聚氨酯改性沥青混合料性能与应用技术研究

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沥青路面作为公路建设中常采用的路面形式,其材料的研发与应用一直受到国内外专家学者的广泛重视。聚氨酯是一种热固性材料,具有耐磨、耐高温、耐老化、耐冲击和优良的抗低温性能。本文以聚氨酯若将其应用在道路工程中,将兼具沥青路面材料需求的高温下强度和低温下柔韧性双重优点为出发点,研究将聚氨酯预聚体与基质沥青共混,通过基本的物理共混向化学改性的转变,最终形成三维网状结构,进而提高沥青混合料性能。对聚氨酯材料进行比选,对聚氨酯改性沥青制备条件进行研究,对固化机理进行分析。确定了混合料级配及最佳油石比,并探讨了不同养护温度和养护时间对混合料路用性能的影响,对各项性能试验结果与常用改性沥青进行了对比,其马歇尔强度、高温抗车辙、低温抗裂性能及抗水损害性能在60℃C养护条件下均能满足规范要求,且部分性能远超规范要求。劈裂抗拉强度达到3MPa以上,抵抗拉应力的能力明显高于常用沥青混凝土。15℃时聚氨酯改性沥青混凝土的静态模量E超过3000MPa,高于道路建设中常规沥青混凝土的静态模量。对聚氨酯改性沥青、SBS改性沥青及普通沥青的单轴压缩动态模量试验,试验结果进行对比分析,在低温时,聚氨酯改性沥青主要表现为弹性性质并且明显好于SBS和普通沥青,表明对于抵抗低温条件下的开裂有明显的改善作用。在高温时,聚氨酯改性沥青仍然表现为弹性性质并且明显好于SBS和普通沥青,表明高温稳定性明显提升。由低温至高温,聚氨酯改性沥青混合料的材料性质更接近于弹性,聚氨酯改性沥青很好的体现了聚氨酯的耐高温、抗低温的性能。利用BISAR3.0软件建立模型,选用不同的路面结构参数,计算弹性层状体系中的应力、应变及路表弯沉,在同种情况下,采用聚氨酯改性沥青混凝土对路表弯沉、基层层底拉应力、土基顶面压应变的减小作用较为明显,当基层模量较小时,对沥青层底拉应变的减小较为明显。在厚度一定的情况下,聚氨酯改性沥青的疲劳寿命约是SBS改性的3.8倍、普通沥青的5倍,聚氨酯改性沥青的使用能明显增大沥青层疲劳寿命。当疲劳寿命一定时,所需厚度,普通沥青大约是聚氨酯改性沥青的2~3.5倍,SBS改性大约是聚氨酯改性的1.8~2.9倍,聚氨酯改性沥青的使用能够明显降低所需结构层厚度,效果显著。对聚氨酯改性沥青混凝土的研究对以后的沥青路面建设有着极大的应用价值。
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