聚氨酯混合料在沥青路面施工中的应用.pdf

总652期2023年第22期（8月 上）0 引言聚氨酯改性沥青混合料是由聚氨酯胶黏剂、集料等材料制备而成的新型路面材料，与常规的沥青混合料相比，其加工过程简单、施工温度低、节能环保，并能显著提高基质沥青和改性沥青抗高温车辙性能。当前，国内对聚氨酯混合料的研究已经从室内试验扩展到工程实践领域，但是对于聚氨酯混合料应用于道路交叉口、车辆停靠站点等极易出现病害的路段的实践仍较少，且聚氨酯材料从储存、掺加量控制、混合料制备、施工到养护等过程均存在严格的控制要求。本文在分析原材料性能检验、配合比设计、最佳油石比确定的基础上，对聚氨酯改性沥青混合料在具体工程中的应用展开分析，为聚氨酯混合料推广应用提供参考。1 原材料及配合比1.1 原材料粗集料和细集料分别选用玄武岩和石灰岩，填料采用矿粉，沥青材料主要选用70#道路石油沥青。各项材料性能检测结果见表1表4，粗细集料、矿粉、基质沥青性能均满足 公路沥青路面施工技术规范（JTG F402017）的要求。聚氨酯采用北京森聚柯高分子材料公司生产的 SJKR590N 暴露型单组分聚氨酯材料。表1 粗集料性能检测结果表观相对密度吸水率（%）粒径35 mm粒径510 mm粒径1015 mm粒径35 mm粒径510 mm2.602.602.602.02.02.9102.9642.9561.91.9指标规范值实测值坚固性（%）针片状颗粒含量（%）水洗法0.075mm颗粒含量（%）软石含量（%）粒径1015 mm粒径35 mm粒径510 mm粒径1015 mm粒径510 mm粒径1015 mm粒径35 mm粒径510 mm粒径1015 mm粒径510 mm粒径1015 mm2.012.012.012.012.018.01.01.01.03.03.02.01.61.30.98.410.70.90.60.70.72.6表1（续）指标规范值实测值表2 细集料性能检测结果指标规范值实测值表观相对密度2.52.7940.3 mm部分的坚固性（%）12.02.110流动时间/s3036.7亚甲蓝值/（g/kg）1.51.1砂当量（%）6080.8表3 矿粉性能检测结果指标规范值实测值表观密度/（t/m3）2.52.731外观无结块团粒无结块团粒含水量（%）1.00.12亲水系数1.00.6加热稳定性实测无变化表4 70#道路石油沥青性能检测结果项目规范值实测值针入度/（0.1 mm）608066.4软化点/4647.5延度/cm15 10015010 20100闪点/260318相对密度/（g/cm3）实测1.031RTFOT质量损失（%）-0.80.80.50针入度比（%）6165.91.2 配合比设计及最佳油石比进行聚氨酯沥青混合料配合比设计时采用 AC-13型级配，通过马歇尔试验进行体积指标等数据的测量收稿日期：2022-11-30作者简介：袁建诚（1984），男，工程师，从事公路桥梁监理相关工作。聚氨酯混合料在沥青路面施工中的应用袁建诚（上饶市赣东公路工程咨询有限公司，江西 上饶 334000）摘要：为促进聚氨酯改性沥青混合料在路面工程中的推广应用，在室内试验及充分调研的基础上，对配合比设计、最佳油石比确定及聚氨酯混合料性能展开分析和试验，并以某一级公路工程为例，探讨聚氨酯混合料制备、运输，摊铺，碾压等在内的工艺要点，并对施工质量进行检测，验证了施工方案及施工工艺的合理性。关键词：聚氨酯；混合料；沥青路面；最佳油石比中图分类号：U414文献标识码：B30交通世界TRANSPOWORLD以及矿料级配确定，矿料级配如表5所示。表5 矿料级配筛孔尺寸/mm级配上限级配中值级配下限调整级配0.07586460.15151059.50.32013.5714.50.6281910211.183826.51528.52.36503724424.75685338619.58576.56880.513.210095909816100100100100矿粉8.06.04.06.0根据最佳级配，按照 4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%的油石比分别成型马歇尔试件，并测定矿料间隙率、空隙率、沥青饱和度、毛体积密度、稳定度、流值等取值范围，据此确定最佳油石比。测定结果见表6。根据表中试验结果，取毛体积密度峰值对应的油石比为最佳油石比，即5.5%。表6 最佳油石比测定结果油石比（%）4.55.05.56.06.5矿料间隙率（%）16.99716.86115.27015.04114.698空隙率（%）8.3427.4985.0114.0722.973沥青饱和度（%）51.05455.63867.19673.15279.789毛体积密度/（kg/m3）2.4612.4652.5112.5062.489流值/mm3.53.43.73.63.0稳定度/kN15.615.717.815.615.12 聚氨酯混合料性能试验根据 公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011）进行聚氨酯沥青混合料车辙试验，以评价其高温稳定性能。试验期间，主要进行了基质沥青混合料、按30%的比例和50%比例掺加聚氨酯等聚氨酯改性沥青混合料高温稳定性能的检测。由检测结果可知，掺加30%和50%聚氨酯材料后，混合料动稳定度从2 560次/mm增至13 200次/mm和31 300次/mm，混合料高温稳定性能分别增大5.16倍和12.23倍，改善效果十分显著。按照试验规程对基质沥青混合料、按30%的比例掺加聚氨酯、按50%比例掺加聚氨酯等混合料进行弯曲试验，通过试验数据可知：掺加30%和50%聚氨酯材料后，混合料动稳定度从2 520次/mm增至3 040次/mm和4 600次/mm，三种类型混合料低温抗裂性能均满足规程，且掺加聚氨酯材料后沥青混合料低温抗裂性能分别增大1.21倍和1.83倍。分别采用冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验测试聚氨酯沥青混合料水稳性1。根据试验结果，掺加50%聚氨酯材料后改性沥青混合料劈裂强度比和残留稳定度均高于掺加30%聚氨酯材料的改性沥青，但是比基质沥青低；马歇尔动稳定度、浸水马歇尔动稳定度、冻融劈裂强度、未冻融劈裂强度等绝对数指标取值均比基质沥青和掺加30%聚氨酯材料的改性沥青高。工程应用时，必须结合施工成本控制和路用性能方面的要求，确定聚氨酯材料的掺加比例。3 工程应用某线路起点桩号K34+000，终点桩号K63+250，线路长29.25 km，按照一级公路标准建设，路面结构自上而下依次为：4 cm 厚 SMA-13、8 cm 厚 Sup-20 沥青面层、20 cm厚水稳碎石基层、40 cm厚水稳碎石底基层。以其中位于道路交叉口的K34+000K34+400段为试验路段，验证聚氨酯混合料路用性能。根据交通发展规划及交通量预测，该公路段建成后即成为连接地区交通运输的重要路段，交通运载量大，对沥青路面质量性能要求较高，因此，采用掺加50%聚氨酯材料的改性沥青混合料。3.1 原材料储存聚氨酯胶黏剂必须密封储存在干燥、阴凉且通风的环境，避免空气中的水分进入后与胶黏剂中的氰酸酯发生反应，从而影响材料性能2。聚氨酯胶黏剂储存期间，预聚体中的-NCO还可能会和其中的活泼氢发生反应3，引发性状改变。为此，在聚氨酯胶黏剂材料取用前，必须测定其-NCO 含量，对超标的材料弃置不用。粗细集料均选用石灰岩，在石灰岩采购价格较高的情况下，也可以考虑使用辉绿岩。集料形状必须接近正方体，硬度、含水量等性能均应满足设计要求。矿粉因粒径细小，在制备时必须严格控制含泥量和杂质，本工程选用憎水性石灰岩石料矿粉。3.2 洒布黏层油在铺筑聚氨酯改性沥青混合料前，必须清扫原路面杂物及浮动、松散、脱落石料，清除纹槽中泥土杂物，必要时使用高压水枪喷射冲洗。完全风干后均匀喷洒黏层油。以A级道路石油沥青为制备黏层乳化沥青的基质沥青，乳化沥青储存期间，必须不停搅拌，避免发生离析和破乳。该沥青路面工程黏层乳化沥青使用标准黏度18 s、常温储存1 d稳定性为0.4%、布氏旋转黏度 0.9 Pas、残留物含量 52%、针入度 65（0.1mm）、软化点为54、延度40 cm、溶解度98.6%的快裂性阳离子SBS改性沥青性能。面层间黏层乳化沥青按照0.60.8 L/的用量洒布。3.3 混合料制备及运输采用冷拌工艺进行聚氨酯混合料制备。正式拌和期间，因聚氨酯胶黏剂材料性能特殊，必须加强拌和温度和均匀程度控制，避免水分加入。在拌和时，先按设计用量加入集料和纤维，干拌30 s后加入聚氨酯胶黏剂湿拌30 s，最后加入矿粉并持续拌和30 s。因该公31总652期2023年第22期（8月 上）路沥青路面采用级配SMA-13的聚氨酯面层，混合料拌和难度也因纤维、矿粉及细集料用量增加而相应增大，混合料拌和期间发生团粒结块、拌和不均的可能性很大，部分混合料还会黏附于拌和设备内侧壁上。因此，应加强对拌和过程的监控。此外，随着温度的升高，聚氨酯胶黏剂固化速度也相应加快，因此，在拌和期间必须实时测量，将混合料温度控制在 2510 范围内。混合料运输过程中必须上覆防水篷布，防止聚氨酯胶黏剂与空气中水分接触后发生固化，并应避开喷水设施及洒水车，避免水分进入车厢。自卸车一次装载的混合料不宜过多，避免车厢底部混合料承重过大而发生固结。根据施工当天环境温湿度决定拌和与运输容留总时间，当环境温度为1020 时，总时间应为70 min；当环境温度为2030 时，总时间应为50min；当环境温度为3040 时，总时间应为30 min。3.4 摊铺及碾压采用常规热拌沥青混合料技术进行聚氨酯混合料摊铺施工。因聚氨酯胶黏剂具有较大的流动性，所以摊铺施工时必须事先设置侧限，避免混合料发生侧向流动。摊铺开始后避免摊铺机械变速、转弯、急停，必须按照2.03.0 m/min的速度匀速直线行进、均匀摊铺。结合试铺结果，试验段松铺系数应取1.1，据此控制摊铺厚度。聚氨酯混合料碾压施工工艺与常规热拌沥青混合料碾压工艺略有不同，主要表现在碾压机械和碾压遍数方面。因混合料流动性大，所以应增大复压遍数，并使用钢轮压路机进行初压、复压和终压，铺筑完成的聚氨酯路面在常温下持续养护1 d后便可开放交通。3.5 试验段施工质量检测养护完成的聚氨酯路面平整，无松散、离析及裂缝现象，表面也无轮印等碾压痕迹。按照公路路基路面现场测试规程（JTG 34502019）相关要求，使用摆式摩阻仪、路面渗水仪、铺砂法、3 m直尺和钻芯取样等技术检测试验路段摩擦因数、渗水系数、构造深度、平整度和压实度4。根据检测结果，聚氨酯路面各项性能均满足公路沥青路面施工技术规范（JTGF402017）相关要求。4 结束语综上所述，聚氨酯改性沥青混合料在我国公路沥青路面中的应用仍处于初期阶段，在施工开始前，必须结合工程实际及路用性能要求，加强原材料性能检测及配合比设计，合理确定聚氨酯胶黏剂掺加量。施工过程中加强原材料储存、黏层油洒布及摊铺碾压施工控制。结合该公路沥青路面运行效果，聚氨酯改性沥青混凝土表现出很好的耐高温、抗低温稳定性能，即使在夏季高温运行环境下，路面也表现出弹性性质，较好地减少路面高温车辙病害的出现。参考文献：1 应国强，邱庆生，祝春华，等.聚氨酯路面施工工艺研究J.公路，2022，67（6）：65-69.2 舒睿，张海燕，曹东伟，等.聚氨酯改性沥青混合料性能研究J.公路交通科技（应用技术版），2015，11（12）：142-144，161.3 李添帅，陆国阳，王大为，等 OESER Markus.高性能聚氨酯透水混合料关键性能研究J.中国公路学报，2019，32（4）：158-169.4 王火明，李汝凯，王秀，等.多孔隙聚氨酯碎石混合料强度及路用性能J.中国公路学报，2014，27（10）：24-31.的方案研究J.铁路通信信号工程技术，2021，18（9）：31-37.9 钟昊，陈博，李占文，等.面向铁路安全的智能视觉PaaS平台研究J.中国铁路，2021（8）：128-132.10 杨兴磊，鲁玉龙，张俊尧，等.基于边缘计算的智慧铁路工地生产管理系统J.铁路计算机应用，2020，29（10）：26-29.11 王爱丽，赵元，王子腾，等.城市轨道交通客流信息智能检测与管控系统研究与设计J.铁路计算机应用，2020，29（2）：68-72.12 张亚伟，吕晓军，李明，等.智能视频监控系统在铁路旅客服务系统的研究与应用J.中国铁路，2020（1）：109-113.13 毛昭勇，王亦晨，王鑫，等.面向高速公路的车辆视频监控分析系统J.西安电子科技大学学报，2021，48（5）：178-189.（上接第20页）32