聚氨酯混合料與瀝青混合料路用性能評(píng)價(jià)對(duì)比

黎小順

(廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 廣州 510507)

1 引言

隨著越來越多的瀝青路面建成使用，路面養(yǎng)護(hù)的工作量越來越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在“十二五”期間，約18萬km國(guó)道、省道路面需要進(jìn)行大、中修養(yǎng)護(hù)，每年工程費(fèi)用約為1 000億元。保存性養(yǎng)護(hù)是一個(gè)新概念，是通過加設(shè)罩面層實(shí)現(xiàn)對(duì)原有道路結(jié)構(gòu)性的保護(hù)，不僅僅是預(yù)防性養(yǎng)護(hù)僅對(duì)路面使用功能性提升，而且能夠保證路面結(jié)構(gòu)損壞出現(xiàn)的時(shí)間往后延長(zhǎng)5～10年，大大節(jié)省道路全壽命建設(shè)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。應(yīng)用于保存性養(yǎng)護(hù)的道路材料需滿足耐久性強(qiáng)、各項(xiàng)路用性能指標(biāo)突出的要求。隨著道路改性材料的推廣，一些非瀝青材料也逐步應(yīng)用到道路行業(yè)中。

聚氨基甲酸酯(簡(jiǎn)稱聚氨酯polyurethane，英文縮寫PU)是一種新型高分子合成材料。聚氨酯的研究開發(fā)最初是Otto Bayer等于1937年在德國(guó)勒沃庫(kù)森的I.G.Farben實(shí)驗(yàn)室開始。經(jīng)過80多年的發(fā)展，聚氨酯現(xiàn)已成為世界上6大合成材料之一。半個(gè)多世紀(jì)以來迅速用于制造纖維、膠黏劑、鋪裝材料等，目前已廣泛應(yīng)用于交通、建筑等領(lǐng)域。聚氨酯混合料，作為一種以聚氨酯為膠結(jié)料的新型路面鋪裝材料，與傳統(tǒng)瀝青膠結(jié)料相比，具有更好的耐久性、高溫穩(wěn)定性等路用性能，可以大幅減少養(yǎng)護(hù)維修頻率與費(fèi)用。聚氨酯膠結(jié)料的黏結(jié)強(qiáng)度高，也適合制成大孔隙混合料，在具有快速排水功能的同時(shí)也擁有良好的力學(xué)性能。這種路面材料正符合中國(guó)“海綿城市”的發(fā)展理念，對(duì)緩解中國(guó)城市內(nèi)澇，提升城市生態(tài)環(huán)境都有積極作用。此外，聚氨酯膠結(jié)料為水性材料，無毒環(huán)保，并可實(shí)現(xiàn)常溫拌和。綜上所述，將聚氨酯應(yīng)用于道路保存性養(yǎng)護(hù)，將具有較為理想的養(yǎng)護(hù)效果。

目前已有較多關(guān)于聚氨酯改性瀝青及混合料性能方面的研究。呂文江等對(duì)聚氨酯改性瀝青的制備工藝進(jìn)行了研究，向基質(zhì)瀝青中加入聚氨酯預(yù)聚體，確定了其最佳摻量。并對(duì)聚氨酯改性瀝青混合料與常見瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性與水穩(wěn)定性進(jìn)行了對(duì)比評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：聚氨酯改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性與低溫抗裂性能均明顯優(yōu)于SBS改性瀝青混合料；舒睿研究了制備溫度、時(shí)間對(duì)聚氨酯改性瀝青性能的影響，也對(duì)聚氨酯改性瀝青混合料與其他改性瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能進(jìn)行了對(duì)比分析；祁冰將聚氨酯改性瀝青應(yīng)用于橋面鋪裝，以改善鋼橋面變形大的問題。選用兩種不同類型的聚氨酯樹脂對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，通過拉伸試驗(yàn)、離析試驗(yàn)、熒光顯微鏡試驗(yàn)分析及布式黏度試驗(yàn)分別確定了兩種聚氨酯改性瀝青中各組分的最佳摻量及固化溫度，并通過一系列室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)兩種聚氨酯改性瀝青混合料的強(qiáng)度及路用性能進(jìn)行了研究。綜合目前的研究現(xiàn)狀，可以看出：關(guān)于聚氨酯材料在道路工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究中，大多數(shù)研究是將聚氨酯材料作為摻量較高的添加劑加入到瀝青中對(duì)其改性，而針對(duì)將純聚氨酯作為膠結(jié)料制備道路混合料的研究相對(duì)較少。

聚氨酯材料主要由多元醇(柔性鏈)和多異氰酸酯(剛性鏈)組成，多異氰酸酯和多元醇通常占到聚氨酯組成的80%以上，兩種原料的性能對(duì)聚氨酯性能影響較大。聚氨酯樹脂原料品種較多，導(dǎo)致聚氨酯材料的多樣化，應(yīng)用廣泛，這是聚氨酯樹脂的一大特色，它可以通過調(diào)整異氰酸酯與多元醇種類和分子量來制備不同硬度和彈性的聚氨酯材料。

綜上所述，聚氨酯黏合劑在鋪面工程領(lǐng)域內(nèi)的使用仍然具有較大研究空間。關(guān)于將聚氨酯作為單一膠結(jié)料制備道路混合料并測(cè)試性能的研究還相對(duì)較少，且關(guān)于不同多元醇和多異氰酸酯比例對(duì)于其性能的影響，也缺少較為全面的道路試驗(yàn)來進(jìn)行評(píng)價(jià)。該文通過試驗(yàn)對(duì)比聚氨酯混合料和瀝青混合料的路用性能，包括抗松散性能、低溫抗裂性能、高溫穩(wěn)定性能與抗滑性能，探究不同多元醇和多異氰酸酯比例對(duì)其性能造成的影響，為聚氨酯材料在道路工程領(lǐng)域的應(yīng)用與設(shè)計(jì)研發(fā)提供一定參考。

2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)材料

膠結(jié)材料包括70#基質(zhì)瀝青、4.5%SBS改性瀝青以及5種不同配比的聚氨酯。其中，瀝青的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 瀝青技術(shù)指標(biāo)

測(cè)試原料聚氨酯由巴斯夫聚氨酯特種產(chǎn)品(中國(guó))有限公司提供，在原聚氨酯配方基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，共提供5種不同配方樣品，聚氨酯-1～聚氨酯-5中，多元醇與異氰酸酯的比例分別為100∶40、100∶50、100∶60、100∶70、100∶80。

此外，采用由巴斯夫聚氨酯特種產(chǎn)品(中國(guó))有限公司生產(chǎn)的環(huán)保型固化劑JB-1與催化劑，固化劑與聚氨酯的質(zhì)量比為4∶10，催化劑與聚氨酯的質(zhì)量比為1∶80。

2.2 聚氨酯混合料制備方法

高分子聚合物的化學(xué)反應(yīng)速度與反應(yīng)溫度有關(guān)。聚氨酯固化反應(yīng)速度與反應(yīng)溫度成指數(shù)關(guān)系，隨溫度的上升，聚氨酯會(huì)快速固化。因此，為保證充裕的反應(yīng)時(shí)間，制備采用冷拌形式，不對(duì)石料或者攪拌鍋進(jìn)行加熱，在室溫條件下制備。需要注意的是，由于聚氨酯預(yù)聚體較活潑，容易與水分發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，影響體積穩(wěn)定性，因此，對(duì)粗、細(xì)集料及填料需在使用前充分干燥，待自然冷卻后使用。

由于聚氨酯早期無法提供足夠黏結(jié)力，單面擊實(shí)50次后，如果翻面重新計(jì)時(shí)，則原先壓實(shí)部分的石料將會(huì)在翻轉(zhuǎn)過程中重新散開，失去前期壓實(shí)效果。因此，聚氨酯采用單面擊實(shí)。

擊實(shí)完成后，聚氨酯尚不能提供足夠的黏結(jié)力，若按照有關(guān)瀝青規(guī)范，立即去除底座側(cè)放將會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料散落。為保證聚氨酯混合料具備充足的固化時(shí)間，借鑒水泥混凝土養(yǎng)生方案，將聚氨酯混合料在模底座中靜置固化24 h后再取出。

2.3 試驗(yàn)方案

2.3.1 肯塔堡飛散試驗(yàn)及浸水肯塔堡飛散試驗(yàn)

按標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)法成型馬歇爾試件，待強(qiáng)度形成后，將試件分為兩組：干燥組在20 ℃條件下養(yǎng)護(hù)7 d；浸水組在恒溫水浴20 ℃條件下養(yǎng)護(hù)7 d。以此分別評(píng)價(jià)聚氨酯混合料在干燥與浸水條件下的抗松散性能。試驗(yàn)參照J(rèn)TG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中T0733—2011進(jìn)行，以飛散后試件的質(zhì)量損失率作為評(píng)價(jià)其抗松散性能指標(biāo)。

2.3.2 凍融劈裂試驗(yàn)

凍融劈裂試驗(yàn)是一種常見的用來衡量材料低溫抗裂性能的試驗(yàn)方法。根據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中T0729—2000規(guī)定，加載速率采用50 mm/min，試件凍融前后各進(jìn)行4次平行試驗(yàn)。對(duì)于3種聚氨酯混合料以及瀝青混合料分別制作4組馬歇爾試件。將其中1組試件按JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中T0729—2011進(jìn)行制備。1組凍融循環(huán)為試件真空飽水后在-18 ℃冰箱中冷凍16 h，冷凍后立即放入60 ℃恒溫水箱中保溫24 h，隨后放入20 ℃水中浸泡0.5 h。另2組不處理的試件在20 ℃條件下養(yǎng)生2 h以上后進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3.3 低溫彎曲試驗(yàn)

為進(jìn)一步測(cè)量聚氨酯混合料在低溫下的力學(xué)性能，按照瀝青混合料彎曲試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行，測(cè)定混合料在規(guī)定溫度和加載速率時(shí)彎曲破壞的力學(xué)性質(zhì)。將輪轍成型的試件切割成30 mm×35 mm×250 mm的小梁，跨徑為200 mm，試驗(yàn)溫度為(-10±0.5) ℃，加載速率為50 mm/min。試件加載裝置為MTS萬能試驗(yàn)機(jī)。

2.3.4 高溫車轍試驗(yàn)

車轍試驗(yàn)是測(cè)試高溫穩(wěn)定性最常用的試驗(yàn)。其通過在恒溫箱內(nèi)施加輪載造成永久變形，模擬高溫下車輛行駛荷載對(duì)路面產(chǎn)生的車轍病害。按照J(rèn)TG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中T0719—2011對(duì)聚氨酯混合料和瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)，分析對(duì)比其高溫穩(wěn)定性，其中試驗(yàn)溫度設(shè)定為60 ℃，試件采用標(biāo)準(zhǔn)車轍試塊：300 mm×300 mm×50 mm，胎壓為0.7 MPa。車轍試驗(yàn)中，以動(dòng)穩(wěn)定度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.3.5 抗滑性能試驗(yàn)

抗滑性能是路面保證車輛行駛安全的最主要因素之一。路面表面的形貌在公路研究領(lǐng)域一般表述為路面構(gòu)造?；旌狭峡够阅苤饕譃楹暧^構(gòu)造以及微觀構(gòu)造抗滑性能。宏觀構(gòu)造指由于粒徑大小以及膠結(jié)料摻量、空隙率等因素影響而造成的路表不均勻程度，主要由骨料的形狀、粒徑、排列和空隙決定，受施工工藝、交通狀況和使用時(shí)間的影響。微觀構(gòu)造則指與輪胎接觸的集料表面的微觀構(gòu)造，集料頂部平滑的微觀構(gòu)造與胎面橡膠發(fā)生黏著摩擦，產(chǎn)生黏著摩擦力。微觀構(gòu)造主要由粗集料、膠結(jié)料膜膜厚度等因素決定。

由于聚氨酯混合料和瀝青混合料級(jí)配以及石料類型相同，因此構(gòu)造深度預(yù)計(jì)差距不大。因此，該文將主要通過測(cè)試擺值來比較兩者的抗滑性能。首先成型300 mm×300 mm×50 mm的標(biāo)準(zhǔn)車轍板，然后在車轍試件上用擺式儀測(cè)定摩擦系數(shù)。測(cè)試方法遵循JTG E60—2008《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》中T0964—2008執(zhí)行。在車轍板的同一個(gè)點(diǎn)上平行測(cè)定3次，取平均值作為該點(diǎn)的代表值。當(dāng)路面溫度為t℃時(shí)，測(cè)得的擺值為BPNt，按式(1)換算成20 ℃的擺值BPN20。

BPN20=BPNt+ΔBPN

(1)

式中：BPN20為換算成標(biāo)準(zhǔn)溫度20 ℃時(shí)的擺值；BPNt為路面溫度t時(shí)測(cè)得的擺值；ΔBPN為溫度修正值，溫度修正值按表2采用。

表2 溫度修正值

2.3.6 疲勞性能試驗(yàn)

四點(diǎn)小梁彎曲疲勞試驗(yàn)(簡(jiǎn)稱4PB)用于評(píng)價(jià)瀝青混合料的疲勞性能。按相關(guān)規(guī)范要求制備瀝青混合料試件，并切割成尺寸為380 mm×63.5 mm×50 mm的四點(diǎn)小梁試件。4PB試驗(yàn)中采用NfNM法作為判斷改性瀝青疲勞破壞的標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)溫度為25 ℃，加載頻率為10 Hz，應(yīng)變?yōu)? 000 με。每組試件3個(gè)平行樣品。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 肯塔堡飛散試驗(yàn)

將基質(zhì)瀝青、4.5%SBS改性瀝青及不同多元醇與異氰酸酯比例的聚氨酯制成混合料，并進(jìn)行未浸水與浸水條件下的肯塔堡飛散試驗(yàn)。不同種類混合料的肯塔堡飛散損失率對(duì)比如圖1所示。

圖1 不同種類混合料的肯塔堡飛散損失率對(duì)比

由圖1可得：未浸水組試件的飛散質(zhì)量損失率均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于20 ℃浸水7 d組的損失率，但無論浸水與否，不同混合料之間的對(duì)比排序基本一致。干燥條件下，不同混合料之間的抗飛散性能對(duì)比排序?yàn)椋壕郯滨?3>4.5%SBS改性瀝青>聚氨酯-2>聚氨酯-4>聚氨酯-5>聚氨酯-1>基質(zhì)瀝青。浸水后的抗飛散性能對(duì)比排序?yàn)椋?.5%SBS改性瀝青>聚氨酯-3>聚氨酯-4>聚氨酯-2>聚氨酯-5>聚氨酯-1>基質(zhì)瀝青。干燥與浸水條件下的飛散試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比說明，聚氨酯混合料的抗松散及水損害性能明顯優(yōu)于基質(zhì)瀝青，干燥條件下，經(jīng)過合適配方調(diào)配的聚氨酯混合料性能甚至能夠優(yōu)于4.5%SBS改性瀝青。但總體而言，聚氨酯混合料在抗松散性能方面的水敏感性高于SBS改性瀝青。

對(duì)不同多元醇與異氰酸酯比例的聚氨酯混合料進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)：隨著異氰酸酯比例的上升，聚氨酯混合料的抗松散性能呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)多元醇與異氰酸酯的比例為100∶60時(shí)，無論是干燥條件還是浸水條件下的混合料抗松散性能均為最佳。這說明，從聚氨酯混合料抗松散性能考慮，多元醇與異氰酸酯存在著最佳配比。當(dāng)異氰酸酯(剛性鏈)含量較高時(shí)，聚氨酯材料的交聯(lián)度大、極性強(qiáng)、內(nèi)聚能大，因此呈現(xiàn)出較強(qiáng)的抗飛散性能。但當(dāng)異氰酸酯的比例過高(多元醇∶異氰酸酯≥100∶70)時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)抗飛散性能下降的現(xiàn)象，分析認(rèn)為是以下原因造成：① 過量的異氰酸酯可能會(huì)加劇聚氨酯合成中副反應(yīng)的過程，導(dǎo)致多元醇與異氰酸酯的有效反應(yīng)不充分，減少了聚氨酯與石料的實(shí)際接觸面積，從而降低了混合料的內(nèi)聚性能；② 當(dāng)異氰酸酯比例較高時(shí)，聚氨酯材料的柔韌性較差、脆性較大，容易在外力的作用下產(chǎn)生裂紋。因此在試件成型壓實(shí)過程中，有可能對(duì)試件內(nèi)部造成損傷，導(dǎo)致其成型后的抗松散性能弱于異氰酸酯比例較低的聚氨酯混合料。

3.2 凍融劈裂試驗(yàn)

利用凍融循環(huán)中水的冷凍膨脹造成聚氨酯膜的破壞效果。分別對(duì)試件進(jìn)行凍融前后的劈裂強(qiáng)度測(cè)試，以表征其低溫抗裂性能及抗水損性能。不同混合料的凍融劈裂融試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同種類混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

由圖2可以看出：無論經(jīng)歷凍融循環(huán)與否，各類混合料的劈裂強(qiáng)度對(duì)比均呈現(xiàn)出聚氨酯混合料>4.5%SBS改性瀝青>基質(zhì)瀝青的現(xiàn)象。其中，未經(jīng)歷凍融循環(huán)時(shí)，隨著聚氨酯中異氰酸酯比例的增長(zhǎng)，其混合料的劈裂強(qiáng)度呈逐步上升的趨勢(shì)。而經(jīng)歷凍融循環(huán)后，聚氨酯混合料的劈裂強(qiáng)度則會(huì)隨著異氰酸酯比例的增長(zhǎng)而呈下降趨勢(shì)。從凍融劈裂強(qiáng)度比(TSR)這一指標(biāo)來看，3類混合料中，SBS改性瀝青具有最優(yōu)的抗水損害性能，低異氰酸酯比例的聚氨酯混合料與基質(zhì)瀝青混合料相近，而隨著異氰酸酯比例的上升，聚氨酯混合料的TSR指標(biāo)逐步下降，說明其抗水損害性能逐漸衰減，水敏感性上升。分析產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能為：

(1) 使用的5種聚氨酯膠結(jié)料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高，故在60 ℃水浴后也難以修復(fù)水分凍脹造成的聚氨酯膜破壞，產(chǎn)生的永久破壞導(dǎo)致聚氨酯混合料試件抗裂強(qiáng)度有較大幅度的下降。

(2) 當(dāng)聚氨酯混合料處于浸水、凍融循環(huán)的條件下，水會(huì)取代一部分多元醇與異氰酸酯進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致多元醇與異氰酸酯之間的有效反應(yīng)不充分，降低了聚氨酯混合料在浸水條件下的內(nèi)聚黏結(jié)性，使得TSR指標(biāo)下降。

但由圖2可知：即使聚氨酯混合料抗裂強(qiáng)度下降幅度大，但其強(qiáng)度絕對(duì)值相較于瀝青混合料仍比較大。通過3類混合料凍融后劈裂強(qiáng)度對(duì)比可知，聚氨酯混合料強(qiáng)度皆強(qiáng)于瀝青混合料。綜合凍融循環(huán)前后的強(qiáng)度對(duì)比，認(rèn)為多元醇與異氰酸酯的比例為100∶50的聚氨酯-2類混合料為最優(yōu)選擇。

3.3 低溫彎曲試驗(yàn)

利用低溫小梁彎曲試驗(yàn)測(cè)試試件的抗彎拉強(qiáng)度，以表征混合料的低溫性能。不同混合料的低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同種類混合料的低溫彎曲小梁試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

由圖3可知：不同聚氨酯混合料的抗彎拉強(qiáng)度值均高于基質(zhì)瀝青混合料與4.5%SBS改性瀝青混合料，說明相較于瀝青混合料，聚氨酯混合料具有更優(yōu)異的低溫抵抗荷載能力。隨著聚氨酯中異氰酸酯比例的增加，聚氨酯混合料的低溫性能逐步提高，但異氰酸酯比例過高(多元醇與異氰酸酯的比例為100∶80)時(shí)，這種低溫性能的提升效應(yīng)開始減弱。

3.4 高溫車轍試驗(yàn)

3類瀝青混合料高溫車轍試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 不同種類混合料的高溫車轍試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

由圖4可知：在同一級(jí)配同一摻量的情況下，聚氨酯混合料的高溫穩(wěn)定性顯著優(yōu)于瀝青混合料，且觀察試驗(yàn)后的試件可以發(fā)現(xiàn)：聚氨酯混合料基本無明顯車轍現(xiàn)象。隨著聚氨酯中異氰酸酯比例的增加，聚氨酯混合料的高溫穩(wěn)定性呈現(xiàn)逐步上升又下降的趨勢(shì)。較高異氰酸酯比例(多元醇∶異氰酸酯≥100∶80)下混合料試件的高溫穩(wěn)定性出現(xiàn)下降的現(xiàn)象是因?yàn)樵嚰嘈暂^大，可能在成型過程中內(nèi)部就已有裂紋產(chǎn)生來解釋。

由試驗(yàn)得到聚氨酯混合料具有優(yōu)異的抗車轍性能，可預(yù)測(cè)得到聚氨酯膠結(jié)料在極端高溫情況下仍能保持良好的性能。其不僅可以充分滿足一般道路的使用要求，同時(shí)相較于瀝青混合料，更適用于高溫重載交通路面。

3.5 抗滑性能試驗(yàn)

為了測(cè)試并對(duì)比各類混合料在磨耗前后的抗滑性能，分別將車轍試驗(yàn)前的試件與經(jīng)歷5 000次車轍試驗(yàn)的試件進(jìn)行抗滑性能測(cè)試，并將前后兩次的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖5所示。

圖5 不同種類混合料的抗滑性能對(duì)比

由圖5可知：總體上，3類混合料中，4.5%SBS改性瀝青混合料的抗滑性能最佳。低異氰酸酯比例的聚氨酯混合料抗滑性能不佳，甚至不如基質(zhì)瀝青，而隨著異氰酸酯比例的上升，其抗滑性能有明顯提高。當(dāng)異氰酸酯比例較高時(shí)，其抗滑性能達(dá)到甚至略微超過4.5%SBS改性瀝青的抗滑水平。

經(jīng)過5 000次車轍荷載碾壓后，各類混合料的抗滑性能對(duì)比有所不同。聚氨酯類混合料抗滑性能在抗磨耗方面的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)出來。3類混合料中，聚氨酯混合料磨耗后BPN值下降率最小，且異氰酸酯比例越大，BPN值下降率越小。這是因?yàn)閷?duì)于聚氨酯混合料來說，由于其與石料的黏結(jié)非常好，路表經(jīng)輪胎長(zhǎng)期磨損后，仍然會(huì)有一定厚度聚氨酯覆蓋在石料表面，從而起到一定保護(hù)作用。因此，聚氨酯混合料的長(zhǎng)期抗滑性能可能優(yōu)于瀝青混合料。并且通過對(duì)比可知，聚氨酯中異氰酸酯比例越大，抗滑性能與抗磨耗性能越好。

3.6 疲勞性能試驗(yàn)

對(duì)基質(zhì)瀝青混合料、4.5%SBS瀝青混合料以及5種聚氨酯混合料的小梁試件進(jìn)行4PB疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同種類混合料的疲勞性能對(duì)比

由圖6可以看出：3類混合料的疲勞性能對(duì)比為：4.5%SBS改性瀝青>聚氨酯混合料>基質(zhì)瀝青混合料。相對(duì)于基質(zhì)瀝青混合料，聚氨酯混合料抵抗變形的能力顯著提升，因此在反復(fù)荷載作用下，其內(nèi)部出現(xiàn)裂紋的時(shí)間會(huì)延后。但由于聚氨酯材料與SBS改性瀝青相比，其彈性性能較差，難以儲(chǔ)存耗散外力所做的功，因此聚氨酯混合料較“脆”，盡管模量較高，但一旦出現(xiàn)微小裂紋，內(nèi)部裂紋很容易迅速發(fā)展，最終導(dǎo)致疲勞破壞。

此外，隨著聚氨酯中異氰酸酯比例的增加，聚氨酯混合料的疲勞性能呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì)，但當(dāng)異氰酸酯比例過高(聚氨酯-5)時(shí)，該類聚氨酯混合料的疲勞性能有明顯的下降。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能在于混合料的模量較高，在切割小梁試件過程中，可能已經(jīng)受到外力導(dǎo)致試件內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，從而造成試驗(yàn)過程中疲勞破壞加速。

4 結(jié)論

該文對(duì)比了聚氨酯混合料與基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青混合料在路用性能方面的差異，探究了不同配比下聚氨酯混合料的性能。得出以下主要結(jié)論：

(1) 聚氨酯混合料的抗松散及水損害性能明顯優(yōu)于基質(zhì)瀝青，干燥條件下，經(jīng)過合適配方調(diào)配的聚氨酯混合料性能甚至能夠優(yōu)于4.5%SBS改性瀝青。但總體而言，聚氨酯混合料在抗松散性能方面的水敏感性高于SBS改性瀝青。異氰酸酯比例越大，聚氨酯混合料的抗松散性能越佳，但其脆性也會(huì)增加，在壓實(shí)過程中可能會(huì)對(duì)其強(qiáng)度有不利影響。

(2) 聚氨酯混合料的低溫抗裂性明顯優(yōu)于基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青混合料，且隨著異氰酸酯比例的增長(zhǎng)而上升。但經(jīng)歷凍融循環(huán)后，其劈裂強(qiáng)度下降幅度大，表明聚氨酯混合料的抗水損性能欠佳。綜合考慮劈裂強(qiáng)度與抗水損性，不同配方的聚氨酯混合料中，多元醇與異氰酸酯的比例為100∶50的聚氨酯-2類混合料為最優(yōu)選擇。此外，低溫彎曲梁試驗(yàn)結(jié)果也證明了聚氨酯混合料的低溫性能優(yōu)于瀝青混合料。

(3) 聚氨酯混合料具有優(yōu)異的高溫抗車轍性能，且基本隨著異氰酸酯比例的增大而提高。相較于基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青，聚氨酯混合料更適用于高溫重載交通路面。

(4) 低異氰酸酯比例的聚氨酯混合料抗滑性能較差，但隨著異氰酸酯比例的上升，其抗滑性能明顯提高，較高比例異氰酸酯的聚氨酯混合料的抗滑性能甚至略微超過4.5%SBS改性瀝青。此外，聚氨酯混合料的抗磨耗性能優(yōu)異，且隨著異氰酸酯比例的增大而提升。

(5) 聚氨酯混合料的疲勞性能明顯優(yōu)于基質(zhì)瀝青混合料，但仍劣于4.5%SBS改性瀝青混合料。隨著異氰酸酯比例的上升，聚氨酯混合料抵抗疲勞荷載的能力也逐漸增強(qiáng)，但當(dāng)異氰酸酯比例過高時(shí)，試件在切割過程中容易受到外力損傷，造成其疲勞性能下降。