本發(fā)明涉及一種排水瀝青混合料，具體涉及一種熱固性聚氨酯改性排水瀝青混合料的制備方法和應(yīng)用，屬于道路鋪面技術(shù)。

背景技術(shù)：

1、排水瀝青路面具有防水漂、抑制水霧、抗滑和降噪等功能，在公路和城市道路中的應(yīng)用越來越多。排水瀝青路面是由多孔瀝青混合料鋪筑而成，空隙率在18%~25%之間，強(qiáng)度主要來源于石石的嵌擠作用和瀝青膠結(jié)料對(duì)集料的粘附作用，使得瀝青混合料內(nèi)部與空氣、陽(yáng)光、水的接觸時(shí)間更長(zhǎng)、接觸面更大，易造成瀝青膠結(jié)料老化，使路面產(chǎn)生剝落、飛散和車轍等病害。

2、排水瀝青混合料屬于開級(jí)配骨架型結(jié)構(gòu)，空隙率大，其路用性能受瀝青性能以及級(jí)配影響很大?，F(xiàn)有技術(shù)中的排水瀝青混合料主要使用高黏高彈改性瀝青、sbs改性瀝青等熱塑性改性瀝青，這些材料雖然可在一定程度上改善排水瀝青混合料的性能，但是作為熱塑性材料，仍然無法從本質(zhì)上解決瀝青材料的溫度穩(wěn)定性問題，其次在道路交叉口、長(zhǎng)大縱坡和公共汽車?？奎c(diǎn)等特殊路段依然存在著耐久性差、抗疲勞性能和耐老化性能有限等問題?，F(xiàn)有技術(shù)多使用開級(jí)配抗滑表層（ogfc）混合料設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)結(jié)果具有較高的抗滑能力和一定的降噪性能，但在使用過程中仍存在透水、降噪功能衰減和耐久性等問題。因此，有必要開發(fā)強(qiáng)度高、水穩(wěn)定性好、高溫穩(wěn)定性優(yōu)異的新型排水瀝青路面鋪裝膠結(jié)材料，提出新型多孔瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)方法，使混合料形成嵌擠穩(wěn)定的礦料骨架結(jié)構(gòu)和理想空隙率，有效保障大孔隙瀝青混合料性能和結(jié)構(gòu)排水需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種熱固性聚氨酯改性排水瀝青混合料的制備方法，該采用分批次進(jìn)料的方式，通過嚴(yán)格控制各批次物料的反應(yīng)條件，從而調(diào)控混合料的整體力學(xué)性能，保證所得產(chǎn)品最終以三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在，且其中的聚氨酯形成連續(xù)相，基質(zhì)瀝青形成分散相，從本質(zhì)上解決瀝青材料的溫度穩(wěn)定性問題，實(shí)現(xiàn)了改性瀝青的抗疲勞性能和耐老化性能的提升。

2、本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種熱固性聚氨酯改性排水瀝青混合料的應(yīng)用，用于制備排水路面?；谏鲜龈男詾r青混合料優(yōu)異的力學(xué)性能，對(duì)排水路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行重設(shè)計(jì)，采用雙層結(jié)構(gòu)有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中阻塞對(duì)空隙功能性的影響，上層起到阻止外部雜物進(jìn)入下層結(jié)構(gòu)的作用，而下層主要起到將路表水或雨水快速排出路面范圍的作用，從而保證上、下層空隙之間的連通性、提高路面內(nèi)部有效空隙比重，即可發(fā)揮抗阻塞性能的同時(shí)，又可以最大化其排水性能。

3、為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種熱固性聚氨酯改性排水瀝青混合料的應(yīng)用，用于制備排水路面；所述排水路面的結(jié)構(gòu)依次為：3~5cm熱固性聚氨酯改性瀝青排水混合料上層，4~8cm下層熱固性聚氨酯改性瀝青排水混合料下層，2mm防水粘層，6~8mm瀝青混凝土，20~40cm水泥穩(wěn)定碎石基層和15~25cm水泥穩(wěn)定碎石底基層；

4、所述排水瀝青混合料包括以下質(zhì)量份數(shù)的原料：4~8質(zhì)量份數(shù)的熱固性聚氨酯改性瀝青，92~96質(zhì)量份數(shù)的礦料；

5、所述熱固性聚氨酯改性瀝青由40~60質(zhì)量份數(shù)基質(zhì)瀝青、40~60質(zhì)量份數(shù)聚氨酯預(yù)聚體和10~20質(zhì)量份數(shù)擴(kuò)鏈劑反應(yīng)而得；所述聚氨酯預(yù)聚體為聚醚型預(yù)聚體，其活性基團(tuán)nco含量為11~13%。

6、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，首先利用聚氨酯預(yù)聚體中的異氰酸酯基與瀝青中的羥基、羧基反應(yīng)，產(chǎn)生氨基甲酸酯基團(tuán)，然后進(jìn)一步交聯(lián)后生成聚脲鍵合結(jié)構(gòu)，從而使體系具有較好的溫度穩(wěn)定性和強(qiáng)度，同時(shí)體系中熱塑性瀝青能改善熱固性聚氨酯的韌性和抗疲勞特性，能夠滿足大孔隙排水路面的使用需求。

7、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述瀝青混合料的原料中還包括0~1質(zhì)量份數(shù)的促凝劑。

8、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述礦料為玄武巖和石灰?guī)r集料中的至少一種。

9、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述擴(kuò)鏈劑為脂肪族二醇和芳香族二醇中的至少一種。

10、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述促凝劑為叔胺類催化劑。

11、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述瀝青混合料的25℃下斷裂伸長(zhǎng)率250~400%，拉伸強(qiáng)度0.85~3.5mpa，布氏黏度1000~2750mpa.s。

12、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述礦料的級(jí)配設(shè)計(jì)采用集料嵌擠優(yōu)化理論，分別對(duì)排水路面的上層和下層進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

13、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述排水路面的上層最大粒徑為9.5mm，下層最大粒徑為26.5mm。

14、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述排水路面上層的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程為：

15、s1-1、控制粗集料比例p依次為0、40%和100%，開展旋轉(zhuǎn)壓實(shí)實(shí)驗(yàn)，計(jì)算集料孔隙比e，再聯(lián)立p=0%，p=40%兩點(diǎn)的粗集料比例和空隙率，確定方程1，所述方程1為：；

16、s1-2、將p=100%時(shí)所測(cè)得孔隙比e結(jié)合方程2計(jì)算得到方程2為0時(shí)所對(duì)應(yīng)的粗集料比例px，所述方程2為：；

17、s1-3、將s1-2計(jì)算所得px代入方程1中計(jì)算得到，再將代入方程2，計(jì)算得到pt，取粗集料比例為pt±3%兩點(diǎn)，通過兩次旋轉(zhuǎn)壓實(shí)，進(jìn)行敏感性分析，若滿足要求則確定粗集料比例為pt，若不滿足要求則調(diào)整集料重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

18、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述排水路面下層的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程為：

19、s2-1、以0~3mm集料，5~10mm集料和20~30mm集料為集料設(shè)計(jì)原料，按照s1-1~s1-3步驟進(jìn)行粗集料5~10mm與細(xì)集料0~3mm的礦料優(yōu)化，確定粗細(xì)集料比例；

20、s2-2、將集料5~10mm與細(xì)集料0~3mm的礦料混合后作為二元礦料中的細(xì)集料，與20~30mm集料按照s1-1~s1-3步驟進(jìn)行優(yōu)化，確定各級(jí)集料比例。

21、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述排水路面的最佳瀝青用量的確定過程為：雙面擊實(shí)50次成型馬歇爾試件，室溫下養(yǎng)生4~6d，采用空隙率、馬歇爾穩(wěn)定度、飛散損失率和肯特堡飛散損失作為關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，確定大孔隙聚氨酯改性瀝青混合料的聚氨酯改性瀝青最佳聚氨酯用量；

22、其中，排水路面上層聚氨酯改性瀝青混合料應(yīng)滿足：空隙率介于16%~20%，馬歇爾穩(wěn)定度≥10.0kn，飛散損失率＜0.25%，肯特堡飛散損失＜18%；

23、其中，排水路面下層聚氨酯改性瀝青混合料應(yīng)滿足：空隙率介于20%~28%，馬歇爾穩(wěn)定度≥10.0kn，飛散損失率＜0.3%，肯特堡飛散損失＜20%。

24、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述排水路面的制備過程為：將基層和防水層鋪設(shè)完成后按照下層優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果將下層路面攤鋪完成后，灑布1~3l/m2養(yǎng)生劑，然后立即按照上層優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果將上層路面攤鋪完畢，并灑布1~2l/m2養(yǎng)生劑，即得。

25、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述養(yǎng)生劑為三亞乙烯二胺、丙二醇和一縮二乙二醇的混合水溶液。

26、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述排水路面的制備過程按照《排水瀝青路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（jtg/t?3350-03-2020）和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（jtg?f40-2004）執(zhí)行。

27、本發(fā)明還提供了一種熱固性聚氨酯改性排水瀝青混合料的制備方法，其過程為：將基質(zhì)瀝青加熱攪拌后加入聚氨酯預(yù)聚體進(jìn)行接枝反應(yīng)，再加入擴(kuò)鏈劑攪拌反應(yīng)，得熱固性聚氨酯改性排水瀝青，然后依次加入礦料和剩余原料拌合均勻，即得。

28、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述基質(zhì)瀝青加熱攪拌的條件為：于140~150℃下，剪切攪拌15~30min。

29、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述接枝反應(yīng)的條件為：于140~150℃下，剪切攪拌15~30min。

30、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述擴(kuò)鏈劑攪拌反應(yīng)的條件為：于140~150℃下，剪切攪拌5~10min。

31、本發(fā)明還提供了所述排水路面的具體制備過程：

32、1）按照《排水瀝青路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（jtg/t?3350-03-2020）和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（jtg?f40-2004）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行施工。

33、2）基質(zhì)瀝青的加熱溫度為140~150℃，聚氨酯預(yù)聚體的加熱溫度為60~70℃，擴(kuò)鏈劑室溫，將上述材料按照規(guī)定比例，攪拌共混3~5min。

34、3）采用間歇式瀝青混合料拌和機(jī)，按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（jtg?f40-2004）中的規(guī)定進(jìn)行排水路面下層聚氨酯改性瀝青混合料生產(chǎn)和施工，聚氨酯改性瀝青混合料拌和溫度為140~150℃，采用自卸汽車進(jìn)行聚氨酯改性瀝青混合料運(yùn)輸，采用攤鋪機(jī)進(jìn)行聚氨酯改性瀝青混合料攤鋪。

35、4）下層施工完成后，待下面層溫度降至室溫，灑布1~3l/m2的養(yǎng)生劑后。所述養(yǎng)生劑為三亞乙烯二胺與丙二醇、一縮二乙二醇的混合水溶液，該養(yǎng)生劑灑布后，高活性的叔胺催化劑會(huì)促進(jìn)異氰酸酯與多元醇之間的反應(yīng)，同時(shí)促進(jìn)上下兩層聚氨酯改性瀝青混合料的固化反應(yīng)，使兩層較好的聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體，解決常規(guī)雙層排水路面層間穩(wěn)定下差，普通粘層材料減少兩層間的聯(lián)通空隙率等問題。

36、5）灑布養(yǎng)生劑后立即進(jìn)行上層排水混合料的施工，上層排水混合料的施工方法與下層相同，施工完成后噴灑灑布1~2l/m2的養(yǎng)生劑。

37、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案的有益技術(shù)效果為：

38、1）本發(fā)明所體統(tǒng)的制備方法中，采用分批次進(jìn)料的方式，通過嚴(yán)格控制各批次物料的反應(yīng)條件，從而調(diào)控混合料的整體力學(xué)性能，保證所得產(chǎn)品最終以三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在，且其中的聚氨酯形成連續(xù)相，基質(zhì)瀝青形成分散相，從本質(zhì)上解決瀝青材料的溫度穩(wěn)定性問題，實(shí)現(xiàn)了改性瀝青的抗疲勞性能和耐老化性能的提升。

39、2）本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，改性排水瀝青混合料基于各組分之間的協(xié)同作用，經(jīng)膠結(jié)固化等反應(yīng)生成聚脲鍵合結(jié)構(gòu)，賦予體系優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性和強(qiáng)度的同時(shí)還能有效改善體系的韌性和抗疲勞特性，從而滿足大孔隙排水路面的性能要求。

40、3）本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，基于上述改性瀝青混合料優(yōu)異的力學(xué)性能，對(duì)排水路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行重設(shè)計(jì)，采用雙層結(jié)構(gòu)有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中阻塞對(duì)空隙功能性的影響，上層起到阻止外部雜物進(jìn)入下層結(jié)構(gòu)的作用，而下層主要起到將路表水或雨水快速排出路面范圍的作用，從而保證上、下層空隙之間的連通性、提高路面內(nèi)部有效空隙比重，在發(fā)揮抗阻塞性能的同時(shí)，又可以最大化其排水性能。

41、4）本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，采用集料嵌擠優(yōu)化設(shè)計(jì)理論進(jìn)行大孔隙排水混合料礦料組成設(shè)計(jì)，集料形成嵌擠結(jié)構(gòu)，從而大幅改性瀝青混合料的模量和抗疲勞特性，進(jìn)一步的，針對(duì)熱固性聚氨酯改性瀝青混合料固化反應(yīng)機(jī)理，本發(fā)明采用速凝劑灑布施工，在加快聚氨酯改性瀝青混合料強(qiáng)度形成，減少路面養(yǎng)生時(shí)間的同時(shí)，還可將上下排水層緊密的聯(lián)結(jié)成整體。