聚而成。聚氨酯是一種“可設(shè)計(jì)”的介于塑料和橡膠之間的高分子彈性體材料，可以通過(guò)改變?cè)匣瘜W(xué)結(jié)構(gòu)、規(guī)格、品種等方式或調(diào)節(jié)配合比組合得到不同性質(zhì)的產(chǎn)品聚氨酯具有高彈性、耐化學(xué)腐蝕、耐光照射、耐磨耗、吸震性強(qiáng)、耐撕裂、軟硬度可按需定制等優(yōu)異性能，其中，水性聚氨酯還具有防水功能，且對(duì)磚石、砂漿、混凝土、金屬等都具有很強(qiáng)的黏附力，屬環(huán)保型高分子聚合物，是一種適用于鋪裝材料的新型膠結(jié)料。
1、聚氨酯硬質(zhì)混合料當(dāng)聚氨酯設(shè)計(jì)為硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料時(shí)，聚氨酯具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、與其他物質(zhì)黏結(jié)力強(qiáng)、耐老化性能好及可實(shí)現(xiàn)快速固化等特點(diǎn)，是一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料。這種聚氨酯混合料常用于高等級(jí)公路路面、機(jī)場(chǎng)水泥道面混凝土以及隧道鋪底等重要道路的快速修復(fù)。美國(guó)等國(guó)家自20世紀(jì)90年代以來(lái)開(kāi)始了以聚氨酯硬質(zhì)泡沫作為道面搶修材料的研究。
2、聚氨酯彈性混合料當(dāng)聚氨酯設(shè)計(jì)為聚氨酯彈性體時(shí)，聚氨酯混合料的彈性模量較低，僅為普通混凝土的10%，且具有一定的彈性變形能力，是一種特殊的聚氨酯混合料，稱(chēng)為聚氨酯彈性混合料。通過(guò)良好的彈性變形，聚氨酯彈性混合料可以在一定程度上耗散車(chē)輛荷載的豎向沖擊作用，具有普通混凝土材料沒(méi)有的抗沖擊能力。聚氨酯彈性混合料可以用于無(wú)縫伸縮縫，解決傳統(tǒng)伸縮縫易破壞、行車(chē)舒適性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高和維修困難等問(wèn)題，相比改性瀝青彈性混合料，彈性聚氨酯混合料性能更優(yōu)，且維護(hù)費(fèi)用低。
3、多孔聚氨酯混合料與公路瀝青施工技術(shù)規(guī)范(JTG40-2004)一致，當(dāng)聚氨酯混合料的設(shè)計(jì)空隙率大于18%時(shí)，聚氨酯混合料被稱(chēng)之為多孔聚氨酯混合料。自“海綿城市”概念被提出后，作為其關(guān)鍵技術(shù)手段的透水路面相關(guān)研究逐漸增強(qiáng)，傳統(tǒng)的透水路面仍為瀝青透水路面。隨著聚合物混凝土的發(fā)展，聚氨酯透水路面在近幾年逐漸被提出，如多孔聚氨酯混合料的相關(guān)研究，但其研究尚處于試驗(yàn)道階段，甚至多數(shù)處于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的研究階段。
4、聚氨酯橋面鋪裝材料聚氨酯混合料亦可作為具有全防水功能的橋面鋪裝材料。以北京建筑大學(xué)徐世法教授為代表的研究團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)聚氨酯混凝土橋面鋪裝材料，結(jié)果表明，新型聚氨酯混凝土路面鋪裝材料可達(dá)到全不透水要求，其溫度敏感性低，動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到
69750次/mm，最大彎拉應(yīng)變達(dá)到48762×10-6，2項(xiàng)性能均較目前最優(yōu)瀝青混合料性能提升近10倍;在抗疲勞性能方面，大微應(yīng)變(1200×10-6)條件下，新型聚氨酯混凝土韌性較好，疲勞壽命達(dá)到了168萬(wàn)次，是BID 瀝青混合料疲勞壽命的8倍左右;在水穩(wěn)定性能方面，新型聚合物混凝土經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)后剩余劈裂強(qiáng)度仍能達(dá)到0.8Mpa，完全滿(mǎn)足路面使用要求，可用于橋面鋪裝。但是，聚氨酯混凝土橋面鋪裝材料亦處于研發(fā)階段，尚未得到成功應(yīng)用。
5、聚氨酯混合料的服役性能與瀝青混合料相同，聚氨酯混合料的服役環(huán)境亦較為復(fù)雜，它不僅會(huì)受到以?xún)鋈凇⒏邷?、雨雪、酸雨、紫外老化為主的自然環(huán)境的影響，還會(huì)受到車(chē)輛疲勞荷載、輪胎摩擦、與基層'橋面板間的共同受力等外界作用的影響，甚至?xí)艿铰入x子(除冰鹽、海水)侵蝕作用的影響。聚氨酯混合料的服役性能試驗(yàn)一般在實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境下針對(duì)其路用性能進(jìn)行測(cè)試，其中路用性能主要包括抗水-熱老化性能、抗滑性能、抗永久變形性能、耐紫外老化性能及抗疲勞性能，還應(yīng)包括劈裂性能、抗?jié)B性能、單軸壓縮性能、馬歇爾穩(wěn)定度、彎曲性能、抗剪強(qiáng)度及抗氯離子滲透性能等。
針對(duì)聚氨酯混合料的服役性能，王火明等研究了聚氨酯碎石混合料的抗水-熱老化性能、抗滑性能、抗永久變形性能、耐紫外老化性能、抗腐蝕性能及抗疲勞性能?？顾?熱老化試驗(yàn)結(jié)果表明，水浸-高溫共同作用致使混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到不同程度的破壞，抵抗外荷載能力降低?？顾?熱老化性能與碎石巖性和特征有關(guān)，大理巖PPM的抗水浸-高溫性能優(yōu)于花崗巖?？够囼?yàn)結(jié)果表明，聚氨酯碎石混合料透水路面的抗滑性能偏低，有必要采取附加措施提高其抗滑性能?？褂谰米冃卧囼?yàn)結(jié)果表明，聚氨酯碎石混合料在最佳膠黏劑用量下具有良好的抗永久變形能力，車(chē)輛行駛后不會(huì)產(chǎn)生凹陷痕跡。耐紫外老化試驗(yàn)結(jié)果表明，光熱老化后因聚氨酯膠黏劑的老化降解會(huì)導(dǎo)致聚氨酯碎石混合料的物理力學(xué)性能下降，最直接的表現(xiàn)是膠黏劑顏色加深、黏結(jié)力下降?？垢g性試驗(yàn)結(jié)果表明，聚氨酯大空隙碎石混合料具有較好的抗酸雨腐蝕能力。抗疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明，聚氨酯碎石混合料具有較好的疲勞壽命。CHEN等的研究表明，與OGFC多孔路面相比，多孔聚氨酯混合料具有更優(yōu)異的抗堵塞和噪音吸收性能&聚氨酯用量和集料粒徑的增加將增強(qiáng)多孔聚氨酯混合料抗剝落能力。CHEN等還研究了聚氨酯混凝土面層的防冰和除冰性能，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的瀝青混凝土面層相比，聚氨酯混凝土面層具有更優(yōu)異的防冰和除冰性能，能增強(qiáng)冬季交通安全。
6、聚氨酯混合料發(fā)展前景前期大量的試驗(yàn)研究表明，聚氨酯混合料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐腐蝕性能、耐紫外老化性能以及耐磨耗性能等，還具有良好的抗堵塞、抗剝落和降噪性能等功能性。但是，因其配套施工技術(shù)的匱乏和相應(yīng)規(guī)范的缺失，聚氨酯混合料仍處于初始研發(fā)階段，部分研究已開(kāi)展了試驗(yàn)道的驗(yàn)證，但距離實(shí)際工程的應(yīng)用還有待于完善。此外，聚氨酯混合料應(yīng)具有較優(yōu)異的長(zhǎng)期服役性能，但當(dāng)前研究并未對(duì)聚氨酯混凝土的耐久性進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)，如尚未發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)作用下聚氨酯碎石混合料路用性能演化的相關(guān)報(bào)道，亦未發(fā)現(xiàn)各種服役環(huán)境下聚氨酯混凝土劈裂性能、抗?jié)B性能、單軸壓縮性能、馬歇爾穩(wěn)定度、彎曲性能、抗剪強(qiáng)度及抗氯離子滲透性能等方面的報(bào)道。因此，聚氨酯混合料的未來(lái)研究方向主要包括鋪裝材料的制備技術(shù)、長(zhǎng)期服役性能的評(píng)價(jià)與控制以及施工技術(shù)與規(guī)范，其主要應(yīng)用于透水路面(如海綿城市)、橋面鋪裝層，甚至還可以應(yīng)用于以聚氨酯混合料為載體的智能道路等新型道路。
|
