【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及建筑材料，尤其涉及一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、瀝青路面是現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其力學(xué)性能直接影響道路的服務(wù)質(zhì)量和使用壽命。然而，在實際應(yīng)用中，瀝青混合料經(jīng)常面臨高溫車轍、疲勞開裂、水損害等問題，這些病害顯著降低了路面的結(jié)構(gòu)強度和耐久性，給道路養(yǎng)護(hù)和管理帶來了巨大挑戰(zhàn)。特別是在高溫季節(jié)，交通荷載會導(dǎo)致瀝青混合料發(fā)生顯著的塑性變形，表現(xiàn)為車轍現(xiàn)象。同時，長期交通荷載的累積還會引發(fā)疲勞裂縫，進(jìn)一步削弱路面結(jié)構(gòu)的整體性能。隨著交通量和載重水平的不斷增加，傳統(tǒng)瀝青材料和改性技術(shù)已難以滿足現(xiàn)代道路工程對高溫穩(wěn)定性和疲勞抗裂性的更高要求。
2、目前常用的改性劑如sbs(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)和橡膠能夠在一定程度上改善瀝青混合料的力學(xué)性能，提升其高溫抗車轍性和抗疲勞性能，但在應(yīng)對復(fù)雜交通條件和長時間服役環(huán)境方面仍存在不足。尤其是重載交通下，傳統(tǒng)改性劑的性能改善效果有限，難以全面解決上述問題。這促使人們探索新型改性材料，以進(jìn)一步提升瀝青混合料的綜合性能。
3、聚氨酯(pu)作為一種新型瀝青改性劑，近年來得到了越來越多的關(guān)注和應(yīng)用研究。其獨特的分子結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的物理化學(xué)性能使其能夠顯著提高瀝青混合料的力學(xué)性能，特別是在高溫穩(wěn)定性、抗車轍性、疲勞抗裂性和水穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)出卓越的改性效果。此外，聚氨酯改性瀝青混合料還具有較好的環(huán)境適應(yīng)性和耐久性，展現(xiàn)出廣泛的工程應(yīng)用前景。然而，目前聚氨酯改性瀝青材料在低溫條件下的性能尚有不足，其韌性較差，變形能力有限，容
4、公開于該
技術(shù)介紹
部分的信息僅僅旨在加深對本專利技術(shù)總體
技術(shù)介紹
的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是：提供一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料及其制備方法，在保證高溫穩(wěn)定性和疲勞抗裂性等優(yōu)異性能的同時，進(jìn)一步提高材料的韌性和變形能力，以滿足多種復(fù)雜服役條件下的性能要求。推動瀝青路面材料技術(shù)的發(fā)展，為解決道路病害問題提供新的解決方案。
2、為了達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：
3、一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料，包括復(fù)合改性瀝青、礦物質(zhì)集料和填料；
4、復(fù)合改性瀝青占礦物質(zhì)集料和填料重量之和的4％～6％；
5、復(fù)合改性瀝青為聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性劑對瀝青改性制得，聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性劑和瀝青的質(zhì)量比為20～25:100。優(yōu)選的，聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性劑和瀝青的質(zhì)量比為23:100。這個質(zhì)量比的選擇是根據(jù)前期試驗結(jié)果，在這個質(zhì)量比下，改性瀝青混合料表現(xiàn)出最佳性能平衡，即在保證力學(xué)強度及高溫性能優(yōu)越的同時確保低溫下的韌性。
6、本專利技術(shù)中，聚氨酯能夠顯著提高瀝青材料的力學(xué)性能，包括抗拉強度和抗壓強度，碳納米管提供優(yōu)異的韌性和延展性，與聚氨酯形成互補效應(yīng)，使混合料在重載和高應(yīng)力條件下表現(xiàn)出更好的承載能力。
7、進(jìn)一步的，復(fù)合改性瀝青的制備方法包括：
8、(1)將基質(zhì)瀝青加熱至160℃，得到液體狀瀝青；
9、(2)將聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性劑與液體狀瀝青混合，在170～180℃下，以3000～4000rpm的剪切速率高溫剪切60～90min，制得復(fù)合改性瀝青。
10、瀝青在高溫條件下易軟化或變形，但固化后的聚氨酯的聚合物剛性骨架結(jié)構(gòu)顯著提高了復(fù)合瀝青的高溫抗變形能力，碳納米管賦予瀝青在低溫環(huán)境下更高的抗裂性，減少了瀝青混合料在低溫條件下的脆性開裂現(xiàn)象，復(fù)合改性劑的加入提高了瀝青的粘彈性，使其在寬溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出更好的流變性能，適應(yīng)不同氣候條件下的道路需求。
11、進(jìn)一步的，聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性劑由多異氰酸酯、多元醇和碳納米管經(jīng)雙螺桿擠出。聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性劑中，碳納米管的摻量為12％～15％，碳納米管與多異氰酸酯、多元醇之間通過化學(xué)鍵和物理嵌合作用相結(jié)合，構(gòu)成韌性-剛性互補的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而增強復(fù)合材料的抗沖擊性和延展性，12％～15％的碳納米管摻量形成的增強網(wǎng)絡(luò)不僅提高了整體韌性，還確保材料在高應(yīng)力下具備足夠的緩沖能力。
12、進(jìn)一步的，聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性劑的制備方法包括：
13、1)將多元醇和碳納米管按比例加入主料倉，將多異氰酸酯單獨加入副料倉；
14、多異氰酸酯(-nco)與多元醇(-oh)的反應(yīng)在較低溫度下即可發(fā)生，是一種放熱反應(yīng)。如果將兩者混合后直接加熱，可能會導(dǎo)致反應(yīng)不受控制，甚至造成凝膠化問題，本專利技術(shù)通過將多異氰酸酯單獨加入副料倉，可在加熱和混合過程中精確控制反應(yīng)的啟動和速率，確保聚氨酯的形成過程更加可控。
15、在主料倉中，碳納米管與多元醇可以充分接觸和分散。多元醇通常具有較低的粘度，能夠更有效地包覆碳納米管，通過剪切力減少碳納米管的團(tuán)聚現(xiàn)象，而后續(xù)異氰酸酯的加入可以進(jìn)一步將碳納米管包覆在聚氨酯網(wǎng)絡(luò)中，形成強界面結(jié)合。
16、2)將雙螺桿擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)置在100～300rpm之間，將溫度設(shè)置為逐漸升高的梯度，覆蓋溫度范圍為120～160℃，進(jìn)行分段加熱；其中，第一段溫度設(shè)置為120～140℃，實現(xiàn)多元醇與碳納米管的初步混合，第二段、第三段、第四段、第五段溫度設(shè)置為140～160℃，促進(jìn)異氰酸酯與多元醇之間的反應(yīng)。
17、分段加熱和螺桿剪切作用使碳納米管在聚氨酯基體中的分散更均勻，避免了因碳納米管團(tuán)聚導(dǎo)致的韌性增強效果減弱問題，均勻分散的碳納米管形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)，顯著提高復(fù)合材料的低溫韌性。
18、3)混合物熔融混煉后經(jīng)過造粒、干燥得到聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性劑。
19、進(jìn)一步的，碳納米管為多壁碳納米管，直徑范圍為10～50nm，長度為1～10μm。碳納米管預(yù)先經(jīng)過過氧化氫(h2o2)處理，過氧化氫在高溫或適當(dāng)條件下與碳納米管反應(yīng)，氧化其表面，并在其表面引入羥基，能夠增強其與聚氨酯的相容性，實現(xiàn)更好的界面粘結(jié)力能夠有效傳遞載荷，減少界面滑移，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。
20、進(jìn)一步的，多異氰酸酯為亞甲基二苯基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯中的一種或多種。
21、進(jìn)一步的，多元醇為聚丙二醇、聚乙二醇、蓖麻油中的一種或多種。
22、作為優(yōu)選的，多異氰酸酯為亞甲基二苯基二異氰酸酯，多元醇為聚丙二醇。選擇亞甲基二苯基二異氰酸酯是因為其是常用的用于制備聚氨酯的多異氰酸酯，并且其具有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，提供較高的分子極性，能與碳納米管產(chǎn)生較強的相互作用，提高體系穩(wěn)定性。并且mdi的快速反應(yīng)性確保在擠出過程中能夠形成穩(wěn)定的聚氨酯基體。多元醇選擇為聚丙二醇的原因是其為一種聚醚型多元醇，其長鏈結(jié)構(gòu)能夠包覆和分散納米管，從而降低碳納米管之間的范德華力，防止團(tuán)聚現(xiàn)象。同時，聚丙二醇作為聚醚多元醇，可以增加整體復(fù)合改性劑的柔韌性。
23、進(jìn)一步的，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料，其特征在于，包括復(fù)合改性瀝青、礦物質(zhì)集料和填料；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料，其特征在于，所述復(fù)合改性瀝青的制備方法包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料，其特征在于，所述聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性劑由多異氰酸酯、多元醇和碳納米管經(jīng)雙螺桿擠出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料，其特征在于，所述聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性劑的制備方法包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料，其特征在于，所述碳納米管為多壁碳納米管，直徑范圍為10~50nm，長度為1~10μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料，其特征在于，所述多異氰酸酯為亞甲基二苯基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料，其特征在于，所述多元醇為聚丙二醇、聚乙二醇、蓖麻油中的
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料，其特征在于，所述礦物質(zhì)集料的粒徑≥0.075mm，所述礦物質(zhì)集料為玄武巖、石灰?guī)r和花崗巖中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料，其特征在于，所述填料的粒徑＜0.075mm，所述填料為玄武巖礦粉、石灰?guī)r礦粉和花崗巖礦粉中的一種或多種。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料的制備方法，其特征在于，
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料，其特征在于，包括復(fù)合改性瀝青、礦物質(zhì)集料和填料；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料，其特征在于，所述復(fù)合改性瀝青的制備方法包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料，其特征在于，所述聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性劑由多異氰酸酯、多元醇和碳納米管經(jīng)雙螺桿擠出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料，其特征在于，所述聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性劑的制備方法包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聚氨酯-碳納米管復(fù)合改性瀝青混合料，其特征在于，所述碳納米管為多壁碳納米管，直徑范圍為10~50nm，長度為1~10μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聚氨酯-碳納米管...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：牛凱，冷真，王艷華，劉海龍，王峻，李高陽，夏誠東，
申請(專利權(quán))人：中國路橋工程有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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