复合改性聚氨酯混凝土及其制备方法

1.本发明涉及道路工程材料技术领域，具体涉及一种复合改性聚氨酯混凝土及其制备方法。

背景技术：

2.沥青作为胶结料广泛应用于道路路面。沥青路面是属于柔性路面，具有噪声小、施工速度快、易修复、以及良好的路用性能等优点。而沥青由于自身材料性能具有一定的粘度和弹性，在使用过程中特别容易受到环境因素对沥青造成影响；并且在逐年增长的交通荷载和自然环境影响的作用下，特别容易使沥青路面在冬季由于温度骤降导致路面产生微裂缝，在夏季车辆荷载作用下出现车辙、推移、路面鼓包等问题，进而影响沥青路面的实际使用性能。
3.聚氨酯混凝土将普通混凝土与高分子聚合物材料聚氨酯掺和，使聚合物混凝土比普通混凝土在性能上得到极其明显的提高。但本技术发明人在实现本技术实施例中技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：聚氨酯混凝土的路用性能仍然差强人意，如其高温稳定性、低温抗抗裂性及抗疲劳性能尚有待改善。
4.公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

5.鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种复合改性聚氨酯混凝土及其制备方法，旨在改善聚氨酯混凝土高温稳定性、低温抗裂性及抗疲劳性能。
6.根据本公开的一个方面，提供一种复合改性聚氨酯混凝土，其由下列重量份的原料制成：矿料100份、聚氨酯4～8份、氧化石墨烯0.002～0.008份、橡胶粉0.3～1.8份、改善剂0.014～0.036份、稳定剂0.10～0.30份、偶联剂0.002～0.012份。
7.在本公开的一些实施例中，所述复合改性聚氨酯混凝土由下列重量份的原料制成：矿料100份、聚氨酯4～6份、氧化石墨烯0.004～0.006份、橡胶粉0.7～1.3份、改善剂0.018～0.032份、稳定剂0.15～0.25份、偶联剂0.004～0.008份。
8.在本公开的一些实施例中，所述复合改性聚氨酯混凝土由下列重量份的原料制成：矿料100份、聚氨酯5.8份、氧化石墨烯0.005份、橡胶粉1.2份、改善剂0.021份、稳定剂0.18份、偶联剂0.007份。
9.在本公开的一些实施例中，所述改善剂为nt cat fg1021（别名聚氨酯味精、非硅硅油、针孔消除剂等），其主要作用是提高和其它复合材料（如氧化石墨烯、橡胶粉等）的结合强度。
10.在本公开的一些实施例中，所述稳定剂为磷酸三甲酚酯，其主要作用是改善与聚氨酯的相容性。
11.在本公开的一些实施例中，所述偶联剂为3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷，其主
要作用是增加与矿料表面的附着力，提高强度。
12.在本公开的一些实施例中，所述聚氨酯为cr341a双组分聚氨酯胶结剂。
13.根据本公开的另一个方面，提供一种复合改性聚氨酯混凝土的制备方法，包括如下步骤：（1）改性剂制备：按照权利要求1中所述重量配比配置各原料；将氧化石墨烯、改善剂、偶联剂以1:4.1:1.3的比例混合均匀，得到氧化石墨烯改性剂，作用是提高与橡胶粉的相容性；将橡胶粉、改善剂、偶联剂以1:0.018:0.006的比例混合均匀，得到橡胶粉改性剂，作用是提高与聚氨酯的储存稳定性。；（2）复合改性聚氨酯制备：于20℃～30℃搅拌条件下，将稳定剂和步骤（1）中所得氧化石墨烯改性剂、橡胶粉改性剂加入到聚氨酯中，并搅拌均匀；再以高速剪切机对聚氨酯进行剪切处理，得到复合改性聚氨酯；（3）复合改性聚氨酯混凝土制备：将矿料置于20℃～30℃下和步骤（2）所得复合改性聚氨酯混合搅拌均匀，即成。
14.在本公开的一些实施例中，在所述步骤（1）中，制备氧化石墨烯改性剂时，先将偶联剂用乙醇进行稀释，再将氧化石墨烯和改善剂加入到该偶联剂的稀释液中，于20℃～30℃的条件下搅拌0.5～1h，再置于干燥箱中干燥除去乙醇，即得氧化石墨烯改性剂；制备橡胶粉改性剂时，先将偶联剂用乙醇进行稀释，再将橡胶粉和改善剂加入到该偶联剂的稀释液中，于20℃～30℃的条件下加热搅拌0.5～1h，再置于干燥箱中干燥除去乙醇，即得橡胶粉改性剂。
15.在本公开的一些实施例中，在所述步骤（2）中，先以1000～2000rpm低速剪切10～15min，再以4000～5000rpm高速剪切20～30min。
16.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：1. 采用氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯混凝土，有着比普通聚氨酯混凝土更好的高温稳定性、低温抗裂性及抗疲劳性能等；聚氨酯、氧化石墨烯和橡胶粉原材料无毒无害，混合料生产过程无污染；本发明制备工艺简单，操作方便。
17.2. 加入3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷，使氧化石墨烯、橡胶粉、非硅硅油、磷酸三甲酚酯与聚氨酯在混合时通过硅烷偶联剂的偶联作用在混合料内部联结形成网状联接结构，从而加强混合料的抗冲击性和稳定性；同时3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷可以提高混合料的疲劳性能；氧化石墨烯、橡胶粉配合作用能够显著提高混合料的高温性能和低温性能。
18.3. 基于聚氨酯、氧化石墨烯、橡胶粉的协同作用，在高温条件下，聚氨酯加速了与混合料的固化反应，与集料有较好的黏结力，同时加强了对集料的裹覆力，氧化石墨烯和橡胶粉的加入使混合料产生非常好的抵抗荷载变形的能力；低温时粘弹性能优良，氧化石墨烯和橡胶粉的加入使混合料的抗开裂性能更好。
具体实施方式
19.在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的原料、试剂，如无特别说明均为市售常规原料；所涉及的检测、测试、制备方法等，如无特别说明，均为常规方法。
20.为了更好的理解本技术技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
21.实施例1本例公开一种氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯混凝土，其由下列重量份的原料制成：矿料100份，聚氨酯5.0份，氧化石墨烯0.002份，橡胶粉0.3份，改善剂（nt cat fg1021）0.014份，稳定剂（磷酸三甲酚酯）0.10份，偶联剂（3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷）0.002份；本实施例所采用的矿料为ac-13型矿料，偶联剂为kh-560环氧基官能团硅烷。
22.实施例2本例公开一种氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯混凝土，由下列重量份的原料制成：矿料100份，聚氨酯5.5份，氧化石墨烯0.004份，橡胶粉0.9份，改善剂（nt cat fg1021）0.018份、稳定剂（磷酸三甲酚酯）0.15份、偶联剂（3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷）0.005份；本实施例所采用的矿料为ac-13型矿料，偶联剂为kh-560环氧基官能团硅烷。
23.实施例3本例公开一种氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯混凝土，其由下列重量份的原料制成：矿料100份，聚氨酯5.8份，氧化石墨烯0.005份，橡胶粉1.2份，改善剂（nt cat fg1021）0.021份、稳定剂（磷酸三甲酚酯）0.18份、偶联剂（3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷）0.007份；本实施例所采用的矿料为ac-13型矿料，偶联剂为kh-560环氧基官能团硅烷。
24.实施例4本例公开一种氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯混凝土，由下列重量份的原料制成：矿料100份，聚氨酯6.5份，氧化石墨烯0.007份，橡胶粉1.5份，改善剂（nt cat fg1021）0.030份、稳定剂（磷酸三甲酚酯）0.25份、偶联剂（3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷）0.010份；本实施例所采用的矿料为ac-13型矿料，偶联剂为kh-560环氧基官能团硅烷。
25.实施例5本例公开一种氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯混凝土，由下列重量份的原料制成：矿料100份，聚氨酯7.0份，氧化石墨烯0.008份，橡胶粉1.7份，改善剂（nt cat fg1021）0.036份、稳定剂（磷酸三甲酚酯）0.30份、偶联剂（3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷）0.012份；本实施例所采用的矿料为ac-13型矿料，偶联剂为kh-560环氧基官能团硅烷。
26.以上实施例中的氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯混凝土的制备方法包括下列步骤：分别按照实施例1-5中所述的重量份数选取各原料。
27.（1）制备改性剂：将氧化石墨烯、改善剂、偶联剂以1:4.1:1.3的比例制备得到氧化石墨烯改性剂；先将偶联剂用乙醇进行稀释，再将氧化石墨烯和改善剂加入到该偶联剂的稀释液中，然后在25℃的条件下搅拌1h，最后置于干燥箱中干燥除去乙醇，得到制备完成的氧化石墨烯改性剂。该氧化石墨烯改性剂具有较高的比表面积和表面丰富的官能团，能够提供大的比表
面积有效分散附着材料，防止团聚，增强结合力。
28.将橡胶粉、改善剂、偶联剂以1:0.018:0.006的比例混合均匀，得到橡胶粉改性剂；先将偶联剂用乙醇进行稀释，再将橡胶粉和改善剂加入到该偶联剂的稀释液中，然后在25℃的条件下搅拌1h，最后置于干燥箱中干燥除去乙醇，得到制备完成的橡胶粉改性剂。
29.（2）制备氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯：将聚氨酯在温度为25℃的条件下搅拌，再将稳定剂和步骤（1）中所得的氧化石墨烯改性剂、橡胶粉改性剂加入到搅拌后的聚氨酯中，搅拌均匀后采用高速剪切机对升温后的基础沥青进行剪切处理，后得到氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯；该剪切处理过程为：先在剪切速率为1000～2000rpm的条件下低速剪切10～15min，再在剪切速率为4000～5000rpm的条件下高速剪切20～30min。
30.（3）制备氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯混凝土：将矿料置于20℃～30℃烘箱中和步骤（2）所得的氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯按照常规方法混合搅拌均匀，即可得到该氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯混凝土。
31.分别对实施例1-5中的氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯混凝土进行路用性能试验检测，试验项目包括车辙试验、低温小梁弯曲试验、四点弯曲疲劳试验，用以测试本发明氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯混凝土的路用性能，并与不添加氧化石墨烯和橡胶粉的普通聚氨酯混凝土进行对比分析，试验结果见下表1。
32.表1各实施例中氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯混凝土的路用性能试验数据。
33.目前在国内外都还没有一个统一标准对于聚氨酯混凝土路用性能的试验方法，本发明研究根据前期对聚氨酯混凝土的实验摸索，通过总结得出可大致以jtg e20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中沥青混合料的相关试验方法对聚氨酯混凝土进行路用性能研究。从表1可知，本发明氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯混凝土远远满足规范要求，其高温性能、低温性能及抗疲劳性能明显高于普通聚氨酯混凝土，表明本发明氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯混凝土的路用性能在普通聚氨酯混凝土的基础上有了较大的提高。
34.尽管已描述了本发明的一些优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包
括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
35.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本实发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：

1.一种复合改性聚氨酯混凝土，其特征在于，由下列重量份的原料制成：矿料100份、聚氨酯4～8份、氧化石墨烯0.002～0.008份、橡胶粉0.3～1.8份、改善剂0.014～0.036份、稳定剂0.10～0.30份、偶联剂0.002～0.012份。2.根据权利要求1所述的复合改性聚氨酯混凝土，其特征在于，由下列重量份的原料制成：矿料100份、聚氨酯4～6份、氧化石墨烯0.004～0.006份、橡胶粉0.7～1.3份、改善剂0.018～0.032份、稳定剂0.15～0.25份、偶联剂0.004～0.008份。3.根据权利要求1所述的复合改性聚氨酯混凝土，其特征在于，由下列重量份的原料制成：矿料100份、聚氨酯5.8份、氧化石墨烯0.005份、橡胶粉1.2份、改善剂0.021份、稳定剂0.18份、偶联剂0.007份。4.根据权利要求1、2或3所述的复合改性聚氨酯混凝土，其特征在于，所述改善剂为nt cat fg1021。5.根据权利要求1、2或3所述的复合改性聚氨酯混凝土，其特征在于，所述稳定剂为磷酸三甲酚酯。6.根据权利要求1、2或3所述的复合改性聚氨酯混凝土，其特征在于，所述偶联剂为3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷。7.根据权利要求1、2或3所述的复合改性聚氨酯混凝土，其特征在于，所述聚氨酯为cr341a双组分聚氨酯胶结剂。8.权利要求1复合改性聚氨酯混凝土的制备方法，包括如下步骤：（1）改性剂制备：按照权利要求1中所述重量配比配置各原料；将氧化石墨烯、改善剂、偶联剂以1:4.1:1.3的比例混合均匀，得到氧化石墨烯改性剂；将橡胶粉、改善剂、偶联剂以1:0.018:0.006的比例混合均匀，得到橡胶粉改性剂；（2）复合改性聚氨酯制备：于20℃～30℃搅拌条件下，将稳定剂和步骤（1）中所得氧化石墨烯改性剂、橡胶粉改性剂加入到聚氨酯中，并搅拌均匀；再以高速剪切机对聚氨酯进行剪切处理，得到复合改性聚氨酯；（3）复合改性聚氨酯混凝土制备：将矿料置于20℃～30℃下和步骤（2）所得复合改性聚氨酯混合搅拌均匀，即成。9.根据权利要求8所述的复合改性聚氨酯混凝土的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，制备氧化石墨烯改性剂时，先将偶联剂用乙醇进行稀释，再将氧化石墨烯和改善剂加入到该偶联剂的稀释液中，于20℃～30℃的条件下搅拌0.5～1h，再置于干燥箱中干燥除去乙醇，即得氧化石墨烯改性剂；制备橡胶粉改性剂时，先将偶联剂用乙醇进行稀释，再将橡胶粉和改善剂加入到该偶联剂的稀释液中，于20℃～30℃的条件下加热搅拌0.5～1h，再置于干燥箱中干燥除去乙醇，即得橡胶粉改性剂。10.根据权利要求8所述的复合改性聚氨酯混凝土的制备方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，先以1000～2000rpm低速剪切10～15min，再以4000～5000rpm高速剪切20～30min。

技术总结

本发明公开了一种复合改性聚氨酯混凝土及其制备方法，旨在改善聚氨酯混凝土高温稳定性、低温抗裂性及抗疲劳性能难以满足需求的技术问题。其主要由矿料、聚氨酯、氧化石墨烯、橡胶粉、改善剂、稳定剂、偶联剂等原料制成；采用氧化石墨烯/橡胶粉复合改性聚氨酯混凝土，改善了高温稳定性、低温抗裂性及抗疲劳性能；基于聚氨酯、氧化石墨烯、橡胶粉的协同作用，在高温条件下，聚氨酯加速了与混合料的固化反应，与集料有较好的黏结力，同时加强了对集料的裹覆力，氧化石墨烯和橡胶粉的加入使混合料产生非常好的抵抗荷载变形的能力；低温时粘弹性能优良，氧化石墨烯和橡胶粉的加入使混合料的抗开裂性能更好。开裂性能更好。