一种温拌阻燃sma沥青混合料及其制备方法及用途及施工方法
阅读说明：本技术 一种温拌阻燃sma沥青混合料及其制备方法及用途及施工方法 (Warm-mixed flame-retardant SMA asphalt mixture, and preparation method, application and construction method thereof ) 是由 王丽丽 高振华 仲光昇 梁忠善 沈剑 于 2021-07-03 设计创作，主要内容包括：本申请涉及沥青道路建设技术领域,具体公开了一种温拌阻燃SMA沥青混合料及其制备方法及用途及施工方法。一种温拌阻燃SMA沥青混合料包括SBS改性沥青、集料、纤维、Sasobit温拌剂和阻燃剂；其制备方法为：S1,将粗集料、细集料和SBS改性沥青加热并烘干；S2,将SBS沥青混合料加入拌锅搅拌均匀；S3,将S2中的混合料放入烘箱中成型。本申请的温拌阻燃SMA沥青混合料的施工方法包括摊铺、初压、复压以及终压等步骤。本申请的温拌阻燃SMA沥青混合料可用于隧道和路面铺装,其具有优良的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和水稳定性,路用性能优于热拌混合料；另外,本申请的制备方法和施工方法中温拌阻燃SMA混合料可降低拌和、摊铺、压实温度20℃左右。(The application relates to the technical field of asphalt road construction, and particularly discloses a warm-mixed flame-retardant SMA asphalt mixture, and a preparation method, application and construction method thereof. A warm-mix flame-retardant SMA asphalt mixture comprises SBS modified asphalt, aggregate, fiber, Sasobit warm-mix agent and flame retardant; the preparation method comprises the following steps: s1, heating and drying the coarse aggregate, the fine aggregate and the SBS modified asphalt; s2, adding the SBS asphalt mixture into the mixing pot and uniformly stirring; and S3, placing the mixture obtained in the S2 into an oven for forming. The construction method of the warm-mix flame-retardant SMA asphalt mixture comprises the steps of paving, initial pressing, re-pressing, final pressing and the like. The warm-mix flame-retardant SMA asphalt mixture can be used for paving tunnels and road surfaces, has excellent high-temperature anti-rutting performance, low-temperature anti-cracking performance and water stability, and has road performance superior to that of a hot-mix mixture; in addition, the warm-mixed flame-retardant SMA mixture in the preparation method and the construction method can reduce the temperature of mixing, paving and compacting by about 20 ℃.)
技术领域
本申请涉及沥青道路建设
技术领域
，更具体地说，它涉及一种温拌阻燃SMA沥青混合料及其制备方法及用途及施工方法。背景技术
近些年来，随着我国道路建设事业的迅速发展，交通及气候条件对高速路面使用性能的要求也越来越高，一方面高速公路行驶车辆的重载、超载和渠化交通加重了车辆对路面的破坏；另一方面，我国多数地区四季温差变化很大，沥青路面经受着各种各样的气候条件变化；因而对高质量路用沥青的需求不断增加。因此，对沥青进行改性就是一种人们用来提高沥青质量的常规方法。
改性沥青是在沥青中掺入橡胶、树脂、高分子聚合物或其他填料等改性剂，提高沥青的高温性能、低温性能、耐久性、抗老化性等性能，从而提高沥青路面的使用性能。由于SMA沥青混合料具有高温抗车辙能力、低温抗裂性能和水稳定性等特点，故在我国得到迅速的发展。
但SMA沥青混合料施工温度高，集料加热温度在180-190℃之间，出料温度需控制在175-185℃之间。由于施工温度高，在施工过程中将会产生大量的沥青烟，环境污染重，能量消耗严重等缺点；如果在北方施工，由于施工温度与外界的温度温差大，SMA沥青混合料降温快，不利于SMA沥青混合料的压实。
针对上述中的相关技术，发明人认为SMA沥青混合料施工温度高的问题限制其发展和使用。
发明内容
为了降低SMA沥青混合料的施工温度，从而提高SMA沥青混合料的发展和使用，本申请提供一种温拌阻燃SMA沥青混合料及其制备方法及用途及施工方法。
第一方面，本申请提供一种温拌阻燃SMA沥青混合料，采用如下的技术方案：
一种温拌阻燃SMA沥青混合料，其特征在于，由包括以下重量份的原料制成：SBS改性沥青1000份、集料58-64份、纤维40份、Sasobit温拌剂10-50份和阻燃剂100-500份。
通过采用上述技术方案，Sasobit温拌剂是一种表面活性剂，它的分子由亲油基和亲水基组成，在水溶液中亲油基因极性相近而聚集，亲水基向水中发散，从而形成分散均匀的表面活性剂胶团水溶液。混合料拌和过程中，Sasobit温拌剂和沥青同步喷洒入拌合锅。在机械力搅拌下，大量表面活性剂胶团与热沥青接触，胶团外围水分子迅速蒸发散失，使亲油基与沥青接触；而残留的未散失的水分子与表面活性剂亲水基结合，提高了沥青胶浆的流动性，减小了沥青的粘聚力，从而使混合料易压实。另外，由于沥青自身的易燃性使得在高温下容易被引燃，而阻燃剂可在高温条件下发生很强的吸热反应，将沥青表面的温度降低，起到阻燃作用。
优选的，所述集料包括粗集料、细集料和石灰石矿粉，所述粗集料包括1#玄武岩和2#玄武岩，所述细集料包括3#玄武岩和4#玄武岩，所述1#玄武岩、2#玄武岩、3#玄武岩、4#玄武岩及石灰岩矿粉的配比为33：43：5：10.5：8.5、33：41：5：12.5：8.5、33：39：5：145：85中的一种。
通过采用上述技术方案，对集料进行筛选，可以使其具有良好的颗粒形状，从而使集料与沥青结合性更好。
优选的，所述纤维包括聚酯纤维和阻燃纤维中的一种或两种。
通过采用上述技术方案，由于聚酯纤维的吸油率相对较高，其在与阻燃纤维的共同作用下可以达到良好的沥青吸收效果和阻燃效果。
第二方面，本申请提供一种温拌阻燃SMA沥青混合料的制备方法采用如下的技术方案：
一种温拌阻燃SMA沥青混合料的制备方法，包括以下步骤：
S1，将粗集料和细集料加热到135-145℃并烘干，石灰石矿粉不加热，将SBS改性沥青加热到165-175℃并烘干；
S2，将步骤S1中的粗集料、细集料和纤维加入设置温度为160℃的拌锅干拌90s，再将SBS改性沥青、Sasobit温拌剂、阻燃剂和石灰石矿粉加入拌锅干拌90s，搅拌均匀；
S3，将S2中的混合料放入设置温度为150-170℃的烘箱中强制通风2h后成型。
通过采用上述技术方案，在制备温拌阻燃SMA沥青混合料时，集料的加热温度相比常规制备方法得到一定程度的降低，进而使其施工难度下降，从而提高了SMA沥青混合料的发展和使用。
第三方面，本申请提供一种温拌阻燃SMA沥青混合料的施工方法，采用如下的技术方案：
一种温拌阻燃SMA沥青混合料的施工方法，包括以下步骤：
(1)摊铺：将由拌锅搅拌均匀的SMA沥青混合料出料并储存，再运送至施工处，采用摊铺机全宽度摊铺，温度不低于120℃；
(2)初压：2-3遍，选择12-20t双钢轮振动压路机振动压实，压实速度为2-4km/h，初始温度不低于115℃；
(3)复压：1-2遍，采用20-30t胶轮压路机，压实速度为3-6km/h，最低温度不低于100℃；
(4)终压：1-2遍，选择10-18t双钢轮压路机，静压收光压实速度可为3-5km/h，表面温度不低于70℃。
通过采用上述技术方案，形成的路面具有有良好高温抗车辙能力、低温抗裂性能和水稳定性。
优选的，步骤(1)中，SMA沥青混合料的出厂温度控制在130-155℃，储存温度控制在120-145℃。
通过采用上述技术方案，温拌阻燃SMA混合料出料和摊铺不会发生结块和离析现象。
优选的，步骤(2)中，在第1遍前进振动碾压时发生严重推移时采用静压；在第1遍前进振动碾压时未发生严重推移时采用振压。
通过采用上述技术方案，由于静压的力度小于振压的力度，所以在路面发生严重推移时，宜采取静压的方式对路面起到保护作用。
第四方面，本申请提供一种温拌阻燃SMA沥青混合料的应用，采用如下的技术方案：
沥青路面，其特征在于，采用上述的施工方法铺装而成。
隧道，其特征在于，采用上述的施工方法铺装而成。
通过采用上述技术方案，拓宽了温拌阻燃SMA沥青混合料的使用范围。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请通过在SBS改性沥青中加入Sasobit温拌剂，由于Sasobit温拌剂降低了拌和温度下SBS改性沥青的黏度，提高了沥青胶浆的流动性，减小了沥青玛蹄脂的黏聚力，从而降低了沥青混合料的拌和压实阻力，提升了温拌沥青混合料的拌和压实效果；
2、本申请中能准确确定构成温拌阻燃SMA改性沥青混合料的集料级配与最佳油石比，消除了集料级配及集料用量的波动和变化对温拌阻燃SMA改性沥青混合料施工质量的影响；
3、本申请通过在SBS改性沥青中加入阻燃剂，由于阻燃剂阻燃剂可在高温条件下发生很强的吸热反应，将沥青表面的温度降低，起到阻燃作用。
具体实施方式
以下结合试验例和实施例对本申请作进一步详细说明。
试验例和实施例中所使用的原料中：SBS改性沥青的SBS含量为4.5％，SBS改性沥青的针入度为48mm，延度为28.6cm，软化点为89℃；矿料主要包括粗集料、细集料以及矿粉。粗集料包括尺寸为10-15mm的1#玄武岩和尺寸为5-10mm的2#玄武岩，其中1#玄武岩的表面相对密度为2.931，2#玄武岩的表面相对密度为2.936；细集料包括尺寸为3-5mm的3#玄武岩和尺寸为0-3mm的4#玄武岩，其中3#玄武岩的表面相对密度为2.935，4#玄武岩的表面相对密度为2.854；矿粉为尺寸为0-0.6mm的石灰岩矿粉，其含水量为0.6％；木质纤维购自河北恒光矿产品有限公司；聚酯纤维购自莱芜市兴泰工程材料有限公司；阻燃纤维购自泰安浩松纤维有限公司；Sasobit温拌剂购自江苏理想环球新材料有限公司；阻燃剂购自合肥中科阻燃性材料有限公司。
试验例1-3
如表1所示，试验例1-3的主要区别在于SMA沥青混合料中集料的级配不同。其中，试验例1的集料的配比(1#玄武岩：2#玄武岩：3#玄武岩：4#玄武岩：石灰岩矿粉)为33：43：5：10.5：8.5；试验例2的集料的配比为33：41：5：12.5：8.5；试验例3的集料的配比为33：39：5：145：8.5。
试验例1-3主要是为了确定SMA沥青混合料集料的设计级配。
以下以试验例1为例进行详细说明，其原料的具体配方为：SBS改性沥青1000Kg，1#玄武岩19.8Kg，2#玄武岩25.8Kg，3#玄武岩3Kg，4#玄武岩6.3Kg，石灰石矿粉5.1Kg，木质纤维32.78Kg。
试验例1的SMA沥青混合料的制备方法如下：
S1，将粗集料和细集料加热到160℃并烘干，矿粉不加热，将SBS改性沥青加热到175℃并烘干；
S2，将步骤S1中的粗集料、细集料和木质纤维加入设置温度为160℃的拌锅干拌90s，再将SBS改性沥青、石灰石矿粉矿粉加入拌锅干拌90s，搅拌均匀；
S3，将S2中的混合料放入设置温度为170℃的烘箱中强制通风2h后成型。
表1试验例1-3中各原料配比
按以上原料所得的试验例1-3中矿料的级配(JTG F40)如表2。
表2 SMA沥青混合料中矿料的级配
采用相同重量的由试验例1-3获得的SMA沥青混合料作为试验样1-3，分别制作马歇尔试件，对试验样1-3进行标准马歇尔试验，其中试验样直径为101.6mm，十字对称4个方向量取高度63.5mm，加载速度为50mm/min。结果如表3。
表3设计级配的马歇尔试验结果
由表3可以看出，试验样1各项满足技术要求，但其有效沥青饱和度VFA偏小；试验样2的各项指标满足技术要求，且空隙率为3.9％，接近目标空隙率4.0％；试验3的空隙率和矿料间隙率均偏小；故以试验例2为设计级配。
试验例4-6
如表4所示，试验例4-6与试验例2基本相同，主要区别在于SMA沥青混合料的油石比不同。其中：试验例2的油石比为：6.0％，试验例4的油石比为：5.8％，试验例5的油石比为：6.2％，试验例6的油石比为：6.4％。
试验例2，4-6主要是为了确定SMA沥青混合料的最佳油石比。
以下以试验例4为例进行说明，其原料的具体配方为：SBS改性沥青1000Kg，1#玄武岩19.14Kg，2#玄武岩23.78Kg，3#玄武岩2.9Kg，4#玄武岩7.25Kg，石灰石矿粉4.93Kg，木质纤维32.72Kg。
表4试验例4-6中各原料配比
试验对比例1
试验对比例1与试验例4不同之处在于，试验对比例1的油石比为5.6％。
采用相同重量的由试验例4-6获得的SMA沥青混合料作为试验样4-6，采用与试验样相同重量的由试验对比例1获得的SMA沥青混合料作为试验试验对比样1，分别制作马歇尔试件。对试验样2，4-6和试验对比样1进行马歇尔试验，结果如表5。
表5 SMA油石比的马歇尔试验结果
由表5可以看出，当油石比为5.6％，SMA沥青混合料的有效沥青饱和度VFA仅为72％，不满足技术要求；当油石比为5.8％时，SMA沥青混合料的各项指标满足技术要求，但空隙率相比目标空隙率4.0％偏大；当油石比为6.0％时，SMA沥青混合料的各项指标满足技术要求，且空隙率接近目标空隙率；当油石比为6.2％和6.4％时，SMA沥青混合料的各项指标满足技术要求，但空隙率偏小。因此，选择试验例2为设计级配的SMA沥青混合料的最佳油石比。
设计油石比验证
对试验样2和试验样4-6分别采用谢伦堡沥青析漏试验测定SMA沥青混合料在185℃下析出多余的自由沥青(或沥青玛蹄脂)数量和采用肯塔堡飞散试验测定SMA沥青混合料在洛杉矶试验机中旋转撞击后的质量损失率。设计油石比下SMA的沥青析漏试验结果和飞散试验结果如6所示。
表6 SMA沥青混合料析漏试验和飞散试验结果
由表6可以看出，不同油石比的SMA沥青混合料的析漏损失均小于1.5％；不同油石比的SMA沥青混合料的飞散混合料的飞散损失均大于2.5％；故试验样2和试验样4-6均符合油石比范围，即油石比范围在5.8-6.4％的SMA沥青混合料符合油石比用量范围。
试验例7-11
如表7所示，试验例7-11的主要区别在于配方中的纤维不同，其中油石比为6.0％，纤维为SMA沥青混合料重量的0.4％。
试验例7-11主要是为了确定最佳的纤维复配。
以下以试验例7为例进行说明，其制备的具体配方为：SBS改性沥青1000Kg，1#玄武岩19.8Kg，2#玄武岩24.6Kg，3#玄武岩3Kg，4#玄武岩7.5Kg，石灰石矿粉5.1Kg，聚酯纤维43.71Kg。
表7试验例7-11中各原料配比
采用相同重量的由试验例2和7-11获得的SMA沥青混合料作为试验样2和7-11，分别制作析漏试件，对试验样2和7-11进行谢伦堡析漏试验，其中试验温度为185℃，时间为1h，结果如表8。
表8 SMA沥青混合料中纤维的析漏试验结果
由表8可以看出，根据技术要求，采用木质纤维的SMA析漏试验的损失不应大于0.1％，故试验样2无法满足析漏试验的技术要求。为了达到良好的沥青吸收效果和减少纤维总用量，采用比木质纤维的吸油率略大的聚酯纤维作为阻燃纤维的复配对象。
对试验样7-11进行SMA的阻燃性能的测试，根据GB/T 29051-2012，对相应的试验样进行测试，记录数据并分析，结果如表9。
表9 SMA沥青混合料中复配纤维阻燃性试验结果
结合表8和表9，在平衡SMA的阻燃性和析漏性能后，复配纤维的最佳配比为0.1％聚酯纤维+0.3％阻燃纤维，即试验10为最优试验样。
实施例1-5
如表10所示，实施例1-5的主要区别在于配方中的Sasobit温拌剂含量不同。
以下以实施例1为例进行说明，其制备的具体配方为：SBS改性沥青1000Kg，1#玄武岩19.8Kg，2#玄武岩24.6Kg，3#玄武岩3Kg，4#玄武岩7.5Kg，石灰石矿粉5.1Kg，聚酯纤维10.93Kg，阻燃纤维32.78Kg，Sasobit温拌剂10Kg。
实施例1的试样制备方法如下：
S1，将粗集料和细集料加热到135℃烘干，矿粉不加热，将改性沥青加热到165℃烘干；
S2，将步骤S1中的粗集料、细集料和纤维加入设置温度为160℃的拌锅干拌90s,再将改性沥青、矿粉加入拌锅干拌90s，搅拌均匀；
S3，将S2中的混合料放入设置温度为150℃的烘箱中强制通风2h后成型。
表10实施例1-5中各原料配比
实施例6
本实施例与试验例10的不同之处在于，制备方法不同，实施例6的制备方法为：
S1，将粗集料和细集料加热到145℃烘干，矿粉不加热，将改性沥青加热到175℃烘干；
S2，将步骤S1中的粗集料、细集料和纤维加入设置温度为160℃的拌锅干拌90s，再将改性沥青、矿粉加入拌锅干拌90s，搅拌均匀；
S3，将S2中的混合料放入设置温度为170℃的烘箱中强制通风2h后成型。
对比例1
以试验例10作为对比例1。
性能检测
采用相同重量的由实施例1-6获得的SMA沥青混合料作为试样1-6，采用与试样相同重量的由对比例1获得的SMA沥青混合料作为对照样1。对试样1-6和对照样1按照JTGE20中的T0736试验方法，采用600kPa的竖直压力、126旋转压实角和30r/min的旋转速率，在旋转压实温度为145-150℃的条件下，模拟压路机荷载对路面的揉搓压实作用。每组试件分别采用2种旋转压实次数：100次和200次(100次压实次数用于SMA设计指标检验，200次压实次数用于SMA压实特性计算)。压实成型并脱模冷却后采用JTGE20中的T0705(表干法)测定热拌和温拌SMA试件的毛体积密度，并以此计算SMA试件的体积指标，结果如表11。
表11温拌SMA沥青混合料的体积指标
由表11可以看出，由于Sasobit温拌剂降低了拌和温度下SBS改性沥青的黏度，提高了沥青胶浆的流动性，减小了沥青玛蹄脂的黏聚力，从而降低了沥青混合料的拌和压实阻力，提升了温拌沥青混合料的拌和压实效果。添加有2％-3％的Sasobit温拌剂就能使温拌SMA的体积指标达到热拌SMA的体积指标。当Sasobit温拌剂用量为3％时，SMA沥青混合料的性能较优，即试样3为最佳实施方案。
由于旋转压实温度对多次压实后的空隙率存在一定影响，所以当旋转压实温度过高，应减少压实次数，如压实温度升高5-10℃时，可以将压实次数减少至75次。
实施例7-11
如表12所示，实施例7-11的主要区别在于配方中的阻燃剂含量不同。
以下以试验例7为例进行说明，其制备的具体配方为：SBS改性沥青1000Kg，1#玄武岩19.8Kg，2#玄武岩24.6Kg，3#玄武岩3Kg，4#玄武岩7.5Kg，石灰石矿粉5.1Kg，聚酯纤维10.93Kg，阻燃纤维32.78Kg，Sasobit温拌剂30Kg，阻燃剂100Kg。
表12试验例7-11中各原料配比
性能检测
采用相同重量的由实施例3和实施例7-11获得的SMA沥青混合料作为试样3和试样7-11，对试样3和试样7-11进行SMA沥青混合料阻燃性能的测试，结果如表13。
表13 SMA沥青混合料中阻燃剂阻燃性试验结果
根据《道路用阻燃沥青混凝土》(GB/T29051)中SMA沥青混合物的氧指数大于等于23％的技术要求和烟密等级小于等于75的技术要求，为确保沥青良好的阻燃性能，试样10和11满足要求，故阻燃剂用量40-50％。
验证温拌阻燃SMA沥青混合料配合比，对试样11进行以下试验，测试结果如表14。
表14温拌阻燃SMA沥青混合料的路用性能
性能指标
单位
测试结果
技术要求
车辙试验的动稳定度(60℃、0.7MPa)
次/mm
12000
3000
低温弯曲性能试验的最大弯拉应变
ue
5400
2500
浸水马歇尔试验的残留稳定度比
％
94.6
$o
冻融劈裂试验的残留强度比
％
84.4
8o
由表14可以看出，温拌阻燃SMA沥青混合料的路用性能满足规范的技术要求，具有优良的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和水稳定性。
实施例12
本实施例公开了一种隧道，采用实施例11的温拌阻燃SMA沥青混合料铺设而成。
具体的施工工艺，包括以下步骤：
(1)摊铺：将由拌锅搅拌均匀的SMA沥青混合料出料储存，出厂温度控制在130℃，储存温度控制在120℃，再运输至施工处，采用摊铺机全宽度摊铺，温度为120℃；
(2)初压：2遍，选择12t双钢轮振动压路机振动压实，压实速度宜为4km/h，初始温度为115℃；在第1遍前进振动碾压时发生严重推移时采用静压；在第1遍前进振动碾压时未发生严重推移时，采用振压；
(3)复压：1遍，采用20t胶轮压路机，压实速度宜为5km/h，最低温度为100℃；
(4)终压：1遍，选择10t双钢轮压路机，静压收光压实速度可为5km/h，表面温度为70℃。
实施例13
本实施例还公开了一种沥青路面，采用实施例11的温拌阻燃SMA沥青混合料铺设而成。
具体的施工工艺，包括以下步骤：
(1)摊铺：将由拌锅搅拌均匀的SMA沥青混合料出料储存，出厂温度控制在155℃，储存温度控制在145℃，再运输至施工处，采用摊铺机全宽度摊铺，温度为130℃；
(2)初压：3遍，选择20t双钢轮振动压路机振动压实，压实速度宜为2km/h，初始温度为120℃；在第1遍前进振动碾压时发生严重推移时采用静压；在第1遍前进振动碾压时未发生严重推移时，采用振压；
(3)复压：2遍，采用30t胶轮压路机，压实速度宜为3km/h，最低温度为105℃；
(4)终压：2遍，选择18t双钢轮压路机，静压收光压实速度可为3km/h，表面温度为75℃。
实施例12与13的区别在于SMA沥青混合料的应用不同；通过试验验证SMA沥青混合料技术性能后，对于隧道路面等渠化交通严重的特殊路段可以调整技术要求，其中设计空隙率可调整为4.2％，矿料间隙率VMA和放宽到不小于16％，饱和度指标可放宽到70％-85％，当集料混合料性能满足要求时，粗集料骨架间隙率VCAmix指标不予要求，析漏试验沥青损失可放宽到不大于0.3％即可。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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