一种公路高聚物注浆料及其制备方法与流程

本发明属于高聚物注浆技术修复工程，特别涉及一种公路高聚物注浆料及其制备方法。

背景技术：

1、水泥、沥青稳定的碎石材料广泛应用于公路、桥梁、隧道、机场、房屋、水坝等领域的基础工程，由于水泥、沥青稳定的碎石材料自身抗变形能力较差、水和湿气对结构内部的侵蚀老化作用、支撑不均匀等内因和外因容易导致“路面病害”问题，如孔洞、空隙、脱空、沉陷、拱起、破碎、裂纹等现象，若未及时采取措施，可能导致“路面病害”问题进一步加剧，造成路面断裂，影响路面结构寿命。

2、通过高聚物注浆技术修复“路面病害”问题是当前最主要的修复方式，其对修复体破坏小(微损)，施工速度快、安全性高、耐久性好、膨胀性高、防水性能好。高聚物注浆料的常见类型包括乳化沥青类、聚氨酯类和环氧树脂类。乳化沥青容易出现收缩问题，且强度不足，导致加固作用不足。环氧树脂类材料固化速度过慢，导致修复时间过长无法满足快速恢复交通的需求。双组分聚氨酯材料是目前用量最大、适用范围最广的一类高聚物注浆料，包括聚氨酯白料聚醚多元醇等和聚氨酯黑料异氰酸酯，施工时，黑白料混合能够快速发生反应膨胀形成聚氨酯泡沫状固体，填充孔隙，提高修复体的结构整体性。但聚氨酯黑料中的异氰酸酯遇水容易发生反应，在路面基层含水的情况下，容易导致固体物偏脆，韧性不足，耐久性差。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种公路高聚物注浆料及其制备方法，其聚氨酯黑料具有核壳结构，异氰酸酯和改性粉煤灰纳米粉体芯层和苯乙烯/乙烯基硅氧烷/丙烯酸长链烷基酯共聚物壳层的形成，使聚氨酯黑料具有异氰酸酯缓释效果，乙烯基硅氧烷单体、丙烯酸长链烷基酯单体具有协同增强增韧效果，能够解决脆性问题，提高高聚物注浆材料的韧性和耐久性。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种公路高聚物注浆料，包括聚氨酯白料和聚氨酯黑料，所述聚氨酯白料包括聚酯多元醇15-45份、扩链剂2-10份、改性粉煤灰15-45份、增塑剂15-25份和催化剂0.5-1份，所述聚氨酯黑料具有双层结构，包括异氰酸酯和改性粉煤灰纳米粒子芯层和苯乙烯/乙烯基硅氧烷/丙烯酸长链烷基酯共聚物壳层。所述苯乙烯/乙烯基硅氧烷/丙烯酸长链烷基酯共聚物壳层中苯乙烯、乙烯基硅氧烷、丙烯酸长链烷基酯摩尔比为2-7:1-5:1-3。

4、所述聚氨酯黑料中含有质量百分比10％～50％的芯层材料，所述芯层材料中包括异氰酸酯15-45份和改性粉煤灰纳米粒子15-45份。

5、所述改性粉煤灰纳米粒子为硅烷偶联剂改性的粉煤灰纳米粒子。

6、优选地，硅烷偶联剂为kh570。

7、所述增塑剂为对苯二甲酸二辛酯(dotp)和邻苯二甲酸二辛酯(dop)

8、所述催化剂为三乙基二胺、二甲基环己胺、五甲基二乙基三胺、二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡的一种或多种。

9、所述改性粉煤灰为表面改性剂改性的粉煤灰。

10、所述扩链剂为乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇和1,5-戊二醇中的的一种或多种。

11、所述聚酯多元醇是由由已二酸与1,4-丁二醇、1,6-已二醇或乙二醇制得的聚酯二醇，羟值为160-240mgkoh/g、官能度为2-3，平均分子量为1000-4000的聚酯多元醇。

12、所述乙烯基硅氧烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基(2-甲氧基二乙氧基)硅烷中的一种或多种。

13、所述丙烯酸长链烷基酯中长链烷基碳数为6-18，优选为丙烯酸异辛酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸十八烷基酯中的一种或多种。

14、所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、亚苯二甲基二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯、萘-1,5-二异氰酸酯或多苯基甲烷多异氰酸酯中的一种或多种。

15、一种公路高聚物注浆料的制备方法，包括如下反应步骤：

16、步骤一，按原料配比将聚酯多元醇、扩链剂、改性粉煤灰、增塑剂和催化剂混合得到聚合物白料；

17、步骤二，将异氰酸酯与改性粉煤灰纳米粒子混合，超声搅拌分散1-3h，搅拌结束后静置24h，再通过10000r/min～1,5000r/min离心机离心，使异氰酸酯通过浸渍吸附于改性粉煤灰纳米粒子中，得到芯层材料，接着将芯层材料与苯乙烯、乙烯基硅氧烷、丙烯酸长链烷基酯、自由基引发剂和有机溶剂混合，在60～90℃反应时间4～6h，抽滤，干燥，得到具有异氰酸酯和改性粉煤灰芯层和苯乙烯/乙烯基硅氧烷/丙烯酸长链烷基酯共聚物壳层的聚氨酯黑料。

18、所述苯乙烯、乙烯基硅氧烷、丙烯酸长链烷基酯质量比为2-7:1-5:1-3。

19、所述有机溶剂为丙酮、环己烷、二氯甲烷、甲苯、异丁醇中的一种或多种。

20、所述聚氨酯黑料中含有质量百分比10％～50％的芯层材料。

21、本发明的高聚物注浆材料，使用时，按照质量比1-20：1-10将聚氨酯白料和聚氨酯黑料进行混合。

22、本发明取得了如下有益效果：

23、1、聚氨酯黑料具有核壳结构，异氰酸酯和改性粉煤灰纳米粉体芯层和苯乙烯/乙烯基硅氧烷/丙烯酸长链烷基酯共聚物壳层的形成，使聚氨酯黑料具有异氰酸酯缓释效果，能够在24个月或更长的时间内持续发挥作用，使病害周围松散介质趋于密集，从而提高修复体的结构整体性，解决材料收缩问题以及修复后的病害再扩大而无法根治的问题，提高耐久性。

24、2、聚氨酯黑料的苯乙烯/乙烯基硅氧烷/丙烯酸长链烷基酯共聚物壳层中乙烯基硅氧烷单体、丙烯酸长链烷基酯单体具有增韧效果，苯乙烯具有增强效果，能够解决脆性问题，提高高聚物注浆材料的韧性。

25、3、聚氨酯黑料中苯乙烯、乙烯基硅氧烷、丙烯酸长链烷基酯产生协同作用，乙烯基硅氧烷中的硅氧硅键与kh570中的硅氧硅键、丙烯酸长链烷基酯中的酯键之间存在氢键作用，进一步形成交联网络结构，协同增强增韧，同时对异氰酸酯有更好的缓释效果。

技术特征：

1.一种公路高聚物注浆料，包括聚氨酯白料和聚氨酯黑料，其特征在于，所述聚氨酯白料包括聚酯多元醇15-45份、扩链剂2-10份、改性粉煤灰15-45份、增塑剂15-25份和催化剂0.5-1份，所述聚氨酯黑料具有双层结构，包括异氰酸酯和改性粉煤灰纳米粒子芯层和苯乙烯/乙烯基硅氧烷/丙烯酸长链烷基酯共聚物壳层；所述苯乙烯/乙烯基硅氧烷/丙烯酸长链烷基酯共聚物壳层中苯乙烯、乙烯基硅氧烷、丙烯酸长链烷基酯摩尔比为2-7:1-5:1-3；所述聚氨酯黑料中含有质量百分比10％～50％的芯层材料。

2.根据权利要求1所述的公路高聚物注浆料，其特征在于，所述芯层材料中包括异氰酸酯15-45份和改性粉煤灰纳米粒子15-45份。

3.根据权利要求1所述的公路高聚物注浆料，其特征在于，所述乙烯基硅氧烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基(2-甲氧基二乙氧基)硅烷中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的公路高聚物注浆料，其特征在于，所述丙烯酸长链烷基酯中长链烷基碳数为6-18，优选为丙烯酸异辛酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸十八烷基酯中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的公路高聚物注浆料，其特征在于，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、亚苯二甲基二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯、萘-1,5-二异氰酸酯或多苯基甲烷多异氰酸酯中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的公路高聚物注浆料，其特征在于，所述改性粉煤灰纳米粒子为硅烷偶联剂改性的粉煤灰纳米粒子。

7.根据权利要求6所述的公路高聚物注浆料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为kh570。

8.根据权利要求1所述的公路高聚物注浆料，其特征在于，所述聚酯多元醇是由由已二酸与1,4-丁二醇、1,6-已二醇或乙二醇制得的聚酯二醇，羟值为160-240mgkoh/g、官能度为2-3，平均分子量为1000-4000的聚酯多元醇。

9.一种权利要求1-8任一项所述公路高聚物注浆料的制备方法，包括如下反应步骤：

10.一种权利要求1-8任一项所述公路高聚物注浆料在公路、桥梁、隧道、机场基础工程的应用。

技术总结
本发明提供一种公路高聚物注浆料及其制备方法，其聚氨酯黑料具有核壳结构，异氰酸酯和改性粉煤灰纳米粉体芯层和苯乙烯/乙烯基硅氧烷/丙烯酸长链烷基酯共聚物壳层的形成，使聚氨酯黑料具有异氰酸酯缓释效果，乙烯基硅氧烷单体、丙烯酸长链烷基酯单体具有协同增强增韧效果，能够解决脆性问题，提高高聚物注浆材料的韧性和耐久性。

技术研发人员：李照宗,马跃,刘晨希,王俊玲,王振宇,张丽琴,樊森,张佳伟,蒋勋,王凯,白伟方
受保护的技术使用者：河南长安交通科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15