[發明專利]一種基于路用性能的聚氨酯混合料配合比設計方法

在審

• 申請號: 202111222244.0
• 申請日: 2021-10-20
• 公開（公告）號: CN113990411A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 譚樂;叢林;楊帆;柳穎臣;鄧海斌;陸新民
• 申請（專利權）人: 同濟大學;湖州市公路與運輸管理中心
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G16C20/30;G16C20/80;G16C20/90;C04B26/16;C04B38/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種基于路用性能的聚氨酯混合料配合比設計方法，包括以下步驟：(1)選取礦質集料并確定其級配；(2)確定設計空隙率；(3)根據礦質集料的比表面積與設計的膠結劑膜的厚度，確定所用聚氨酯膠結劑的初始用量，并調整不同初始用量，制成不同的馬歇爾試件與車轍試件；(4)以聚氨酯膠結劑的初始用量為橫坐標，以馬歇爾試件與車轍試件的路用性能為縱坐標，形成油石比性能坐標圖，再通過平衡設計公式，得到最佳聚氨酯膠結劑用量；(5)檢測最佳聚氨酯膠結劑用量下的聚氨酯混合料的路用性能是否合格。與現有技術相比，本發明不僅適用于傳統混合料結構，同時也適用于單一粒徑的混合料結構，整個設計流程簡單，設計成本較低。

技術領域

本發明屬于高聚物混合料鋪面材料技術領域，涉及一種基于路用性能的聚氨酯混合料配合比設計方法。

背景技術

瀝青路面由于表面平整、無接縫、行車舒適度高和施工周期短等優點被廣泛應用于高等級公路中。但瀝青作為石油化工的副產物，屬于粘彈性材料，性能受溫度的影響較大，如在高溫條件下容易發生車轍、擁包等永久變形病害，低溫常常產生溫縮裂縫。同時，從長期使用效果來看，瀝青路面往往會出現老化、水損等病害，嚴重影響瀝青路面的使用壽命。雖然目前高聚物改性瀝青膠結劑能夠在一定程度上降低瀝青的溫度敏感性，但瀝青路面的病害沒有得到根本的改善。同時瀝青路面施工大多為高溫條件，能耗較高，同時VOC排放較高，對環境造成一定影響。

高聚物膠結劑作為人工合成材料被廣泛應用于結構、土建等行業。其中聚氨酯膠結劑作為第六大人工合成材料，由于其配方靈活，產品性能優良且形式多樣，具有良好的機械強度、抗氧化性、耐化學穩定性和高彈性等優點，有望作為新型鋪裝材料應用于道路工程中。

目前，常見的鋪面材料主要以瀝青混合料為主，設計方法主要包括馬歇爾設計方法、Superpave設計方法和GTM設計方法等。這些方法主要根據瀝青膠結劑特性及混合料壓實特性進行設計。而聚氨酯材料屬于熱固性材料，與瀝青材料有較大不同，如聚氨酯隨溫度的變化，其性能變化較小，抗變形性能較好；聚氨酯固化后表面較為光滑，不具有瀝青的粘滯性，初始抗滑性能不及瀝青混合料；同時，瀝青材料具有一定的自愈合功能。目前，國內外對基于高聚物特性的混合料配合比設計方法研究較少。

中國專利CN110261248A公開了一種多孔彈性路面混合料設計優化方法。該聚氨酯多孔混合料采用等體積替代的方式將級配中的細集料置換為同粒徑的橡膠顆粒，通過剪切試驗確定最佳級配，并根據彎曲試驗得到最佳聚氨酯摻量，最終得到具有一定降噪功能聚氨酯多孔混合料。但該優化方法只針開級配進行設計，同時只選用單一的彎曲試驗來確定膠結劑用量，并未針對高聚物與混合料的特性進行分析與設計。

發明內容

本發明的目的就是為了提供一種基于路用性能的聚氨酯混合料配合比設計方法，以解決目前聚氨酯混合料配合比設計指標的不足等問題。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于路用性能的聚氨酯混合料配合比設計方法，包括以下步驟：

(1)根據《公路瀝青路面施工技術規范》選取礦質集料并確定礦質集料級配；

(2)根據根據路用性能要求及實際工程需要確定聚氨酯混合料的設計空隙率；

(3)根據礦質集料的比表面積與設計的膠結劑膜的厚度，確定所用聚氨酯膠結劑的初始用量，并調整不同初始用量，制成不同的馬歇爾試件與車轍試件；

(4)以聚氨酯膠結劑的初始用量為橫坐標，以馬歇爾試件與車轍試件的路用性能為縱坐標，形成油石比性能坐標圖，再通過平衡設計公式，得到最佳聚氨酯膠結劑用量；

(5)檢測最佳聚氨酯膠結劑用量下的聚氨酯混合料的路用性能是否合格，若合格，則判定此聚氨酯混合料配合比完成設計，若不合格，則返回步驟(1)重新設計。

進一步的，步驟(3)中，不同聚氨酯膠結劑的初始用量的間隔為1wt％(占總質量)。