自迁移水性聚氨酯乳化沥青粘层的制备及性能研究.pdf

第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:国家重点研发计划资助()中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目()作者简介:王鹏()男安徽阜阳人助理研究员硕士主要从事公路路面建设及养护材料的研究 电话:.自迁移水性聚氨酯乳化沥青粘层的制备及性能研究王鹏秦永春王杰曾蔚张艳鸽黄伟(.交通运输部公路科学研究院北京.道路结构与材料交通运输行业重点实验室北京)摘 要:为了解决沥青路面粘层粘轮问题将水性聚氨酯乳液掺加到乳化沥青中制备出一种具有自迁移效果的聚氨酯乳化沥青()粘层 通过对不同水性聚氨酯乳液掺量的 粘层不粘轮效果分析水性聚氨酯乳液最佳掺量为 且(掺量)粘层在 具有优异的不粘轮效果 另外通过红外光谱、接触角和电子显微镜分析得出 粘层上表面聚氨酯含量高于下表面层 粘层在成型过程中聚氨酯自主迁移至粘层表面 通过将水性聚氨酯乳液用于沥青路面粘层使得掺加少量水性聚氨酯乳液粘层具有优异的不粘轮效果 自迁移效果的 粘层在公路沥青路面新建和养护中具有重要的应用价值关键词:聚氨酯乳化沥青粘层自迁移沥青路面中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):().().:沥青路面是一种弹性层状体系粘层将各层材料形成有机的受力整体 粘层质量是影响沥青路面使用寿命重要因素之一 现有沥青粘层在夏季高温变软发黏很容易被施工车辆轮胎带走粘层起不到应有的作用 针对“粘轮”问题已提出掺加硬质沥青、弹性体、抗车辙母粒等解决方式但效果差异较大 聚氨酯乳液为水性环保材料广泛用于涂料、塑料薄膜等领域本文将一种聚氨酯乳液掺加到乳化沥青中制备具有自迁移效果的 粘层 分析聚氨酯乳液掺量对粘层不粘轮效果的影响并探究不粘轮效果改善机理以期为高性能乳化沥青粘层制备提供参考第 期王鹏等:自迁移水性聚氨酯乳化沥青粘层的制备及性能研究 实验部分.原料与仪器道路石油沥青 级抗车辙母粒、阳离子乳化剂、水性聚氨酯乳液、胶乳改性剂均为工业级其中水性聚氨酯乳液性能见表 去离子水盐酸化学纯 乳化沥青胶体磨 红外光谱仪 正置显微镜 力学试验机(含高低温试验箱)赛波特黏度试验仪 针入度仪 软化点仪 接触角分析仪表 水性聚氨酯乳液性能 项目测试值外观乳白色且均匀分散固体含量/储存稳定性不小于 个月成膜拉伸强度()/.成膜断裂伸长率()/.聚氨酯乳化沥青制备将 基质沥青加热至 添加抗车辙母粒搅拌加热混合沥青至 并保温 将乳化剂和 胶乳分散于 的去离子水中得到皂液(盐酸调节 至)并将皂液倒入预热的乳化沥青胶体磨中随后将混合沥青缓慢均匀地倒入皂液中在胶体磨中循环 冷却至常温掺加不同比例的水性聚氨酯乳液 并均匀分散 得 到 水性聚氨酯乳液 掺量的 分 别 由、表示.性能测试.乳化沥青性能测试 乳化沥青粒子电荷、赛波特黏度、储存稳定性、蒸发残留物含量、针入度、软化点和溶解度分别按照交通行业标准 、进行.不粘轮效果分析将乳化沥青洒布在水泥混凝土试块上()上并完全干燥形成粘层然后通过力学试验机将压头施压在粘结层上压力达到.后位移保持 不变随后将压头从粘层竖向拔起(/)观察样品粘层破坏情况评价粘层不粘轮效果试验温度 .红外光谱分析通过红外光谱仪对乳化沥青粘层表面进行红外光谱分析(反射红外)波数范围为 .表面接触角测试通过接触角分析仪测试乳化沥青粘层表面接触角(介质为水).电子显微镜分析通过正置电子显微镜()观察乳化沥青粘层纵断面形貌(粘层厚度 )及粘层表面形貌(粘层厚度.)结果与讨论.乳化沥青性能表 是乳化沥青及其蒸发残留物的粒子电荷、黏度、储存稳定性、针入度、软化点、溶解度等性能试验结果表 乳化沥青及其蒸发残留物性能 项目测试值粒子电荷正电荷赛波特黏度()/储存稳定性 /./.蒸发残留物 含量/.针入度()/.软化点/溶解度/.由表 可知乳化沥青 和 的储存稳定性分别为.和.具有较好的稳定性满足行业规范()的要求 乳化沥青蒸发残留物软化点为 高于普通沥青()比普通沥青具有更好的高温稳定性能有利于改善乳化沥青粘层高温变软发黏.不粘轮效果分析图 为不同掺量的水性聚氨酯乳液对乳化沥青粘层不粘轮效果测试结果粘层破坏率是压头粘附沥青面积与接触面积(压头和粘层)的比值其值越低表明在该温度条件下粘层不粘轮效果越好图 是压头在不同掺量水性聚氨酯乳液的乳化沥青粘层施压后粘附沥青情况应用化工第 卷图 不同掺量 粘层的不粘轮效果.粘层破坏率变化曲线.压头施压后粘附沥青情况 由图 可知随着水性聚氨酯乳液掺加量的增加粘层破坏率先快速下降后趋于稳定水性聚氨酯乳液掺加量 时其粘层破坏率仅为.未掺加的乳化沥青粘层()的粘层破坏率为.掺加 的聚氨酯乳化沥青粘层()相比于 粘层粘层破坏率下降了.由图 可知压头粘附沥青面积随水性聚氨酯乳液增加显著降低 这表明水性聚氨酯显著提高了乳化沥青的不粘轮效果 综合性能要求和经济性水性聚氨酯乳液最佳掺加量为.红外分析图 是 和 乳化沥青粘层上下表面的红外光谱图图 乳化沥青粘层上下表面红外光谱分析.由图 可知 粘层上下表面红外光谱 和 的吸收峰分别为()和()为()主要源于聚氨酯合成中使用的聚醚多元醇 另外对比 粘层上下表面红外光谱可知上表面红外光谱在 和 的峰值强度明显强于下表面 未掺加水性聚氨酯乳液的 粘层上下表面红外光谱基本相同且相比于 粘层红外光谱在 和 处没有明显的吸收峰 结果表明掺加水性聚氨酯乳液成型后的粘层其上表面的聚氨酯含量高于下表面更多的聚氨酯分布在粘层上表面.表面接触角图 是 与 粘层上下表面及水性聚氨酯乳液涂膜表面的接触角图 乳化沥青粘层表面接触角.粘层上表面.粘层下表面.水性聚氨酯乳液涂膜.粘层上表面.粘层下表面由图 可知聚氨酯乳胶涂膜的接触角为.远小于 粘层的接触角(上下表面分别为.和.)可知聚氨酯材料的亲水性能优于沥青材料 另外 粘层上表面接触角(.)明显小于下表面接触角(.)上表面的亲水性能优于下表面 进一步表明聚氨酯(亲水性强)在粘层()的上表面含量高于下表面.电子显微镜分析图 是 和 粘层纵断面形貌()和粘层表面形貌(荧光)()图 乳化沥青粘层电子显微镜图.乳化沥青粘层纵断面形貌.乳化沥青粘层表面形貌(荧光)由图 可知在 粘层纵断面出现“双层结构”“双层结构”上层可能为聚氨酯富集层下层为沥青层在未掺加水性聚氨酯乳液的乳化沥青粘层则没有“双层结构”由图 粘层表面的荧光形貌图可知 粘层表面均匀分布.的“微球”而 粘层表面没有“微球”结合红外光谱和表面接触角试验分析“微球”为成型的聚氨酯材料 从 粘层表面看出第 期王鹏等:自迁移水性聚氨酯乳化沥青粘层的制备及性能研究“微球”占粘层上表面面积比例远超水性聚氨酯乳液掺加比例 这表明水性聚氨酯乳液中的聚氨酯材料在粘层成型过程中逐渐自主迁移到粘层表面使得在粘层表面出现聚氨酯富集层(聚氨酯占比超过)由于聚氨酯材料相比于沥青具有更好的高低温性能使得在掺加很少的水性聚氨酯乳液粘层表面不粘轮效果(抵抗高温性能)明显改善 结论将一种水性聚氨酯乳液掺加至乳化沥青中制备出一种具有自迁移效果的 粘层成型后的 粘层上表面聚氨酯含量显著高于粘层下表面水性聚氨酯乳液在乳化沥青中最佳掺加量为 在最佳掺加量下 粘层在 下具有优异的不粘轮效果参考文献:.:.():.张金荣.长寿命沥青路面层间处治技术研究.西安:长安大学.孙强李进胡腾飞等.实测沥青路面温度场分布规律研究.中外公路():.:.():.郭婷婷江凯冯雯雯等.不黏轮乳化沥青的制备及其作用机理研究.中外公路():.赵阳周启伟王庆珍等.非黏轮改性硬质乳化沥青性能评价.重庆交通大学学报(自然科学版)():.李啸华袁野王体宏等.不粘轮乳化沥青应用性能评价及在城市道路大修中的应用.石油沥青():.魏芳张定军张晟祥等.一种应用于塑料薄膜的水性聚氨酯的制备及性能研究.应用化工():.郝国栋洪邦辉.一种运动场地用聚氨酯涂料的制备.应用化工():.杨玉坤王鑫赵雄燕.水性聚氨酯涂料的功能化及性能.应用化工():.崔传炜翟金陵.水性聚氨酯改性乳化沥青性能研究及其在微表处中的性能评价.石油沥青():.中华人民共和国交通运输部.公路工程沥青及沥青混合料试验规程:.北京:人民交通出版社.(上接第 页).():.马拉毛草马恒昌.聚集诱导发光材料在生物分子检测中的应用.应用化工():.():.():.杜雅然张远恒王鑫等.荧光材料发射性能对其分子结构依赖性的研究.应用化工():.():.:.():.():.:.():.():.