CN106946502B - 一种温拌阻燃改性沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温拌阻燃改性沥青混合料及其制备方法，首先将阻燃剂加入到熔融沥青中，搅拌混合均匀获得阻燃改性沥青；将获得的阻燃改性沥青在搅拌下加入到加热的粗细集料中，最后加入温拌液和矿粉，搅拌混合均匀制得温拌阻燃改性沥青混合料。本方法一方面提高沥青的氧指数，减少施工时有毒气体排放，降低生产设备损失，另一方面将大大降低施工时的拌合及摊铺温度，极大地改善其路用性能。

Description

一种温拌阻燃改性沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种温拌阻燃改性沥青混合料及其制备方法，属于道路工程领域。
背景技术
国内外调查表明，沥青路面不仅会参与火灾的产生与发展，同时在火焰的炙烤下也会发生剧烈的性能变化。虽然水泥混凝土路面的耐火性能要高于沥青混凝土路面，但由于沥青路面具有优良的路用性能，是高等级公路的首选路面结构形式，我国绝大多数高等级公路都选择了沥青路面结构形式。阻燃材料在火灾安全性上比未阻燃的同类材料要好得多，虽然不能成为不燃材料，但是它们可以减缓燃烧让人们赢得时间，减少火灾的发生，防止小火发展成为灾难性的大火。
复合阻燃剂APFR是通过硅系阻燃剂、铝系阻燃剂以及抑烟剂协同作用，达到了对沥青阻燃改性的目的。硅系阻燃剂主要通过游离基机理来达到阻燃作用。在燃烧初期，发生分解生成一层粘稠的半固态物质和游离基。这种粘稠的半固态物质覆盖于沥青表面有效的隔离了氧气和热，起到阻燃作用；而游离基能捕捉到H和OH游离基，使火焰中的H和OH游离基浓度大大下降，从而起到中止燃烧链式反应式的目的。在燃烧中期和后期，烟雾量增大，温度进一步升高，此时抑烟剂也开始分解，抑制烟雾生成。同时铝系阻燃剂发生分解，并生成水。这个反应本身是吸热反应，反应物中的水也能吸收大量的热，减慢了凝聚相内温度的上升，减缓了沥青的分解，降低了体系温度，达到阻燃目的。
温拌技术是近年来逐步在全球发展的一种沥青混合料技术。其主要目标是“节能减排”，通过加入特殊的添加剂或水，或采用特殊的材料加工工艺，降低沥青的粘性，使其可以在较低的温度条件下压实成型，并具有与其他条件相同的HMA(热拌)基本一样的路用性能。现今，虽然温拌、阻燃两种技术的单独应用都已经较为成熟，但两者共同添加的情况较少，这其中可能存在相互影响问题。
发明内容
为了改进现有技术，填补上述技术空白，本发明旨在提供一种温拌阻燃改性沥青混合料及其制备方法，其不但降低生产能耗、提高氧指数，而且改善施工环境、节能环保。
本发明温拌阻燃改性沥青混合料，其原料按质量份数构成如下：
Figure BDA0001276999670000021
本发明温拌阻燃改性沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
首先将阻燃剂加入到熔融沥青中，搅拌混合均匀(搅拌20-30min)获得阻燃改性沥青；将获得的阻燃改性沥青在搅拌下加入到加热的粗细集料中，最后加入温拌液和矿粉，搅拌混合均匀制得温拌阻燃改性沥青混合料。
所述沥青为普通改性沥青，即市售的5％SBS改性沥青。熔融沥青的温度控制在155℃-165℃。
所述阻燃剂为重庆智翔公司生产的复合阻燃剂APFR。
所述粗细集料为常用筑路材料，粗细集料中粗集料和细集料之间的质量比控制在13-15:5。
所述矿粉为普通常用矿粉。
所述温拌液为Evotherm生产的FDAT-F6温拌液，pH值为7.0-8.0。
所述温拌液与沥青的质量比为5:95。
所制得的阻燃改性沥青加热并恒温至175℃-180℃。
粗细集料的加热温度控制在135-140℃。
所述温拌阻燃改性沥青混合料的出料温度控制在130℃-135℃。
本发明采用的DAT-F6温拌液是一种用于生产温拌沥青混凝土的添加剂。该产品具有改善沥青混合料压实工作性，减少老化，改善粘附的多种功能。可以把沥青混合料拌合、摊铺和碾压温度降低30-60℃。温拌混合料特别适用于沥青超薄罩面、长大隧道施工及低温施工。
本发明的有益效果体现在：
一方面同时具备了阻燃改性沥青和温拌改性沥青的优点，提高了沥青的氧指数，在隧道中使用时可以减缓大火的燃烧；另一方面由于温拌添加剂的效果其具有较低的拌合及摊铺温度，生产过程中降低损耗和改善路用性能同时也具有节能环保的优点。
附图说明
图1为本发明温拌阻燃改性沥青混合料的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
初步选取重庆智翔公司生产的复合阻燃剂APFR和美德时维克公司的温拌添加剂DAT-F6温拌液。下面将结合具体实例说明阻燃剂和温拌液各自的性能以及验证两者在拌合过程中是否发生反应，最后在检验两者共同混合后对路面性能的提升。
实施例1：
Ⅰ-A实验用材料以四个马歇尔试件用量为标准，具体配比按质量份构成如下：
APFR复合阻燃剂 30.3份
DAT-F6温拌液 5.5份
水 26.6份
具体实施方法：
试验过程1：拌合DAT-F6温拌液，加热使其温度保持在60℃，测其pH值为7.20；向DAT-F6温拌液中加入APFR复合阻燃剂，用玻璃棒搅拌30s，称其质量为62.4份，把拌好的的混合液放入125℃的烘箱中恒温2h；取出混合液静置使其温度为60℃；向其中加入60℃的水，使其总质量为62.4份，测其pH值为8.25。
试验过程2：将10.1份的水和APFR复合阻燃剂拌合并加热，使其温度保持在60℃，测得其pH值为8.37；将DAT-F6温拌液加入上述配合好的混合液中，用玻璃棒搅拌30s，称其质量为33.5份，把拌合好的混合液放入125℃烘箱中保温2h；取出混合液，并向其中加入60℃的水，使其总质量仍为33.5份；静置使混合液的温度降为60℃，测得其pH值为8.26。
实验结果可得，过程1和过程2中，由阻燃剂提供的物质量分别为和；试验过程1和过程2最终得到的pH值分别为8.25和8.26。因此可得单从pH值考察DAT-F6温拌液和APFR复合阻燃剂的相容性知，他们可相容但不会发生相互间的酸碱反应。
Ⅰ-B材料用量以车辙板实验用量为标准，具体配比按质量份构成如下：
Figure BDA0001276999670000031
具体实施方法：
实验过程：称取钢锅的质量563.3份，称取复合阻燃剂33.8份放入钢锅中；称取DAT-F6温拌液5.7份，加入水至总质量为67.5份；将DAT-F6温拌液与水的混合液加入钢锅中，置于电炉上进行烘烤，边烤边搅拌，同时用红外温度仪检测温度，控制温度不得超过200℃(一般改性沥青混合料施工中的加热温度不会超过200℃)；待完全烘干后，降温至室温，秤取剩余物料连同钢锅的总重，扣除钢锅重后得到烘烤后复合阻燃剂、DAT-F6的总重为39.4份；重复以上步骤得到第二次烘烤后复合阻燃剂、DAT-F6的总重为39.7g；重复步骤得到第三次烘烤后复合阻燃剂、DAT-F6的总重为39.9份。
实验结果中，烘烤之前复合阻燃剂和DAT-F6温拌液的总重为39.5份，三次烘烤后其总重分别为39.4份、39.7份、39.9份，可见烘烤前后复合阻燃剂、DAT-F6总重基本没有发生变化。复合阻燃剂、DAT-F6经烘烤之后不会发生质量损失。
综合上述实验结果可判断，在拌合生产以及沥青混合料在运输、摊铺、碾压过程中将不会产生反应，即不存在相容性问题。
实施例2：
将0.25质量份复合阻燃剂APFR加入到5质量份熔融沥青中，搅拌混合20-30min获得阻燃改性沥青。
本实施例中，所采用普通改性沥青为5％SBS改性沥青，所采用沥青为70#沥青，搅拌时所采用的转子型号为LVD-Ⅱ，转速为100RPM。所采用的温度分别为95℃、135℃、155℃、175℃。
得实验数据表如下：
表1：普通改性沥青和复合阻燃改性沥青技术指标
从表1可知，除衡量阻燃性优劣的指标的氧指数比普通改性沥青材料有明显增大以外，阻燃改性沥青材料的其他指标与普通改性沥青材料均基本接近。
DAT-F6温拌液可以使沥青混合料拌合、摊铺和碾压温度降低30-60℃，其对粘度影响数据如下：
表2：基质沥青加入温拌液前后的粘度
Figure BDA0001276999670000051
表3：阻燃改性沥青加入温拌液前后的粘度
Figure BDA0001276999670000052
由表2、表3可知，基质沥青和阻燃改性沥青在加入温拌液后，粘度均有明显的下降。
实施例3：
通过室内马歇尔试件可测得中面层AC-20的最佳油石比为4.1％，上面层AC-13的最佳油石比为5.0％。最佳油石比下的沥青混合料的拌合步骤如下：
取50ml烧杯或者纸杯，充分湿润后，按照配比量称取各原料；将粗细集料加热至135-140℃(加热温度一般比出料温度高10-20℃)，将加热好的粗细集料(需要时加纤维)放入预热好的拌合锅并干拌；用拌铲将干拌后的粗细集料拉成一斜面，露出拌锅底部；将155-165℃下的熔融沥青(温度与热拌同)倒入露出来的拌锅底部；搅拌桨下降，降到正好可以将烧杯探入的位置，将温拌液倒在沥青液面上，尽量避免倒在粗细集料上，降下搅拌桨开始搅拌，搅拌时间为2min；略微升起搅拌桨，倒入矿粉(不加热)，再次搅拌(一般不多于1min)；出料，出料温度一般比同型号的热板混合料低30-60℃；混合料在设定的击实温度(一般比同型号的热拌混合料低30-60℃)条件下恒温2h后击实，对于骨架型级配，成型方法采用旋转击实。
实验数据如下表：
表4AC-20矿料配合比及油石比
Figure BDA0001276999670000053
表5AC-13矿料配合比及油石比
Figure BDA0001276999670000061
最佳油石比下的AC-20沥青混合料性能检验：
①水稳定性检测
采用规定条件下和非规定条件下的冻融劈裂试验两种实验。进行5组实验，每组实验用马歇尔击实仪双面击实各50次，每组试件数目不少于8个。首先测定试件的各项物理指标，然后随机将试件分成两份，每份数目不少于4个。将第一份试件室温保存备用，另一份试件按规范饱水实验法真空饱水，取出试件放入塑料袋中加入10ml的水扎紧，在-18℃±2℃下，冷冻16h±1h。接下来取出袋中试件并将两份试件置入25℃±2℃水中至少2h。最后取出试件，按规范进行劈裂试验，得到最大荷载。
表6AC-20冻融劈裂实验结果
Figure BDA0001276999670000062
②高温性能检测
首先将试件连同试模仪器置于60℃±1℃的恒温室中至少5h但不多于24h，并在试验轮不行走的部位上粘贴热电隅温度计。然后将试件连同试模置于轮辙试验机的实验台上，保证行走方向与试件碾压方向一致。开动车辙变形记录仪，启动试验机，使车轮往返新邹1h或最大变形达到25mm为止。记录变形曲线和实验温度。
表7AC-20车辙实验结果汇总表
Figure BDA0001276999670000071
最佳油石比下的AC-13沥青混合料性能检验：
①水稳定性检测(实验过程同AC-20所进行实验)
表8AC-13冻融劈裂实验结果
Figure BDA0001276999670000072
②高温性能检测(实验过程同AC-20所进行实验)
表9AC-13车辙实验结果汇总表
Figure BDA0001276999670000073
通过以上表格可以得出，在最佳油石比下，该温拌阻燃沥青混合料氧指数较普通改性沥青有较大提升，具有较好的阻燃抑烟效果，其针入度、延度、软化点都达到国家标准的相关要求，同时也大大降低了混合料的拌合温度。而且该混合料在性能测试中也具有较好的实用性，低温、高温稳定性都较好。各项性能也满足《公路沥青路面施工技术规范》要求，在道路材料的应用领域具有良好的前景。

Claims (1)

1.一种温拌阻燃改性沥青混合料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
首先将阻燃剂加入到熔融沥青中，搅拌混合均匀获得阻燃改性沥青；将获得的阻燃改性沥青在搅拌下加入到加热的粗细集料中，最后加入温拌液和矿粉，搅拌混合均匀制得温拌阻燃改性沥青混合料；
各原料按质量份数构成如下：
Figure FDA0002169249570000011
所述沥青为普通改性沥青，即市售的5％SBS改性沥青；
所述阻燃剂为复合阻燃剂APFR；
所述粗细集料中粗集料和细集料之间的质量比控制在13-15:5；
所述温拌液为FDAT-F6温拌液，pH值为7.0-8.0；
所制得的阻燃改性沥青加热并恒温至175℃-180℃；粗细集料的加热温度控制在135-140℃；所述温拌阻燃改性沥青混合料的出料温度控制在130℃-135℃；
熔融沥青的温度控制在155-165℃。
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