聚氨酯改性沥青的发展研究综述

聚氨酯改性沥青的发展研究综述

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。但当前，传统的聚合物改性沥青在生产、贮存以及性能上仍差强人意。因此，需

要寻求一种可有效弥补上述缺陷的新型沥青改性剂。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，并分别从防水工程、路用工程和生物基与可

循环再利用三个方面概述了聚氨酯改性沥青的应用，提出了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：聚氨酯；改性沥青；聚合物；

0引言

为了能够有效应对上述沥青路面遇到的问题，提高沥青路面的通行质量和使

用寿命。针对道路石油沥青进行物化改性研究，以此大幅度提升沥青路面的使用

性能的关键技术，即聚合物改性沥青技术，受到道路工作者的高度重视。所谓改

性沥青技术，据我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的定义：“掺

加橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉或者其他材料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得

以改善而制成的沥青结合料”。但当前，在聚合物改性沥青的研究上仍面临以下三点亟待解决的关键性技术问题：相容性、溶胀、分散性。因此，寻求一种集高性

能与高附加值于一体的高分子沥青改性剂，是解决目前所面临问题的关键[1]。

聚氨酯是一种正在蓬勃兴起的有机高分子材料，应用聚氨酯作为沥青改性剂

无论是从耐久性能或是弹性恢复能力等均要强于传统的聚合物改性剂。这主要源

于聚氨酯改性剂的加入可以大幅度提高基质沥青的弹性性能，而这一性能的增加，可以对车辆负荷及环境荷载等因素下的塑性变形产生较强的抵抗能力。这将极大

地延长了沥青路面的使用寿命，并且能够有效提升道路的使用品质。聚氨酯改性

沥青的研究不仅丰富了我国改性沥青的品种，而且，在达到延长道路使用寿命效

果的同时，亦能降低公路的运营维修成本，提高沥青路面的行车舒适度等。

1聚氨酯改性沥青机理及其性能评价

目前，关于聚氨酯改性沥青机理的深入研究报道较少。众所周知，沥青的种

类并不是单一的。在道路建筑中最常用的沥青主要是石油沥青和煤沥青，其次是

天然沥青。通常，我国将道路石油沥青分成四个组分，饱和酚（少量极性分子和

环烷环）、环烷芳香酚、胶质（极性芳香烃）、沥青质，其由少量的氧、硫和氮

的高度缩合芳香环及带有若干环烷环、数目和长度不等的烷侧链组成[2]。通过对

目前几大类别的沥青组成成分及应用价值等综合因素进行深入分析发现，聚氨酯

适于改性石油沥青。

在国内外仍未对聚氨酯改性沥青技术建立起一套系统完整的评价体系，因此

可参照现行国内外对聚合物改性沥青的评价方法，主要包括：流变特性和微观结

构两方面。目前，我国针对聚合物改性沥青的性能评价还依赖于传统的“三大指标”。根据测试结果的变化程度来判断是否达到对基质沥青的预期改性效果[3]。

该方法的优势在于操作简便、测试费用低廉。缺点是对改性沥青结合料的关键工

作范围性能反映不足，很难掌握温度与负荷时间的最佳作用规律。沥青作为一种

典型的具有流变特性的材料，单纯依靠传统性能评价，无法全面地表征其在路面

使用过程中所出现的高、低温性状，因此，美国公路战略研究计划（SHRP）提出

的规范能够很大程度地弥补传统评价方法的不足。

2 聚氨酯改性沥青应用

2.1 防水工程

防水材料应用广泛，关系到民生问题，基本所有建筑都需要防水，如民房住宅、市政水道水渠、各种水利工程、道桥和各种地下工程等。聚氨酯原材料丰富，可供选择的就有 20多种，再经过进一步的排列重组，可生产出不同性能的聚氨

酯改性沥青防水材料。

2.2 路用工程

2.2.1 裂缝修补

通常，施工人员对高速公路沥青路面出现的中小裂缝都是先采用表面防水封

闭的办法进行处理，假如在表面防水封闭没有发挥实质效果之后，可以对路面进

行开凿、回填路基薄弱部分，然后用沥青混凝土对其重新浇筑。不过这个修复方

法有很多的缺点: 经济效率低、难操作、成本高，工期长，对交通的影响也比较大，可能以后还会出现重新开裂的情况[4]。改性聚氨酯作为一种新型修复材料，

能够非常的有效修复、加固路面出现的裂缝，让路基的承载力得到提高，最大程

度降低了雨水的侵蚀。但是改性聚氨酯可以对那些比较小的裂缝以及坑洞在一定

压力作用之下进行填充，配上适当的填料后其抗压强度甚至可以达到 10 MPa 之上，而且它的经济效益高，是一种理想的沥青路面裂缝修复材料。

2.2.2 沥青混合料胶结料

在作为沥青混合料的胶结料方面，Moran通过试验研究认为，沥青的贮存稳

定性及黏度可以通过促进异氰酸酯与沥青中与沥青中的羧酸反应来提高，以此证

明了聚氨酯改性沥青适宜作为铺路材料的胶结料。翟洪金等开发了一种聚氨酯改

性沥青的制备方法，将沥青和丙烯醇在引发剂诱导作用下制备含羟基沥青，再和

异氰酸酯反应，制得的聚氨酯改性沥青的低温性能优良，能够用在寒冷地区的道

路铺筑，达到延长道路的使用寿命效果。

2.3 生物基与可循环再利用

聚氨酯凭借优异的性能已荣升为“第五大通用塑料”，但昂贵的价格限制了其

应用领域，因此，迫切需要在生物基与可循环再生领域进行开发，以便使其成为

未来路用沥青材料研究发展的新方向[5]。目前，国外在聚氨酯改性沥青技术领域

研究相对系统，不但涉及了聚氨酯改性沥青技术，而且对生物基聚氨酯改性沥青

技术亦开展了系统的研究工作，同时在回收再利用方面也做了一定研究工作，但

其对聚氨酯改性沥青仍没有一整套系统的评价体系，因此使聚氨酯改性沥青的进

一步应用受到了限制。而国内关于聚氨酯改性沥青研究缺乏系统性和足够的理论

深度，据目前的研究成果来看，还不足以为实际路用工程应用提供成熟可靠的技

术支持。

3总结

目前国内外针对聚氨酯改性沥青已经开展了相关的研究工作，但大部分集中

在表面浅显的定性描述，未就聚氨酯改性沥青微观结构的量化表征与实际路用性

能的影响相关联进行分析。在聚氨酯原材料选择方面，应该做到未雨绸缪，用发

展眼光去发现与解决问题，面对石油资源的日益枯竭，应当从生物基与可循环再

利用方面入手，扩充聚氨酯改性剂原料的种类，丰富聚氨酯改性剂的品种。总之，随着我国公路建设步伐的加快，对高性能、实用化沥青路面材料的迫切需求，必

将为聚氨酯改性沥青技术的发展提供了广阔的应用前景及发展空间。