[发明专利]一种基于路用性能的聚氨酯混合料配合比设计方法

说明书

本发明涉及一种基于路用性能的聚氨酯混合料配合比设计方法，包括以下步骤：(1)选取矿质集料并确定其级配；(2)确定设计空隙率；(3)根据矿质集料的比表面积与设计的胶结剂膜的厚度，确定所用聚氨酯胶结剂的初始用量，并调整不同初始用量，制成不同的马歇尔试件与车辙试件；(4)以聚氨酯胶结剂的初始用量为横坐标，以马歇尔试件与车辙试件的路用性能为纵坐标，形成油石比性能坐标图，再通过平衡设计公式，得到最佳聚氨酯胶结剂用量；(5)检测最佳聚氨酯胶结剂用量下的聚氨酯混合料的路用性能是否合格。与现有技术相比，本发明不仅适用于传统混合料结构，同时也适用于单一粒径的混合料结构，整个设计流程简单，设计成本较低。

技术领域

本发明属于高聚物混合料铺面材料技术领域，涉及一种基于路用性能的聚氨酯混合料配合比设计方法。

背景技术

沥青路面由于表面平整、无接缝、行车舒适度高和施工周期短等优点被广泛应用于高等级公路中。但沥青作为石油化工的副产物，属于粘弹性材料，性能受温度的影响较大，如在高温条件下容易发生车辙、拥包等永久变形病害，低温常常产生温缩裂缝。同时，从长期使用效果来看，沥青路面往往会出现老化、水损等病害，严重影响沥青路面的使用寿命。虽然目前高聚物改性沥青胶结剂能够在一定程度上降低沥青的温度敏感性，但沥青路面的病害没有得到根本的改善。同时沥青路面施工大多为高温条件，能耗较高，同时VOC排放较高，对环境造成一定影响。

高聚物胶结剂作为人工合成材料被广泛应用于结构、土建等行业。其中聚氨酯胶结剂作为第六大人工合成材料，由于其配方灵活，产品性能优良且形式多样，具有良好的机械强度、抗氧化性、耐化学稳定性和高弹性等优点，有望作为新型铺装材料应用于道路工程中。

目前，常见的铺面材料主要以沥青混合料为主，设计方法主要包括马歇尔设计方法、Superpave设计方法和GTM设计方法等。这些方法主要根据沥青胶结剂特性及混合料压实特性进行设计。而聚氨酯材料属于热固性材料，与沥青材料有较大不同，如聚氨酯随温度的变化，其性能变化较小，抗变形性能较好；聚氨酯固化后表面较为光滑，不具有沥青的粘滞性，初始抗滑性能不及沥青混合料；同时，沥青材料具有一定的自愈合功能。目前，国内外对基于高聚物特性的混合料配合比设计方法研究较少。

中国专利CN110261248A公开了一种多孔弹性路面混合料设计优化方法。该聚氨酯多孔混合料采用等体积替代的方式将级配中的细集料置换为同粒径的橡胶颗粒，通过剪切试验确定最佳级配，并根据弯曲试验得到最佳聚氨酯掺量，最终得到具有一定降噪功能聚氨酯多孔混合料。但该优化方法只针开级配进行设计，同时只选用单一的弯曲试验来确定胶结剂用量，并未针对高聚物与混合料的特性进行分析与设计。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种基于路用性能的聚氨酯混合料配合比设计方法，以解决目前聚氨酯混合料配合比设计指标的不足等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于路用性能的聚氨酯混合料配合比设计方法，包括以下步骤：

(1)根据《公路沥青路面施工技术规范》选取矿质集料并确定矿质集料级配；

(2)根据根据路用性能要求及实际工程需要确定聚氨酯混合料的设计空隙率；

(3)根据矿质集料的比表面积与设计的胶结剂膜的厚度，确定所用聚氨酯胶结剂的初始用量，并调整不同初始用量，制成不同的马歇尔试件与车辙试件；

(4)以聚氨酯胶结剂的初始用量为横坐标，以马歇尔试件与车辙试件的路用性能为纵坐标，形成油石比性能坐标图，再通过平衡设计公式，得到最佳聚氨酯胶结剂用量；

(5)检测最佳聚氨酯胶结剂用量下的聚氨酯混合料的路用性能是否合格，若合格，则判定此聚氨酯混合料配合比完成设计，若不合格，则返回步骤(1)重新设计。

进一步的，步骤(3)中，不同聚氨酯胶结剂的初始用量的间隔为1wt％(占总质量)。