一种阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及市政道路建筑材料技术领域，尤其是一种阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料及其制备方法，特别是用于有轨电车-市政道路交叉口段的阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料及其制备方法。


背景技术：

2.在有轨电车轨道与道路交叉口段的路轨过渡区材料的服役性能与服役寿命难以达到预期。从常规经验看，路轨过渡区材料的开裂和损坏比常规路面发生的更频繁、更快速。究其原因，车辆驶过时由于克服高差会对路面造成冲击和振动，导致路轨过渡区材料在重复荷载下易出现变形不协同、抗裂抗拉能力不足以及耐久性不足。然而，轨道-道路交接处路面材料往往未经设计或选用不当，路轨过渡区的路面病害难以避免，严重影响有轨电车的运行安全。
3.在现有技术中轨道-道路交接材料通常采用沥青混凝土，沥青混凝土的力学性能、回弹性能、抗裂性能均难以令人满意，而且由于强度较低，无法抵抗车辆重载的频繁冲击。cn113737596a公开了以高性能水泥混凝土为搭接材料的有轨电车轨道施工方法，提供了由预拌干料、特种钢纤维和水组成的高性能水泥混凝土的制备方法，能够获得高强度、高韧性、优异耐久性的高性能混凝土，达到解决钢轨与结合部存在的下沉，剥落问题。但仍存在协同变形能力差、弹性性能不足等问题。
4.目前常规技术局限性主要体现在如下方面：
5.1)路轨过渡区材料难以兼顾强度与弹性恢复性能：高强混凝土弹性变形恢复能力和延展性往往不足，因此不能较好协同路轨过渡区两侧变形差异；柔性或半柔性材料具有良好的弹性恢复能力，却难以达到强度要求。
6.2)路轨过渡区路面材料阻裂抗拉能力不足：路轨过渡区经常承受频繁冲击荷载，如材料抗冲击性能不足，则在过渡区产生较多冲击裂纹和破坏。
7.因此，研发一种具有良好的阻裂抗拉能力与优异弹性恢复性能，以期减少路轨过渡区材料开裂与破坏，成为本领域技术人员急需解决的技术问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料及其制备方法，通过对原材料及组分进行设计，使材料兼具高强度以及优异的弹性恢复性能，能够起到阻裂抗拉的作用，从材料方面解决有轨电车-市政道路交叉口段的路轨过渡区材料频繁开裂破坏的难题。
9.本发明目的实现由以下技术方案完成：
10.一种阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料，其特征在于：以重量份计，该材料包括以下原材料组分：玄武岩纤维0.2-0.4份、弹性胶粉颗粒4-8份、多元醇聚合物6-8份、异氰酸酯8-10份、聚乙烯醇0.036-0.048份、聚二甲基硅氧烷0.03-0.04份、对苯二胺0.018-0.024份、玄武
岩集料74-84份。
11.所述玄武岩纤维的长度为5-10mm，直径为9-13μm，密度为2.65-3.00g/cm3，抗拉强度为3500-5000mpa，断裂伸长率为2.1-4.2％。
12.所述弹性胶粉颗粒的成分包含质量比为58：34：29：7的橡胶烃、天然橡胶、炭黑、灰分，其密度为1.13-1.15g/cm3，弹性模量8.0-9.1mpa。
13.所述多元醇聚合物为苯酐聚酯醇、脂肪族多元醇、芳香族多元醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚脲多元醇、松香聚酯多元醇中的一种或多种。
14.所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(tdi)、异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)、二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)中的一种或多种。
15.所述聚乙烯醇的平均分子量为80000-150000，其醇解度为85-89％，其属于分散助剂。
16.所述聚二甲基硅氧烷的平均分子量为50000，其属于消泡助剂。
17.苯二胺的分子量为108.14，其属于防老化助剂。
18.所述玄武岩集料中的粗集料压碎值小于24％，坚固性小于10％；所述玄武岩集料中的细集料含泥量小于2％；所述玄武岩集料的级配范围为：9.5mm筛孔通过率为96-100％，4.75mm筛孔通过率为66-88％，2.36mm筛孔通过率为36-70％，1.18mm筛孔通过率为22-58％，0.6mm筛孔通过率为14-52％，0.3mm筛孔通过率为8-20％，0.15mm筛孔通过率为3-10％，0.075mm筛孔通过率为0-8％。
19.一种涉及上述任一项所述的阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料的制备方法，其特征在于：
20.1)依据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料的设计要求确定玄武岩集料的重量份数，确定玄武岩集料的各档筛孔通过率；根据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料阻裂抗拉性能要求确定玄武岩纤维的重量份数；根据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料缓冲弹性性能要求确定弹性胶粉颗粒的重量份数；根据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料力学性能与耐久性能要求确定多元醇聚合物、异氰酸酯、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、对苯二胺的重量份数；
21.2)制备多元醇聚合物复合组分，其制备过程包括：称取多元醇聚合物，依次加入聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷与对苯二胺，在800-1000转/分钟搅拌速率下，常温均匀拌合8-10分钟，得到多元醇聚合物复合组分；
22.3)制备玄武岩纤维-弹性胶粉颗粒-异氰酸酯预聚体组分，其制备过程包括：称取异氰酸酯，依次加入弹性胶粉颗粒与玄武岩纤维，在400-500转/分钟的搅拌速率下，常温均匀搅拌1-2分钟，得到玄武岩纤维-弹性胶粉颗粒-异氰酸酯预聚体组分；
23.4)将步骤2)所得多元醇聚合物复合组分,缓慢倒入步骤3)所得的武岩纤维-弹性胶粉颗粒-异氰酸酯预聚体组分，在400-500转/分钟的搅拌速率下，常温均匀搅拌2-3分钟，得到混合物；
24.5)称取玄武岩集料，常温拌合30-60秒至其均匀分散，再倒入步骤4)所得混合物，继续拌合90-120秒，成型得到阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料。
25.本发明的优点是：
26.1)本发明制备的玄武岩纤维-弹性胶粉颗粒-异氰酸酯预聚体组分与多元醇聚合
物复合组分，可分别使玄武岩纤维与弹性胶粉颗粒在异氰酸酯中分散地更均匀；使聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷与对苯二胺在多元醇聚合物中混合均匀，从而提升热塑型缓冲弹性材料地本体性能。
27.2)在阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料中掺入玄武岩纤维，一方面其在材料内部构成一种均匀的乱向支撑体系，缓解材料的塑性收缩，另一方面分散的玄武岩纤维单丝可吸收材料因受拉而产生的断裂能，增强材料抗拉与韧性，有效减缓热塑型缓冲弹性材料产生裂纹和裂缝；进而提升有轨电车-市政道路交叉口段路轨过渡区材料的阻裂抗拉能力。
28.3)在阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料中掺入弹性胶粉颗粒，可有效提升材料的弹性恢复性能，增强材料的协同变形能力，进而提升有轨电车-市政道路交叉口段路轨过渡区材料的弹性恢复性能与力学性能。
具体实施方式
29.以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
30.实施例一：本实施例中的阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料的制备方法包括以下步骤：
31.1)依据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料的设计要求确定玄武岩集料为79份，玄武岩集料各档筛孔通过率为：9.5mm筛孔通过率为98％，4.75mm筛孔通过率为77％，2.36mm筛孔通过率为53％，1.18mm筛孔通过率为40％，0.6mm筛孔通过率为33％，0.3mm筛孔通过率为14％，0.15mm筛孔通过率为8％，0.075mm筛孔通过率为4％；根据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料阻裂抗拉性能要求确定玄武岩纤维的重量份数为0.3份；根据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料缓冲弹性性能要求确定弹性胶粉颗粒的重量份数为6份；根据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料力学性能与耐久性能要求确定多元醇聚合物、异氰酸酯、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、对苯二胺的重量份数分别为7份、9份、0.042份、0.035份、0.021份。
32.2)制备多元醇聚合物复合组分，其制备过程包括：称取多元醇聚合物，依次加入聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷与对苯二胺，在900转/分钟搅拌速率下，常温均匀拌合9分钟，得到多元醇聚合物复合组分。所述多元醇聚合物为聚醚三醇，属于脂肪族多元醇，其羟值为450-500mg koh/g；所述聚乙烯醇平均分子量为120000-140000，其醇解度为87％；所述聚二甲基硅氧烷的平均分子量为50000；所述对苯二胺的分子量为108.14。
33.3)制备玄武岩纤维-弹性胶粉颗粒-异氰酸酯预聚体组分，其制备过程包括：称取异氰酸酯，依次加入弹性胶粉颗粒与玄武岩纤维，在450转/分钟的搅拌速率下，常温均匀搅拌2分钟，得到玄武岩纤维-弹性胶粉颗粒-异氰酸酯预聚体组分。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(tdi)，粘度300mpa.s；所述玄武岩纤维长度为5-8mm，直径为9-13μm，密度为2.65-3.00g/cm3，抗拉强度为3500-5000mpa，断裂伸长率为2.2-4.0％；所述弹性胶粉颗粒的目数为60目。
34.4)将步骤2)所得多元醇聚合物复合组分,缓慢倒入步骤3)所得的武岩纤维-弹性胶粉颗粒-异氰酸酯预聚体组分，在500转/分钟的搅拌速率下，常温均匀搅拌3分钟，得到混合物。
35.5)称取玄武岩集料，常温拌合30秒至其均匀分散，再倒入步骤4)所得混合物，继续拌合90秒，成型得到阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料。
36.实施例二：本实施例相较于实施例一的不同之处在于，本实施例中针对阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料中的原材料组分以及制备工艺参数进行了改变。
37.1)依据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料的设计要求确定玄武岩集料为74份，玄武岩集料各档筛孔通过率为：9.5mm筛孔通过率为96％，4.75mm筛孔通过率为68％，2.36mm筛孔通过率为50％，1.18mm筛孔通过率为30％，0.6mm筛孔通过率为24％，0.3mm筛孔通过率为10％，0.15mm筛孔通过率为6％，0.075mm筛孔通过率为2％；根据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料阻裂抗拉性能要求确定玄武岩纤维的重量份数为0.4份；根据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料缓冲弹性性能要求确定弹性胶粉颗粒的重量份数为8份；根据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料力学性能与耐久性能要求确定多元醇聚合物、异氰酸酯、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、对苯二胺的重量份数分别为8份、10份、0.048份、0.04份、0.024份。
38.2)制备多元醇聚合物复合组分，其制备过程包括：称取多元醇聚合物，依次加入聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷与对苯二胺，在1000转/分钟搅拌速率下，常温均匀拌合10分钟，得到多元醇聚合物复合组分。所述多元醇聚合物为松香聚酯多元醇，其羟值为400-600mg koh/g；所述聚乙烯醇平均分子量为80000-120000，其醇解度为89％；所述聚二甲基硅氧烷的平均分子量为50000；所述对苯二胺的分子量为108.14。
39.3)制备玄武岩纤维-弹性胶粉颗粒-异氰酸酯预聚体组分，其制备过程包括：称取异氰酸酯，依次加入弹性胶粉颗粒与玄武岩纤维，在500转/分钟的搅拌速率下，常温均匀搅拌2分钟，得到玄武岩纤维-弹性胶粉颗粒-异氰酸酯预聚体组分。所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)，粘度490mpa.s；所述玄武岩纤维长度为6-10mm，直径为9-13μm，密度为2.65-3.00g/cm3，抗拉强度为3500-5000mpa，断裂伸长率为2.1-4.2％；所述弹性胶粉颗粒的目数为40目。
40.4)将步骤b所得多元醇聚合物复合组分,缓慢倒入步骤c所得的武岩纤维-弹性胶粉颗粒-异氰酸酯预聚体组分，在500转/分钟的搅拌速率下，常温均匀搅拌3分钟，得到混合物。
41.5)称取玄武岩集料，常温拌合60秒至其均匀分散，再倒入步骤d所得混合物，继续拌合120秒，成型得到阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料。
42.对上述实施例一和实施例二所制备得到的阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料进行性能测试，测试结果如下表所示。
[0043][0044]
从上表中可以得出，相比于c30水泥混凝土，上述两个实施例所提供的阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料的单位面积的总开裂面积均较小，表明其具有优异的阻裂性能，其中实施例一的阻裂性能略优于实施例二的阻裂性能。
[0045]
相比于ac-13普通基质沥青混合料，上述两个实施例所提供的阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料的抗弯拉强度、弯拉应变、疲劳寿命均较大，表明其具有良好的抗拉性能与耐久性能，其中实施例二的性能略优于实施例一的性能。
[0046]
上述两个实施例所提供的阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料的抗压强度与抗压回弹模量，均小于c30水泥混凝土，均大于ac-13普通基质沥青混合料，表明阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料具有良好的力学性能、弹性恢复性能、协同变形性能。
[0047]
综上所述，上述两个实施例制备的阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料具有优异的阻裂抗拉性能、良好的弹性恢复性能、良好的力学性能以及优秀的耐久性能，可适应路轨过渡区车辆的频繁荷载冲击以及，可协同路轨过渡区材料的变形差异，有效提升有轨电车与市政道路交叉口过渡区材料的耐久性和使用寿命。
[0048]
虽然以上实施例已经对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。

技术特征：
1.一种阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料，其特征在于：以重量份计，该材料包括以下原材料组分：玄武岩纤维0.2-0.4份、弹性胶粉颗粒4-8份、多元醇聚合物6-8份、异氰酸酯8-10份、聚乙烯醇0.036-0.048份、聚二甲基硅氧烷0.03-0.04份、对苯二胺0.018-0.024份、玄武岩集料74-84份。2.根据权利要求1所述的一种阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料，其特征在于：所述玄武岩纤维的长度为5-10mm，直径为9-13μm，密度为2.65-3.00g/cm3，抗拉强度为 3500-5000mpa，断裂伸长率为2.1-4.2%。3.根据权利要求1所述的一种阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料，其特征在于：所述弹性胶粉颗粒的成分包含质量比为58：34：29：7的橡胶烃、天然橡胶、炭黑、灰分，其密度为1.13-1.15 g/cm3，弹性模量8.0-9.1mpa。4.根据权利要求1所述的一种阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料，其特征在于：所述多元醇聚合物为苯酐聚酯醇、脂肪族多元醇、芳香族多元醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚脲多元醇、松香聚酯多元醇中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料，其特征在于：所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯（tdi）、异佛尔酮二异氰酸酯（ipdi）、二苯基甲烷二异氰酸酯（mdi）中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的一种阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料，其特征在于：所述聚乙烯醇的平均分子量为80000-150000，其醇解度为85-89%。7.根据权利要求1所述的一种阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料，其特征在于：所述聚二甲基硅氧烷的平均分子量为50000。8.根据权利要求1所述的一种阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料，其特征在于：苯二胺的分子量为108.14。9.根据权利要求1所述的一种阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料，其特征在于：所述玄武岩集料中的粗集料压碎值小于24%，坚固性小于10%；所述玄武岩集料中的细集料含泥量小于2%；所述玄武岩集料的级配范围为：9.5 mm筛孔通过率为96-100%，4.75 mm筛孔通过率为66-88%，2.36 mm筛孔通过率为36-70%，1.18 mm筛孔通过率为22-58%，0.6 mm筛孔通过率为14-52%，0.3 mm筛孔通过率为8-20%，0.15 mm筛孔通过率为3-10%，0.075 mm筛孔通过率为0-8%。10.一种涉及权利要求1-9中任一项所述的阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料的制备方法，其特征在于：1）依据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料的设计要求确定玄武岩集料的重量份数，确定玄武岩集料的各档筛孔通过率；根据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料阻裂抗拉性能要求确定玄武岩纤维的重量份数；根据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料缓冲弹性性能要求确定弹性胶粉颗粒的重量份数；根据有轨电车-市政道路交叉口段过渡区材料力学性能与耐久性能要求确定多元醇聚合物、异氰酸酯、聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷、对苯二胺的重量份数；2）制备多元醇聚合物复合组分，其制备过程包括：称取多元醇聚合物，依次加入聚乙烯醇、聚二甲基硅氧烷与对苯二胺，在800-1000转/分钟搅拌速率下，常温均匀拌合8-10分钟，得到多元醇聚合物复合组分；
3）制备玄武岩纤维-弹性胶粉颗粒-异氰酸酯预聚体组分，其制备过程包括：称取异氰酸酯，依次加入弹性胶粉颗粒与玄武岩纤维，在400-500转/分钟的搅拌速率下，常温均匀搅拌1-2分钟，得到玄武岩纤维-弹性胶粉颗粒-异氰酸酯预聚体组分；4）将步骤2）所得多元醇聚合物复合组分,缓慢倒入步骤3）所得的武岩纤维-弹性胶粉颗粒-异氰酸酯预聚体组分，在400-500转/分钟的搅拌速率下，常温均匀搅拌2-3分钟，得到混合物；5）称取玄武岩集料，常温拌合30-60秒至其均匀分散，再倒入步骤4）所得混合物，继续拌合90-120秒，成型得到阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料。

技术总结
本发明涉及市政道路建筑材料技术领域，尤其是一种阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料及其制备方法，以重量份计，该材料包括以下原材料组分：玄武岩纤维0.2-0.4份、弹性胶粉颗粒4-8份、多元醇聚合物6-8份、异氰酸酯8-10份、聚乙烯醇0.036-0.048份、聚二甲基硅氧烷0.03-0.04份、对苯二胺0.018-0.024份、玄武岩集料74-84份。本发明的优点是：针对有轨电车-市政道路交叉口中路轨过渡区材料在重复荷载下的变形不协同、抗裂抗拉能力不足以及耐久性不足等问题，本发明所提供的阻裂抗拉热塑型缓冲弹性材料具有较高的弹性恢复性能、优异的阻裂抗拉性能以及良好的耐久性能，可有效提升有轨电车与市政道路交叉口过渡区材料的耐久性和使用寿命。政道路交叉口过渡区材料的耐久性和使用寿命。


技术研发人员：姚青 张宇峰 李其秦 项迁 苏宁义 徐伟忠 孙梦洋
受保护的技术使用者：上海城建市政工程（集团）有限公司
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/7