隧道复合面层上面层混合料及其生产方法与流程

1.本发明属于沥青混合料技术领域，具体涉及一种隧道复合面层上面层混合料及其生产方法。


背景技术：

2.随着我国高等级公路的发展，公路隧道的数量不断增加，各级公路隧道可采用水泥混凝土路面，必要时刻采用阻燃性能好、有利用光电照明、反光特性良好的沥青面层结构。目前，隧道采用抗滑性好、噪音小、行车舒适的阻燃沥青路面铺装已成为发展趋势，其中，隧道复合面层上面层混合料采用沥青混合料，但是在实际应用过程中，沥青混合料不能兼顾良好的阻燃性能和路面性能。
3.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种隧道复合面层上面层混合料及其生产方法，以解决目前隧道复合面层上面层混合料应用中存在的不能兼顾良好阻燃性能和路面性能的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种隧道复合面层上面层混合料，按照重量份数计，所述隧道复合面层上面层混合料包括如下组分的原料：
7.sbs改性沥青4-7份、粗集料70-90份、细集料10-15份、矿粉6-10份、水泥1-3份、复合纤维0.2-0.5份、阻燃剂8-12份、抗剥离剂0.5-1份和表面活性剂0.3-0.6份。
8.可选地，所述粗集料包括粒径为11-15mm的碎石、粒径为6-11mm的碎石和粒径为3-6mm的碎石，其中，粒径为11-15mm的碎石、粒径为6-11mm的碎石和粒径为3-6mm的碎石的质量比为(35-40):(30-34):(5-9)；
9.所述细集料为机制砂，机制砂的粒径不大于3mm。
10.可选地，所述阻燃剂包括纳米氢氧化铝、水滑石类化合物、硅石和硅烷偶联剂，其中，纳米氢氧化铝、水滑石类化合物、硅石和硅烷偶联剂的质量比为(10-15):2:1:1。
11.可选地，所述复合纤维包括矿物纤维和聚酰亚胺纤维，其中，矿物纤维和聚酰亚胺纤维的质量比为1:1-1.5:1。
12.可选地，所述抗剥离剂为硬脂酸铝；所述表面活性剂为烷基羧酸盐阴离子表面活性剂、烷基硫酸酯盐阴离子表面活性剂、烷基磺酸盐阴离子表面活性剂中的一种或几种混合。
13.可选地，所述隧道复合面层上面层混合料还包括耐老化剂0.1-0.3份和稳定剂0.1-0.3份。
14.可选地，所述耐老化剂为硅橡胶、异戊橡胶和顺丁橡胶的混合，其中，硅橡胶、异戊橡胶和顺丁橡胶的质量比为(1-1.5):1:1；所述稳定剂为硅酸钠和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的混合，其中，硅酸钠和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的质量比为1:1-1:
1.5。
15.可选地，所述隧道复合面层上面层混合料的油石比为5.5-6.5％。
16.本发明还提出了一种如上所述的隧道复合面层上面层混合料的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：
17.步骤一，按照配比称取粗集料和细集料，加热搅拌混合，得到第一混合物；
18.步骤二，按照配比称取sbs改性沥青，并进行加热，得到热改性沥青；
19.步骤三，按照配比称取矿粉、水泥、复合纤维、阻燃剂和表面活性剂，搅拌混合得到第二混合物；
20.步骤四，先将步骤一得到的第一混合物和步骤三得到的第二混合物进行搅拌混合，得到第三混合物，然后将步骤二得到的热改性沥青加入至第三混合物中，继续搅拌混合，并保温，得到隧道复合面层上面层混合料。
21.可选地，步骤一中的加热温度为190-200℃；步骤二中的加热温度为170-180℃；步骤四中的保温温度为170-185℃；步骤三的第二混合物中还加入了耐老化剂和稳定剂。
22.有益效果：
23.本发明的隧道复合面层上面层混合料为沥青混合料，本发明的沥青混合混合料中各个原料之间具有较好的相容性、易分散，不仅具有较好的阻燃性能，同时还具有较好的路面性能，有效延长路面的使用寿命。其中采用矿粉和水泥作为填料，无需添加减水剂即可满足混合料的各项技术要求；复合纤维、阻燃剂、抗剥离剂和表面活性剂可以保证混合料具有良好的防滑性能、阻燃防火性能、耐久性能、分散性能和力学性能。
具体实施方式
24.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.针对目前隧道复合面层上面层混合料应用中存在的不能兼顾良好阻燃性能和路面性能的问题。本发明提供了一种隧道复合面层上面层混合料，本发明的混合料为沥青混合料，沥青混合料中各个原料之间具有较好的相容性、易分散，不仅具有较好的阻燃性能，同时还具有较好的路面性能，有效延长路面的使用寿命。
27.按照重量份数计，隧道复合面层上面层混合料包括如下组分的原料：
28.sbs改性沥青4-7份(比如4份、5份、6份、7份以及任意两端点值之间的区间值)、粗集料70-90份(比如70份、75份、80份、85份、90份以及任意两端点值之间的区间值)、细集料10-15份(比如10份、11份、12份、13份、14份、15份以及任意两端点值之间的区间值)、矿粉6-10份(比如6份、7份、8份、9份、10份以及任意两端点值之间的区间值)、水泥1-3份(比如1份、2份、3份以及任意两端点值之间的区间值)、复合纤维0.2-0.5份(比如0.2份、0.3份、0.4份、0.5份以及任意两端点值之间的区间值)、阻燃剂8-12份(比如8份、9份、10份、11份、12份以及任意两端点值之间的区间值)、抗剥离剂0.5-1份(比如0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1.0份以及任意两端点值之间的区间值)和表面活性剂0.3-0.6份(比如0.3份、0.4份、
0.5份、0.6份以及任意两端点值之间的区间值)。
29.本发明的沥青混合料中，采用矿粉和水泥作为填料，无需添加减水剂即可满足混合料的各项技术要求；复合纤维、阻燃剂、抗剥离剂和表面活性剂可以保证混合料具有良好的防滑性能、阻燃防火性能、耐久性能、分散性能和力学性能。矿粉与沥青拌合形成的沥青胶浆提供了沥青混合料骨架间良好的粘结力，对沥青混合料具有至关重要的作用。
30.本发明的沥青混合料中，sbs改性沥青的技术指标应符合表1sbs(i-d)型改性沥青技术要求的同时还应满足pg76-10的技术指标要求。
31.表1sbs改性沥青的质量技术要求
[0032][0033]
本发明的沥青混合料中，粗集料采用级配分布的碎石，以保证与沥青具有良好的粘结能力，即粗集料包括粒径为11-15mm的碎石、粒径为6-11mm的碎石和粒径为3-6mm的碎石，其中，粒径为11-15mm的碎石、粒径为6-11mm的碎石和粒径为3-6mm的碎石的质量比为(35-40):(30-34):(5-9)，比如质量比为35:30:5、38:32:7、38:33:8、40:34:9。
[0034]
本发明的沥青混合料中，细集料为机制砂，机制砂的粒径不大于3mm。优选地，机制砂的粒径不大于2.36mm。为了保证细集料与沥青具有良好的粘结力，机制砂优选为碱性石料机制砂，其质量技术符合表2的质量技术要求。
[0035]
表2混合料用细集料的质量技术要求
[0036]
项目单位位技术要求
表观相对密度，不小于t/m32.50坚固性(＞0.3mm部分)，不小于％12含泥量(小于0.075mm的含量)，不大于％3砂当量，不小于％60亚甲蓝值，不大于g/kg25棱角性(流动时间)，不小于s30
[0037]
本发明的沥青混合料中，矿粉可选为石灰岩或岩浆岩中的强极性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，矿粉的质量技术应符合表3矿粉的质量技术要求。
[0038]
表3混合料用矿粉的质量技术要求
[0039]
项目单位技术指标表观相对密度，不小于t/m32.5含水量，不大于％1粒度范围
ꢀꢀ
《0.6mm％100《0.15mm％90～100《0.075mm％75～100外观－无团料结块亲水系数－《1塑性指数-《4
[0040]
本发明的沥青混合料中，阻燃剂包括纳米氢氧化铝、水滑石类化合物、硅石和硅烷偶联剂，其中，纳米氢氧化铝、水滑石类化合物、硅石和硅烷偶联剂的质量比为(10-15):2:1:1(比如10:2:1:1、11:2:1:1、12:2:1:1、13:2:1:1、14:2:1:1、15:2:1:1以及任意两端点值之间的区间值)。其中，纳米氢氧化铝具有量子尺寸效应和表面效应，能够增强界面作用，改善无机物和聚合物基体的相容性，对阻燃效果起主导作用。可选地，纳米氢氧化铝的粒径为30-60nm(比如30nm、40nm、50nm、60nm以及任意两端点值之间的区间值)。水滑石类化合物的阻燃机理是气相阻燃，其受热分解产生的惰性气体可起到吸热、稀释、阻隔等多重作用。硅石的加入能够强化阻燃剂的抑烟效果，同时还具有一定的填充分散作用。硅烷偶联剂的加入能够改善各个组分之间的界面作用，提高各个组分之间的分散性和粘合力。本发明上述的阻燃剂能与混合料中各个原料具有很好的相容性，且易于分散，在提高混合料阻燃效果的同时，能够保证具有良好的路面性能。
[0041]
本发明的沥青混合料中，复合纤维包括矿物纤维和聚酰亚胺纤维，其中，矿物纤维和聚酰亚胺纤维的质量比为1:1-1.5:1(比如1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1以及任意两端点值之间的区间值)。
[0042]
其中，矿物纤维可选为玄武岩纤维和木质纤维，玄武岩纤维具有紧密的晶体结构，表面具有很好的浸润性，可以与沥青、水泥等其他原料紧密结构；且玄武岩纤维具有较高的弹性模量及适宜的断裂延伸率，有助于提高沥青混凝土弹性变形恢复能力。木质纤维是一种天然木材经过加工而成的有机纤维，加入后可以提高沥青混合料的油稳定性和吸附左右，从而提高沥青路面工程质量及耐久性；聚酰亚胺纤维中聚酰亚胺的主链上含有大量的芳基，燃烧是可缩合成芳构型碳，燃烧时产生的气体可燃性产物较少，故具有优异的阻燃效
果，且聚酰亚胺纤维具有较好的分散性，能够使得沥青、矿粉及其他原料之间较好的分散；同时聚酰亚胺纤维具有良好的吸附作用，加入后能吸附沥青，使得沥青的用量增加，集料表面的结构沥青膜增厚，从而提高沥青混合料的路面性能；此外，聚酰亚胺纤维能增加沥青和集料之间的粘附性，提高沥青混合料的黏度，加强集料间的粘结能力。
[0043]
可选地，聚酰亚胺纤维的长度为3-6mm(比如3mm、4mm、5mm、6mm以及任意两端点值之间的区间值)。
[0044]
复合纤维的加入可以增加混合料施工后所得路面的强度和抗疲劳性能，且纤维表面能够很好的吸附沥青从而沥青的析漏。同时，复合纤维对原料中集料分散问题起到有效抑制，且不会填堵骨架空间而导致空隙率减小，在不影响沥青混合料强度的同时增强其耐高温性能。需要说明的是，添加复合纤维的沥青路面的寿命是未加沥青路面的2-3倍。
[0045]
本发明的沥青混合料中，抗剥离剂为硬脂酸铝。
[0046]
本发明的沥青混合料中，表面活性剂为烷基羧酸盐阴离子表面活性剂、烷基硫酸酯盐阴离子表面活性剂、烷基磺酸盐阴离子表面活性剂中的一种或几种混合。表面活性剂能够改善沥青混合料压实工作鞋，减少老化，改善粘附的多种功能。
[0047]
进一步地，隧道复合面层上面层混合料还包括耐老化剂0.1-0.3份(比如0.1份、0.2份、0.3份以及任意两端点值之间的区间值)和稳定剂0.1-0.3份(比如0.1份、0.2份、0.3份以及任意两端点值之间的区间值)。耐老化剂的加入可以有效提高混合料的耐磨性和耐久性。稳定剂的加入可以使得混合料具有较佳的耐候性和耐拉性，使得产品质量稳定。
[0048]
本发明可选实施例中，耐老化剂为硅橡胶、异戊橡胶和顺丁橡胶的混合，其中，硅橡胶、异戊橡胶和顺丁橡胶的质量比为(1-1.5):1:1(比如1:1:1、1.2:1:1、1.3:1:1、1.5:1:1以及任意两端点值之间的区间值)；本实施例的耐老化剂具有交联作用，使得混合料中各组分紧密结合，从而提高沥青混合料的拉伸强度、撕裂强度和耐磨性，使得隧道复合面层上面层耐磨性更强，更耐用。
[0049]
本发明可选实施例中，稳定剂为硅酸钠和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的混合，其中，硅酸钠和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的质量比为1:1-1:1.5(比如1:1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5以及任意两端点值之间的区间值)。
[0050]
本发明的隧道复合面层上面层混合料的油石比为5.5-6.5％(比如5.5％、5.7％、6.0％、6.2％、6.5％以及任意两端点之间的区间值)。需要说明的是，这里油石比为sbs改性沥青与矿料(包括粗集料、细集料和矿粉)的质量百分比。
[0051]
本发明还提供了一种如上所述的隧道复合面层上面层混合料的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：
[0052]
步骤一，按照配比称取粗集料和细集料，加热搅拌混合，得到第一混合物；步骤一中的加热温度为190-200℃(比如190℃、192℃、194℃、196℃、198℃、200℃以及任意两端点之间的区间值)。
[0053]
步骤二，按照配比称取sbs改性沥青，并进行加热，得到热改性沥青。步骤二中的加热温度为170-180℃(比如170℃、172℃、174℃、176℃、178℃、180℃以及任意两端点之间的区间值)。
[0054]
步骤三，按照配比称取矿粉、水泥、复合纤维、阻燃剂和表面活性剂，搅拌混合得到第二混合物；
[0055]
步骤四，先将步骤一得到的第一混合物和步骤三得到的第二混合物进行搅拌混合，得到第三混合物，然后将步骤二得到的热改性沥青加入至第三混合物中，继续搅拌混合，并保温，得到隧道复合面层上面层混合料。步骤四中的保温温度为170-185℃(比如170℃、175℃、180℃、185℃以及任意两端点值之间的区间值)。
[0056]
进一步地，步骤三的第二混合物中还加入了耐老化剂和稳定剂。
[0057]
下面通过具体实施例对本发明隧道复合面层上面层混合料的生产方法进行详细说明。
[0058]
实施例1
[0059]
按照重量份数计，本实施例隧道复合面层上面层混合料包括如下组分的原料：sbs改性沥青6份、粗集料70份、细集料15份、矿粉8份、水泥2份、复合纤维0.2份、阻燃剂10份、抗剥离剂0.5份、表面活性剂0.3份、耐老化剂0.1份和稳定剂0.2份。其中，粗集料包括质量比为36:30:7的粒径为11-15mm的碎石、粒径为6-11mm的碎石和粒径为3-6mm的碎石，阻燃剂包括质量比为10:2:1:1的纳米氢氧化铝、水滑石类化合物、硅石和硅烷偶联剂，复合纤维包括质量比为1:1的矿物纤维和聚酰亚胺纤维，抗剥离剂为硬脂酸铝，表面活性剂为烷基羧酸盐阴离子表面活性剂，耐老化剂为质量比为1:1:1的硅橡胶、异戊橡胶和顺丁橡胶的混合，稳定剂为质量比为1:1.5的硅酸钠和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的混合；混合料的油石比为6.5％。
[0060]
本实施例隧道复合面层上面层混合料的生产方法包括以下步骤：
[0061]
(1)按照配比称取粗集料和细集料，加热搅拌混合，加入温度为190℃，得到第一混合物；
[0062]
(2)按照配比称取sbs改性沥青，并进行加热，加入温度为175℃得到热改性沥青；
[0063]
(3)按照配比称取矿粉、水泥、复合纤维、阻燃剂、表面活性剂、耐老化剂和稳定剂，搅拌混合得到第二混合物；
[0064]
(4)先将步骤(1)得到的第一混合物和步骤(3)得到的第二混合物进行搅拌混合，得到第三混合物，然后将步骤(2)得到的热改性沥青加入至第三混合物中，继续搅拌混合，并在170℃下保温，得到隧道复合面层上面层混合料。
[0065]
实施例2
[0066]
按照重量份数计，本实施例隧道复合面层上面层混合料包括如下组分的原料：sbs改性沥青6.5份、粗集料90份、细集料10份、矿粉6份、水泥1份、复合纤维0.5份、阻燃剂8份、抗剥离剂1份、表面活性剂0.5份、耐老化剂0.3份和稳定剂0.1份。其中，粗集料包括质量比为38:32:7的粒径为11-15mm的碎石、粒径为6-11mm的碎石和粒径为3-6mm的碎石，阻燃剂包括质量比为15:2:1:1的纳米氢氧化铝、水滑石类化合物、硅石和硅烷偶联剂，复合纤维包括质量比为1.5:1的矿物纤维和聚酰亚胺纤维，抗剥离剂为硬脂酸铝，表面活性剂为烷基羧酸盐阴离子表面活性剂，耐老化剂为质量比为1:1:1的硅橡胶、异戊橡胶和顺丁橡胶的混合，稳定剂为质量比为1:1的硅酸钠和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的混合；混合料的油石比为6.1％。
[0067]
本实施例隧道复合面层上面层混合料的生产方法包括以下步骤：
[0068]
(1)按照配比称取粗集料和细集料，加热搅拌混合，加入温度为195℃，得到第一混合物；
[0069]
(2)按照配比称取sbs改性沥青，并进行加热，加入温度为180℃得到热改性沥青；
[0070]
(3)按照配比称取矿粉、水泥、复合纤维、阻燃剂、表面活性剂、耐老化剂和稳定剂，搅拌混合得到第二混合物；
[0071]
(4)先将步骤(1)得到的第一混合物和步骤(3)得到的第二混合物进行搅拌混合，得到第三混合物，然后将步骤(2)得到的热改性沥青加入至第三混合物中，继续搅拌混合，并在170℃下保温，得到隧道复合面层上面层混合料。
[0072]
实施例3
[0073]
按照重量份数计，本实施例隧道复合面层上面层混合料包括如下组分的原料：sbs改性沥青5.5份、粗集料80份、细集料12份、矿粉8份、水泥3份、复合纤维0.4份、阻燃剂12份、抗剥离剂0.7份、表面活性剂0.6份、耐老化剂0.2份和稳定剂0.3份。其中，粗集料包括质量比为40:34:9的粒径为11-15mm的碎石、粒径为6-11mm的碎石和粒径为3-6mm的碎石，阻燃剂包括质量比为12:2:1:1的纳米氢氧化铝、水滑石类化合物、硅石和硅烷偶联剂，复合纤维包括质量比为1.3:1的矿物纤维和聚酰亚胺纤维，抗剥离剂为硬脂酸铝，表面活性剂为烷基羧酸盐阴离子表面活性剂，耐老化剂为质量比为1:1:1的硅橡胶、异戊橡胶和顺丁橡胶的混合，稳定剂为质量比为1:1.1的硅酸钠和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的混合；混合料的油石比为5.5％。
[0074]
本实施例隧道复合面层上面层混合料的生产方法包括以下步骤：
[0075]
(1)按照配比称取粗集料和细集料，加热搅拌混合，加入温度为200℃，得到第一混合物；
[0076]
(2)按照配比称取sbs改性沥青，并进行加热，加入温度为170℃得到热改性沥青；
[0077]
(3)按照配比称取矿粉、水泥、复合纤维、阻燃剂、表面活性剂、耐老化剂和稳定剂，搅拌混合得到第二混合物；
[0078]
(4)先将步骤(1)得到的第一混合物和步骤(3)得到的第二混合物进行搅拌混合，得到第三混合物，然后将步骤(2)得到的热改性沥青加入至第三混合物中，继续搅拌混合，并在185℃下保温，得到隧道复合面层上面层混合料。
[0079]
对比例1
[0080]
本对比例与实施例1的区别在于，混合料原料中，复合纤维只采用了矿物纤维，而并非采用聚酰亚胺纤维，其他原料及生产方法均与实施例1相同。
[0081]
对比例2
[0082]
本对比例与实施例1的区别在于，混合料采用采用现有市场销售的阻燃沥青。
[0083]
将实施例1-3和对比例1-2生产的隧道复合面层上面层混合料分别进行浸水马歇尔试验、车辙试验、冻融劈裂试验、耐火性能和抑烟性的测试，测试结果如表4所示。
[0084]
表4实施例1-3和对比例1-2所得混合料的性能数据
[0085][0086]
从表4的性能数据可以看出，相较于对比例1和对比例2，本发明实施例1-3制备得到的隧道复合面层上面层混合料兼顾良好的阻燃性能和路面性能。
[0087]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。