一种钢桥面用复合改性沥青混合料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钢桥面用复合改性沥青混合料及其制备方法，用可形成聚氨酯结构的预聚物、聚酰胺和活性橡胶粉对沥青进行复合改性制备改性沥青，并采用特定的矿料级配组成，在特定的工艺下完成沥青混合料的生产，制备及施工工艺简单。复合改性沥青混合料的模量高(15℃，10Hz，模量大于14000MPa)，高温稳定性好(70℃动稳定度大于8000次/mm)，低温抗变形能力强(弯拉劲度模量大于3000(MPa))，耐疲劳性好，特别适用于钢桥面铺装。复合改性沥青混合料铺筑在桥面后，可形成强度高、高低温性能较好的桥面铺装层。可以解决钢桥面铺装中存在的刚度小、变形大、受温度影响严重等问题。

Composite modified asphalt mixture for steel bridge surface and preparation method thereof

The invention relates to a steel deck with asphalt mixture and preparation method thereof can be formed by composite, composite modified preparation of modified asphalt for asphalt polyurethane prepolymer, reactive polyamide and rubber powder, and the gradation of specific composition, complete the production of asphalt mixture in particular process, preparation and construction process is simple. The composite modified asphalt mixture of high modulus (15 C, 10Hz, modulus greater than 14000MPa), good stability in high temperature (70 DEG C dynamic stability is greater than 8000 times /mm), low temperature anti deformation ability (bending stiffness modulus greater than 3000 (MPa)), good fatigue resistance, especially suitable for steel deck pavement. When the composite modified asphalt mixture is paved on the bridge deck, the bridge deck pavement with high strength and high and low temperature performance can be formed. It can solve the problems of small rigidity, large deformation and serious temperature influence in the steel deck pavement.

【技术实现步骤摘要】
一种钢桥面用复合改性沥青混合料及其制备方法
本专利技术涉及一种钢桥面用复合改性沥青混合料及其制备方法，属于桥面铺装材料

技术介绍
钢桥面铺装技术一直是一个施工难题，其受到行车荷载、风载、温度荷载及地震等因素的影响，受力很复杂，很多材料很难满足高温稳定性、抗疲劳开裂性、对钢桥面变形的追从性、层间粘结及完善的防排水体系这一系列的要求。随着科学技术的不断发展，环氧改性沥青混合料的出现解决了桥面铺装中的难题。环氧沥青一般由环氧树脂和固化剂这两个部分组成，环氧树脂与固化剂发生化学反应，使沥青性质从热塑性转变为热固性，从而具备了高强度、优良的抗疲劳性能、良好的耐久性及抗老化性能，满足受力特性异常复杂的正交异性钢桥面铺装。但是环氧沥青成本较高，施工工艺控制复杂，限制了其大面积推广应用。中国专利CN102464892A公开了一种道路沥青用复合聚氨酯改性剂，该改性剂由NCO终端多异氰酸酯预聚物或聚合物，端羟基与氨基的化合物，有机聚氨酯催化剂和低分子多元醇等预聚形成，可以明显改善沥青的高温性能。但其得到的改性沥青低温性能相对较弱，强度、耐久性及抗疲劳性仍不足，并不适用于钢桥面铺装及重载交通中对沥青混合料的要求。中国专利CN102773935A公开了一种复合改性沥青制备工艺，该专利提供了一种适用于聚氨酯化学改性沥青的搅拌混合设备，该工艺可以实现聚氨酯与沥青的化学改性复合，改性后的沥青相容性好，储存稳定性优异。该专利仅提供了一种改进化学改性效果的制备工艺，对综合提高改性沥青性能考虑较少，并不涉及复合改性沥青在钢桥面铺装中的应用。中国专利CN103834185A公开了一种聚氨酯/纳米复合改性沥青及其制备方法，该专利以聚氨醋及氧化石墨烯为改性剂，采用“二步法”的改性工艺，充分发挥聚合物及纳米材料的优良性能，明显提高基质沥青的高温性能、抗变型能力及沥青路面抗车辙能力。采用该方法制备的沥青混合料高温性能明显改善，但是仍不能满足钢桥面铺装在低温、抗疲劳及耐久性等方面的需求。中国专利CN102850506A公开了一种聚氨酯改性沥青的制备方法，该专利技术提供一种采用引发剂，将沥青和烯丙醇反应制备含轻基沥青，再和异氰酸酯反应，制得聚氨酯改性沥青。该专利技术所制备的化学改性沥青低温性能优良，极大地改善了普通沥青的低温发脆，柔韧性差等缺点，能满足高寒地区道路使用性能，延长道路使用寿命。采用该方法制备的沥青混合料低温性能明显改善，但是在高温性能方面相对不足，不能满足钢桥面铺装及重载交通地区对沥青混合料的需求。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术的不足，提供一种钢桥面用复合改性沥青混合料及其制备方法，本专利技术复合改性沥青混合料模量高、高温抗变形能力强、耐疲劳性和耐久性强，可以解决钢桥面铺装中存在的刚度小、变形大、受温度影响严重等问题，尤其适用于钢桥面铺装。为此，本专利技术采用的技术方案是，用可形成聚氨酯结构的预聚物、聚酰胺和活性橡胶粉对沥青进行复合改性制备改性沥青，并采用特定的矿料级配组成，在特定的工艺下完成沥青混合料的生产。具体方案如下：本专利技术一种钢桥面用复合改性沥青混合料，按重量份计，各原料配比如下：耐磨集料70～100份、复合改性沥青4～10份、石灰石矿粉5～15份、木质素纤维0～5份。优选地，按重量份计，各原料配比如下：耐磨集料80～90份、复合改性沥青5～8份、石灰石矿粉5～11份、木质素纤维0～1份。所述复合改性沥青由如下配比的原料制备而成：90～110重量份的基质沥青、3～10重量份的聚氨酯化学改性剂预聚物、1～5重量份的聚酰胺、3～10重量份的活性橡胶粉。其中，所述聚氨酯化学改性剂预聚物由下列组分制备成：35～65重量份的异氰酸酯，30～45重量份的多元醇，1～10重量份的催化剂，1～10重量份的表面活性剂，1～3重量份的增溶剂。其中异氰酸酯预聚物的用量大于多元醇，保证—NCO/—OH＞1即—NCO过量。所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)；所述多元醇为聚合物多元醇，如聚醚多元醇(PPG)；所述催化剂采用叔胺类催化剂，优选三亚乙基二胺或N-烷基吗啡啉；所述表面活性剂采用硅烷类共聚物，如AirProducts公司生产的DC2517、DC2528；所述增溶剂选用季戊四醇或季戊四醇酯。其中异氰酸酯预聚物的用量大于多元醇，保证—NCO/—OH＞1即—NCO过量，这样生成的聚合物端基为异氰酸基。异氰酸基一方面可以与沥青中活性氢反应，提高沥青的高温性能，另一方面可以与酰胺基共同作用降低沥青的粘度。所述聚酰胺选用脂肪族聚酰胺，优选的为单体中全部含有偶数个亚甲基者，一方面其聚合物分子链上酰胺基可100％形成氢键，从而保证聚酰胺基与氢键发生反应，另一方面其与沥青有较好的相容性，可有效降低沥青的粘度，从而降低施工温度。本专利技术所述的聚氨酯化学改性剂预聚物的制备方法如下：按所述重量配比将所述多元醇加入反应釜，釜内温度100～120℃，抽真空脱水2～3h后，降温至60～70℃，再按比例加入所述异氰酸酯、催化剂、表面活性剂、增溶剂，氮气养护条件下，在80～90℃下反应4～5h，冷却至55～65℃，即得聚氨酯化学改性剂预聚物。所述复合改性沥青制备工艺如下，将基质沥青加热至150℃～170℃，加入聚氨酯化学改性剂预聚物，使用涡轮式搅拌器进行搅拌，搅拌速度300～800rpm，搅拌10～50min，加入聚酰胺，搅拌10～20min；加入活性橡胶粉，分1～3次加入，每次加入后将沥青混合料通过高速剪切机，调整转速为4000～6000转/min，搅拌4～8min，搅拌完毕后在140～150℃静置15～30min，得到复合改性沥青。本专利技术制备的复合改性沥青符合PG88-22的要求。可以根据聚氨酯预聚物的材料组成调整搅拌器的转速及搅拌时间，一方面保证改性剂可以与沥青充分共混，另一方面控制反应速度，防止反应过快产生固化。其中聚氨酯化学改性剂预聚物与沥青中的活性氢、聚酰胺中的氢键反应可以大大改善沥青的高温性能，而一部分聚酰胺与沥青相溶，降低沥青粘度，从而降低施工温度。本专利技术很好地控制聚酰胺与聚氨酯化学改性剂预聚物的比例，防止聚酰胺用量过少沥青粘度较大，同时防止聚酰胺用量过大，影响沥青固化时间。活性橡胶粉可以较好的改善沥青的低温性能，可根据使用环境调整活性橡胶粉的用量。所述复合改性沥青，制备完成后存储温度为120～130℃，储存时间小于8h，防止储存时间过长，NCO含量发生改变，聚氨酯预聚物与沥青及聚酰胺持续发生反应，降低沥青粘度，发生絮凝固化反应，影响拌和摊铺效果。所述耐磨集料，采用玄武岩石料，所述玄武岩石料其洛杉矶磨耗损失小于25％，石料压碎值小于24％，吸水率小于1.8％；所述玄武岩石料、石灰石矿粉合成的矿料级配如表1：表1矿料级配范围本专利技术的钢桥面用复合改性沥青混合料的制备方法如下：复合改性沥青加热到165～175℃，耐磨集料加热温度为185～195℃，石灰石矿粉为常温，木质素纤维为常温，采用间歇式沥青混合料拌和站进行拌和生产，保证沥青混合料的出料温度在175～185℃之间，空隙率在3％～5％之间，矿料间隙率≥18％。本专利技术复合改性沥青混合料，生产完成后4h内进行沥青混合料的现场摊铺和压实，防止经历一个拌和的高温后，存放时间过长异氰酸基与沥青中的活泼氢，及聚酰胺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢桥面用复合改性沥青混合料，其特征是，按重量份计，各原料配比如下：耐磨集料70～100份、复合改性沥青4～10份、石灰石矿粉5～15份、木质素纤维0～5份；所述复合改性沥青，按重量份计，由如下重量份配比的原料制备而成：基质沥青90～110份、聚氨酯化学改性剂预聚物3～10份、聚酰胺1～5份、活性橡胶粉3～10份。

【技术特征摘要】
1.一种钢桥面用复合改性沥青混合料，其特征是，按重量份计，各原料配比如下：耐磨集料70～100份、复合改性沥青4～10份、石灰石矿粉5～15份、木质素纤维0～5份；所述复合改性沥青，按重量份计，由如下重量份配比的原料制备而成：基质沥青90～110份、聚氨酯化学改性剂预聚物3～10份、聚酰胺1～5份、活性橡胶粉3～10份。2.如权利要求1所述的钢桥面用复合改性沥青混合料，其特征是，所述聚氨酯化学改性剂预聚物由如下重量份配比的原料制备成：异氰酸酯35～65份，多元醇30～45份，催化剂1～10份，表面活性剂1～10份，增溶剂1～3份；其中异氰酸酯预聚物的用量大于多元醇，保证—NCO/—OH＞1，即—NCO过量。3.如权利要求2所述的钢桥面用复合改性沥青混合料，其特征是，所述聚氨酯化学改性剂预聚物的制备方法如下：将多元醇加入反应釜，釜内温度100～120℃，抽真空脱水2～3h后，降温至60～70℃，再加入异氰酸酯、催化剂、表面活性剂、增溶剂，氮气养护条件下，在80～90℃下反应4～5h，冷却至55～65℃，即得。4.如权利要求1-3任一所述的钢桥面用复合改性沥青混合料，其特征是，所述复合改性沥青制备工艺如下，将基质沥青加热至150℃～170℃，加入聚氨酯化学改性剂预聚物，使用涡轮式搅拌器进行搅拌，搅拌速度300～800rpm，搅拌10～50min；加入聚酰胺，搅拌10～20min；加...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙敏，渠广镇，郑木莲，
申请(专利权)人：山东公路技师学院，
类型：发明
国别省市：山东,37