高速公路路面快速修复用聚氨酯混凝土的研究.pdf
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1、2 0 1 1年 第 5期 (总 第 2 5 9期 】 Nu mb e r 5 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 5 9 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 PRACTI C AL T ECHN0LoGy d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 5 0 4 3 高速公路路面快速修复用聚氨酯混凝土的研究 张文静 ,王晖 ,尹健 ,周静 ,庄彩虹 ,傅俊添 ,武宝新 ,金龙 , ( 1 中南大学 化学化工学 院,湖南 长沙 4 1 0 0 8 3 ;2 中南大学 土木建筑学 院,湖南
2、长沙 4 1 0 0 1 2 ) 摘要 : 开展 了适 于高速公路路面面层快速修补的聚氨酯混凝土的系统研究 , 考察 了水泥砂石 比、 胶骨 比、 固化剂用量和稀释剂用量等 对聚氨酯混凝土力学性能 的影响 , l并将试验得到 的最优配合 比材料用于废 I H 水泥块 的修补 , 同时运 用扫描 电子显 微镜 ( S E M) 分 析检测 了 聚氨酯混凝土的微观结构和其与废 旧水泥块的黏结情况 结果表 明: 试件 于 2 h时 的抗折强度达 6 6 7 MP a , 抗 压强度达 9 1 5 MP a , 已远远 超过相关国标要求 , 可实现高速公路路面在 2 h 之 内的怏速修 复; S E
3、M 图显示 聚氨酯分子与骨料以及聚氨酯混凝土与水泥块之间黏结紧密 , 表明材料在具备快速修复特点的同时兼具 良好的力学性能。 关键 词: 聚氨酯混凝土 ;硬质聚氯酯泡沫塑料 ;_力学性 能;路面快速修复 ;高速公路 中图分类号: T U5 2 8 0 4 2 文献标志码 : A 文章 编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 1 2 8 0 4 Ex per i m en t al s t udy on t he pol yur e t ha ne c onc r e t e us e d f o r r a pi d r e pai r o f h i gh
4、 w a y pa ve m en t Z HA NG We n -j i n g , WA NGHu i , YI NY i a n 2 Z HOUJ i n g , Z HU ANGC a i h o n g , F uJ u n t i a n , WUB a o - x i n J I NL o n g ( 1 C o l l e g e o f C h e mi s t r y a n dC h e mi c a l E n g i n e e r i n g , C e n t r a l S o u t hU n i v e r s i t y , C h a n g s h a
5、4 1 0 0 8 3 , C h i n a ; 2 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e , C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y , C h a n g s h a 4 1 0 0 1 2 , C h i n a ) Abs t r a c t : Th e po l y u r e t h a n e c o n c r e t e f o r r e pa i r i n g r a p i d l y p a v
6、e me n t s u r f a c e c o u r s e o f h i g h wa y wa s s y s t e mi c a l l y c a r r i e d o u t Th e f a c t o r s s u c h a s c e me n t s a n d a n d s t o n e r a t i o, c o l l o i d - a g g r e g a t e r a t i o, a mo u n t o fc u r i n g a g e n t a n d d i lu e n t o n m e c h a n i c a l
7、 p r o pe ai e s oft h e p o l y u r e t h a n e c o n c r e t e we r e i n v e s t i g a t e d Th e ma t e r i a l i n o p t i ma l f o r mul a wa s u s e d i n r e p a i r ing t h e b r o k e n c e me n t b l o c k s An d mi c r o s t r u c t u r e o f p o l y u r e t h a n e c o n c r e t e a n d
8、 bo n di n g s i t u a t i o n o f t h e n e w ma t e ria l s wi t h t h e o l d we r e o b s e r x , e d t h r o u g h S EM t e s t s Th e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e fle x u r a l s tr e n g t h o f t h e s p e c ime nfor 2 hwa s 6 6 7MP a , a n dt h e c o mp r e s s i v e s t r e n gth
9、Wa s 9 1 5MP a whi c hf a r e x c e e d e dt h e r e q u i r e me nt i n r e l a t e dGBTh ema t e r i a 1 i Sh o p e f u l t o a c h i e v e r a p i d p a v e me n t r e p a i r o f hig h wa y i n 2 h , S EM i ma g e s i n d i c a t e d t h a t p o l y ur e t h a n e mo l e c u l a r a n d a g g r
10、e g a t e we r e fir ml y b o n d e d t o e a c h o t h e r , a n d S Owe r et h ep o l yu r e t h a n e c o n c r e t ea n d c e me n t b l o c k s , t h em a t e r i a l h a d c h a r a c t e r i s t i c o f r a p i d r e p a ira swe l l a sg o o dme c h a ni c a l p r o p e r t y Ke y w or ds : p
11、 o l y u r e t h a n e c o n c r e t e; rig i d p o l yu r e t h a n e fo a m ; me c h a n i c a l p r o p e r t y; r a pi d pa v e m e n t r e p a i r ; hig h wa y 0 引言 现代社会交通压力的 日益增加 , 各种路面破损的情况愈来 愈频繁, 这激发了人们对路面快速修复技术进行更加全面的研 究 1】 。 高速公路路面抢修就是用最短的时间修复好可供车辆正常 通过的高速公路路面, 修复的路面结构应具有足够的承载强度 、 良好的平整度以确
12、保车辆在高速公路上的行驶安全。 聚合物混凝土是以聚合物为唯_皎结材料的混凝土 , 在我 国也常常称之为树脂混凝土或塑料混凝土。 聚合物混凝土具有 优 良的耐久性( 包括耐水、 耐冻融、 耐腐蚀等 ) 、 可在常温或低温 下 固化 、 抗折和抗压 强度 都很 高等优点 , 一般 来说 , 2 4 h的强度 可以达到最终强度的 8 0 :再者, 聚合物混凝土在大多数材料上 都具有很好 的黏 附性 , 是一种优秀的快速修补材料 。 聚氨酯材料是一类“ 可设计的” 高分子材料 , 通过改变原料 化学结构、 规格 、 品种等, 调节配合比组合, 可得到不同性质的 产品14 。 硬质聚氨酯泡沫塑料( 简称
13、“ 硬泡” ) 具有质量轻 、 比强度 高 、 与其他物质黏结力强 、 耐老化性能好及可实现快速固化等 特点, 是一种优 良的结构材料 。 美国等国家自2 0世纪9 O年代 以来开始了以聚氨酯硬泡作为道面抢修材料的研究 7 9 1 。 本研究 以一步法合成聚氨酯硬泡的最优配合比为基础, 结合普通混 凝土u r 艺 , 制备聚氨酯混凝土材料, 测定其相关力学性能参数, 确定其最优制备方案, 同时将材料应用于废旧水泥块的修补, 采用 S E M 分析检测新旧材料的黏结情况 , 研究聚氨酯混凝土作 为高速公路路面快 速修 复材料的可行性 。 1试 验 部 分 1 1 试 剂 聚醚多元醇 H 8 4
14、0 4 , 南京红宝丽股份有限公司; 异氰酸酯 P M一 2 0 0 , 烟 台万华聚氨酯股份有限公司; 有机硅稳泡剂 A K8 8 0 5 , 南京德美世创化工有限公司 ; 有机锡催化剂 T 9 , 上海启光工 贸有限公司; 叔胺类催化剂 A 3 3 , 上海启光工贸有限公司; 自 来水 ; 固化剂 H AR T C UR E 3 0 , 杭州崇舜化学有限公 司; 中砂 ( 表观密度 2 6 0 g c m , 堆积密度 1 5 0 g c m ) , 市售 ; 碎石( 粒 径 5 1 0 I T U T I ) , 市售 ; 填料 4 2 5级水泥, 市售 ; 稀释剂丙酮, 衡 阳市凯信化
15、丁试剂有限公司。 除丙酮是分析纯外, 其余均为工 、 f 品 收稿 日期 :2 0 1 0 1 2 0 8 基金项 目:中南 大学前沿研究计划重点项 目( 2 0 1 0 DX P Y0 0 9 ) ; 国家大学 生创新性实验资助项 目( L D0 9 1 6 2 ) 1 28 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 仪 器和设备 D J I C型增力电动搅拌器 ; NYL 一 6 0型压力试验机; D KZ 一 5 0 0 0 型电动抗 折试 验机 ; E H DC型恒加 载 压力 试验 机微机 控制 系 统 ; T Y W- 3 0 0型微机控制式 电液式压
16、力试验机 ; S I R I O N 2 0 0场 发射扫描电镜 ; 模具 , 4 0 mmx 4 0 mmx l 2 0 mm等 。 1 3 硬 质 聚氨 酯泡 沫塑料 的合成 按配合比将一定量 H 8 4 0 4 、 A K8 8 0 5 、 T 9 、 A 3 3和水高速搅 拌, 制得“ 白料” 。由异氰酸酯指数( R) 计算得到P M一 2 0 0 ( “ 黑料” ) 的质量, 与高速搅拌的白料混合均匀后, 静置发泡。 2 mi n内发泡 结束, 3 0 mi n内基本硬化。 通过排水法测表观密度, 求得发泡率。 通过对各影响因素进行分析 , 获得最优配合 比( 质量份 ) 如下 :
17、H 8 4 0 41 0 0 , A K8 8 0 5 3 , 复#4 4 L N( A一 3 3 与 T 一 9 之比为 3 :2 ) 1 , 水 2 , P M一 2 0 0 质量按 R为 1 4 计算得到。 试件的表观密度为 0 1 0 1 e d mI , 体积发泡倍率为 l 0 , 抗压强度为 0 9 7 2 MP a 。 1 4 聚氨 酯混凝 土 的制备 采用上述最优 配合 比制得 白料 , 根据配合 比 , 以黑 料一 白 料一丙酮一水泥砂石混合物一固化剂的顺序加料, 同时快速搅 拌至均匀, 装模, 加压成型, 自然养护至适当龄期后进行抗折强 度 和抗压强度的测定 。 抗折强 度
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