环保降噪型聚氨酯橡胶颗粒混合料的制备优化、作用机理及胶石协同表征研究

Mixing Polyurethane binder, rubber granulates with the appropriate aggregate can manufacture pavement mixture which has a good performance of environmental protection and noise reduction. Based on the current research status of polyurethane binder, and by means of Gas chromatography-Mass spectrometry (GC-MS) and Differential Scanning Calorimeter (DSC) , this project will fabricate the pavement noise reduction materials, and propose the evaluation index of the road polyurethane rubber granulate mixtures. The evaluation index of skeleton interlocking ability will be proposed based on the characterization on the skeleton interlocking with the X-ray CT. The performance degradation mechanism of polyurethane rubber granulate mortar will be investigated by using the infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. The noise reduction performance and evaluation system of the mixtures will be tested by using the impedance tube for sound absorption test and Near-Grazing Incidence tests. The evaluation indexes of coordinated deformation between binder and aggregate will be put forward on the basis of anti-raveling performance of mixtures, and the attenuation characteristic of noise in the process of coordinated deformation between binder and aggregate will be evaluated based on Hamburger Rutting test. The technical performance and their application feasibility of different mixtures will be quantitatively characterized as the functional pavement layer based on the lab performance test. This project can be served as a good reference for reducing traffic noise, improving living environment and bettering driving comfort.

将聚氨酯胶粘剂与橡胶颗粒混合，再配以合适的集料骨架制备路用混合料，可具有良好的环保降噪性能。本项目结合聚氨酯胶粘剂和路面降噪材料的研究现状，基于气质联用仪（GC-MS）和差示扫描量热仪（DSC）等技术手段，提出路用聚氨酯的评价指标，优化聚氨酯橡胶颗粒混合料的制备；基于X-ray CT分析其骨架形态特征，提出骨架嵌挤能力的细观评价指标；通过红外光谱，扫描电镜等技术研究聚氨酯橡胶颗粒砂浆的性能衰减机理；通过驻波法声学实验和Near-Grazing Incidence实验研究混合料的降噪性能，并建立降噪评价体系；基于汉堡车辙试验研究噪声随胶石协同变形过程的衰减规律，并结合抗剥落性能提出胶石协同变形的评价指标；通过室内性能试验对不同类型混合料作为功能层的技术性能进行量化表征，并研究其适用性。本项目对于降低交通噪音、改善居住环境、提高行车舒适性将具有良好的参考价值。

为了改善汽车噪声的对居民日常生活的干扰，将聚氨酯胶黏剂与橡胶颗粒混合，再配以合适的集料制备成聚氨酯混合料，既可以有效的吸收轮胎与路面振动产生的噪声，又能够使废旧胶粉得到循环利用，具有较强的研究意义及应用前景。本项目通过对典型聚氨酯胶粘剂类型进行分析，提出了硬化时间、体积安定性和质量稳定性三个评价指标。根据聚氨酯混合料材料特性，自主开发了圆柱静压成型装置、直接拉伸试件成型装置、平板成型装置和小型圆柱型试件成型装置等聚氨酯混合料成型装置。利用直接拉伸试验，研究了不同掺配比例聚氨酯混合料直接拉伸特性，通过分析其破坏应力、破坏应变和破坏断裂能研究其强度特性并给出最佳胶水用量；通过高温车辙试验、冻融拉伸试验、长期老化试验、渗水试验、抗滑性试验和飞散试验研究不同类型聚氨酯混合料路用性能，提出了聚氨酯橡胶颗粒混合料的制备工艺。通过单轴压缩动态模量试验研究不同类型聚氨酯混合料动态模量和相位角随温度和加载频率变化的规律和特性，研究了聚氨酯混合料的力学特性。.通过聚氨酯混合料直接拉伸试验和加速磨耗试验，优选出与聚氨酯胶黏剂粘接强度较高，并能使聚氨酯混合料抗松散性能较高、抗滑性能最佳，粒径为1.18-2.36mm的细集料岩性与掺量。利用化学试验和仪器分析的方法对本研究使用的聚氨酯胶黏剂羟基和异氰酸酯组分的掺配比例进行了研究，确定了羟基组分和异氰酸酯按照5:1反应后的状态。基于交联机理，通过不同的组分掺配比例、养生温度与养生时间，建立拉伸强度与聚氨酯混合料抗松散性能的关系。结合聚氨酯胶黏剂的拉伸弹性模量，提出了有助于聚氨酯混合料抗松散性能的聚氨酯胶黏剂技术指标。对比了不同聚氨酯混合料在高温、长期热老化以及水侵蚀条件下的抗松散性能，评价了90oC&6h制备条件下的聚氨酯混合料具有较高的抗松散性能；通过测试90oC&6h制备条件下聚氨酯混合料的轮胎/路面噪声水平和声波吸收性能研究，表明相较于传统沥青混合料，其降噪性能突出，降噪水平可达10-11dB。