聚氨酯改性沥青研究现状及发展趋势

金鑫¹，郭乃胜¹，尤占平²，谭忆秋³

1. 大连海事大学交通运输工程学院2. 密歇根理工大学土木与环境工程系3. 哈尔滨工业大学交通科学与工程学院

摘 要：聚合物改性沥青自进入人们的视野以来,其功能性和制备工艺不断得到优化,在改善行车舒适度、延长沥青路面的使用寿命方面取得了非常显著的效果。尽管它的发展已有近百年历史,但当前传统的聚合物改性沥青在生产、贮存以及性能上仍不尽人意。因此,亟须寻求一种可有效弥补上述缺陷的新型沥青改性剂。聚氨酯(Polyurethane,PU)从20世纪60年代后期开始实现规模化工业生产以来,在全世界范围内已被广泛应用在涂料、密封胶、弹性体等领域。聚氨酯自身结构优势突出,使其有别于目前市场上常用的聚合物沥青改性剂。遗憾的是将聚氨酯应用于沥青改性方面的研究报道相对较少,如何进一步发掘其优点并加以充分利用,以弥补当前对高性能沥青路面的迫切需求,是道路工作者所面临的重大挑战。然而,近10年来,国内外的研究重点均集中于聚氨酯改性沥青制备工艺优化与混合料配合比设计,尽管已取得一定成果,但并未对其宏观性能与微细观结构之间的关联性进行深入研究。从2016年开始,部分研究者开始尝试利用生物基聚氨酯或热塑性聚氨酯再生材料对沥青进行改性,但其路用性能仍待进一步深入研究。值得强调的是,并非所有种类的沥青均适宜采用同一种改性剂和制备工艺以达到理想的改性效果,因此聚氨酯改性剂在使用前需要充分地分析其成分。此外,聚氨酯改性沥青尚缺乏一套系统科学的评价体系。截至目前,国内外在该领域取得的主要研究成果如下:(1)聚氨酯中的异氰酸根可改善沥青的硬度及弹性;(2)聚氨酯与传统聚合物改性剂或纳米材料复配改性沥青的制备方法为剪切共混法,剪切时间与剪切速率对改性沥青性能的影响较小,剪切温度对聚氨酯改性沥青高温、低温性能与弹性恢复的影响较大;(3)从宏观性能和微观结构两个角度解释了聚氨酯改性沥青的相容性和力学性能优异的原因;(4)聚氨酯改性剂的粒径对沥青乳化以及发泡程度有重要影响;(5)混合料优化设计研究发现,聚氨酯改性沥青混合料除水稳性能外的其他性能均超过规范中规定的技术要求;(6)生物基聚氨酯、热塑性聚氨酯再生材料等均可以提升沥青的性能。本文主要归纳了聚氨酯作为改性剂对沥青进行改性的研究进展,包括聚氨酯材料的概述及选择、聚氨酯改性沥青的改性机理、聚氨酯改性沥青的流变和微观特性,并分别从防水工程、路用工程、生物基与可循环再利用三个方面概述了聚氨酯改性沥青的应用。最后,提出目前聚氨酯改性沥青研究中存在的问题,同时对聚氨酯改性沥青的发展趋势进行了展望。

关键词：改性沥青;聚氨酯;聚合物;弹性体;