聚氨酯材料在路面工程中的应用进展

摘要聚氨酯是一种新型的路面铺装胶结材料。综述分析表明: 聚氨酯可降低沥青的针入度值，提高沥青的延度值和软化点。动态剪切流变试验和弯曲蠕变劲度试验结 果表明: 聚氨酯可提高沥青的高温和低温性能; 在聚氨酯改性沥青制备过程中加入适量的水可使沥青间氢键更加牢固，沥青的性能得到改善。路用性能试验表明: 聚氨酯改性沥青混合料的动稳定度优异，低温性能也得到了改善， 但水稳定性能一般; 多孔隙聚氨酯碎石混合料的高温性能、水-热性能和*能力较好，但水稳定性和抗滑性能需要提高; 随着聚氨酯掺量的增加，聚氨酯橡胶颗粒混合料的动稳定度、劈裂荷载、残留稳定度增加，飞散损失值下降; 因聚氨酯和橡胶颗粒具有一定的弹性，聚氨酯橡胶颗粒混合料的除冰性能、吸声和减振性能优越。**，对今后研究方向给出了一些建议。1 实验1 聚氨酯的性质

  聚氨酯 ( PU) 作为一种高分子材料，是由二异*和二元醇聚合而成的嵌段共聚物。主链由软链段与硬链段构成。硬链段由二异*、小分子扩链剂构成; 软链段由大分子量的多元醇或多元胺构成。硬链段具有较高的玻璃化转变温度和熔融温度，提供聚氨酯的高硬度和强度; 而软链段使聚氨酯具有柔顺性和弹性。聚氨酯以良好的性能广泛应用在黏结剂、建筑和包装材料等领域。

2 聚氨酯改性沥青及沥青混合料

2. 1 相容性

  聚氨酯与沥青间的相容性影响改性效果，因聚氨酯的介电常数大于 3. 6，沥青的介电常数在 2. 6 到3. 0 之间。采用 MOCA 作为相容剂，通过离析试验表征沥青与聚氨酯间的相容性，得到的试验结果如图 2 所示。当掺量为 2% 时，改性沥青的离析程度*小，其值远低于规范要求，说明聚氨酯改性沥青的稳定性较好。

2. 2 沥青性能试验结果  

班孝义将 3 种聚氨酯 (聚醚型 JM-PU、聚酯型JZ-PU、PTMEG 型) 在相同的掺量下 (7%) 用于沥青改性，得到3种聚氨酯改性沥青 ( JM-APU7，JZ-APU7，PT-APU7) 。分别在沥青中掺加 10% (蓖麻油基聚氨酯) 、4.27% ( 端异*预聚体)和10%( 水性聚氨酯)的聚氨酯，记为 APU10，APU4.27，APU10-1。

  将热塑性聚氨酯 (TPU) 和聚氨酯 (PU) 按不同的比例 (3%，5%，7%) 制备聚氨酯改性沥青，记为 ATPU3，ATPU5，ATPU7，APU3，APU5，APU7，然后在聚氨酯改性沥青中添加 2% 的水得到泡沫聚氨酯改性沥青，记为 AF3，AF5，AF7。将 7% 聚氨酯 ( 聚醚型 ) 掺加到3种 90#基质沥青中 ( 韩国 SK、国创、克拉玛依) 制备得到3种PU改性沥青，分别记为 PSK7，PGC7，PKL7 中的针入度、软化点和延度试验结果整理如图3～图 5所示。由图 3 可知，聚氨酯加入到沥青中后，针入度下降中试验结果除外) 。可知，聚氨酯的种类会影响沥青的针入度指标。表明聚氨酯对沥青的延度指标有很大的负影响，造成数据差别较大的原因是否与聚氨酯的种类有关，还需进一步探讨。综上所述，聚氨酯总体上可降低沥青的针入度值，提高沥青的延度值和软化点。

2. 3 动态剪切流变 ( DSＲ) 试验

 通过针入度、软化点和延度试验证明了3种聚氨酯 ( 聚醚型 JM-PU、聚酯型 JZ-PU、PTMEG型) 在改性沥青中的**掺量分别为11% ( 记为JM-APU11) ，7% 和 7% 。将 3 种性能优越的聚氨酯 改性沥青用 DSＲ试验，结果显示 3 种聚氨酯改性沥青的复数模量 ( G* /sin δ) 均高于基质沥青，相位角均低于基质沥青。这说明聚氨酯可提高沥青的高温抗车辙能力，其中，JM-APU 型聚氨酯对沥青的改性效果**。

2. 4 沥青弯曲蠕变劲度试验

  证明，当温度分别为-12 ℃和-18 ℃时，PU 改性沥青的蠕变速率 m 值都比基质沥青的大，PU改性沥青的劲度模量 S 值均小于基质沥青，如图 8 所示，其中聚醚型的改性效果**。根据文献中的数据，将 S 值和 m 值排列为: 50% PU＞30% PU＞4% SBS ＞70#基质沥青。改性沥青中聚氨酯的掺量越高，沥青的低温性能越好。但 Bazmara 等证明了聚氨酯改性沥青和基质沥青具有相同的低温性能。这些结果说明聚氨酯总体上可改善沥青得低温性能。