一种阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种隧道沥青面层材料的制备方法。一种阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：1)高粘度高弹性改性沥青的制备：按各组分的质量比为基质沥青∶改性剂SBS∶活化橡胶粉∶增粘增容剂∶抗氧剂∶稳定剂＝100∶6.0～18.3∶20.2～45.7∶1.2～3.7∶0.2～1.4∶0.4～1.9，选取；制得高粘度高弹性改性沥青；2)在高粘度高弹性改性沥青中加入阻燃剂，将高粘度高弹性改性沥青加热熔化添加阻燃剂，搅拌3～9min，150～170℃静置15～30min，即得阻燃高粘度高弹性改性沥青；3)按质量比为矿料∶阻燃高粘度高弹性改性沥青∶纤维稳定剂＝100∶3.6～5.2∶0.1～0.4，选取；制得阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料。本发明具有降噪、阻燃、抗滑功能。

说明书

技术领域

本发明属于材料科学与工程领域，具体涉及一种隧道沥青面层材料的制备方法。

技术背景

隧道的噪声是一个普遍关注的技术问题，目前降噪路面研究多集中于利用多孔沥青混合料，如OGFC沥青混合料，吸收噪声并消除轮胎泵浦效应，但是多孔材料的吸声作用有限，降噪效果一般仅2～4dB，根本无法根本解决隧道噪声问题。阻尼技术主要是沥青中添加一些增加弹性或具有空间网络结构的材料，提高材料的阻尼特性，消除车辆行驶中轮胎甚至车体的振动噪声。

目前大型公路隧道具有封闭空间，通风差，噪声大的特点，出于防火安全考虑，大型公路隧道对沥青材料的使用非常谨慎。在较长隧道中使用部分有机阻燃剂，如溴类阻燃剂，路面型式多为AC系列沥青混凝土，但是这种阻燃沥青混凝土路面根本无法控制汽油等液态燃烧物的燃烧，对隧道车辆的火灾没有控制作用，研究表明在汽油完全燃烧的高温状态下，阻燃沥青的极限氧指数将大幅度降低，而且相对于汽油等燃烧物，沥青路面的部分燃烧根本就微不足道，所以必须有效控制隧道中参与燃烧的汽油等可燃液体量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有降噪、阻燃、抗滑功能的阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)高粘度高弹性改性沥青的制备：按各组分的质量比为基质沥青：改性剂SBS∶活化橡胶粉∶增粘增容剂∶抗氧剂∶稳定剂＝100∶6.0～18.3∶20.2～45.7∶1.2～3.7∶0.2～1.4∶0.4～1.9，选取基质沥青、改性剂SBS、活化橡胶粉、增粘增容剂、抗氧剂和稳定剂，备用；

首先将熔化的基质沥青与改性剂SBS共同投入胶体磨中碾磨，经过一次循环后加入增粘增容剂、抗氧剂及稳定剂，继续碾磨3～6次循环，温度控制150～180℃，再将碾磨后的沥青混合物通过高速乳化剪切机，调整转速3000～7000转/min，慢慢添加活化橡胶粉，待全部添加后，继续高速剪切15～30min，剪切时控制温度160～180℃，将剪切后的沥青混合物在140～170℃下充分溶胀后，即制得高粘度高弹性改性沥青；

2)在高粘度高弹性改性沥青中加入阻燃剂，高粘度高弹性改性沥青与阻燃剂的质量比为100∶8～22，将高粘度高弹性改性沥青加热熔化添加阻燃剂，搅拌3～9min，150～170℃静置15～30min，即得阻燃高粘度高弹性改性沥青；

3)按质量比为矿料∶阻燃高粘度高弹性改性沥青∶纤维稳定剂＝100∶3.6～5.2∶0.1～0.4，选取矿料、阻燃高粘度高弹性改性沥青、纤维稳定剂，备用；所述的矿料由粗集料、细集料、填料和阻尼物质组成，质量比为粗集料∶细集料∶填料∶阻尼物质＝100∶11～18∶1～4∶2～6；

采用间歇式拌和设备，首先将粗集料、细集料及纤维稳定剂拌和10～20s，然后喷入阻燃高粘度高弹性改性沥青拌和15～30s，分别从两个料仓同时喷入填料和阻尼物质，拌和10～30s，拌和温度170～185℃，出料温度不低于160℃，得阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料。

所述的基质沥青选用沥青AH-70或沥青AH-90。

所述的改性剂SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，选用星型或线型的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。

所述的增粘增容剂选用萜烯树脂、石油树脂或松香树脂。

所述的抗氧剂选用铅类、锌类、钙盐或胺类。

所述的稳定剂选用聚酰胺类或硫磺类稳定剂。

所述的阻燃剂选用卤系阻燃剂、磷系阻燃剂或无机阻燃剂。

所述的粗集料选用玄武岩或辉绿岩，最大公称粒径为16mm(9.5～16mm)。

所述的细集料选用玄武岩或辉绿岩，最大公称粒径4.75mm。

所述的填料选用石灰岩矿粉。

所述的阻尼物质选用蛭石粉、膨胀珍珠岩粉或天然沸石粉。

本发明借鉴多孔沥青混合料空隙率大，排水性能好，吸声系数大的特点，以大空隙沥青混合料为基体，制备具有高粘度高弹性的沥青材料，并利用阻燃剂对沥青进行阻燃技术处理，在沥青混合料的制备过程中，添加阻尼物质，配制出具有高阻尼、大空隙结构，并对隧道火灾具有控制作用的隧道沥青面层材料。

本发明制备出一种集降噪、阻燃、抗滑多种功能于一体，结构使用性能优良的隧道沥青面层材料，该面层材料采用开级配多孔设计思想，空隙率达到16～21％，多孔结构可以有效地消除车辆行驶中的泵浦作用，而且可以吸收噪声，大大降低隧道噪声，同时多孔的路面结构设计，使面层的构造深度显著增强，抗滑性能明显改善，另外，这种多孔的路面结构在隧道火灾中，能够有效的吸收和排逸路表的液态可燃物，减轻隧道火灾的人员伤亡与经济损失。高粘度高弹性的改性沥青材料中添加了大量的活性橡胶粉，具有较好的弹性，高弹性的沥青能有效地增强路面材料的阻尼作用，消除车辆振动，降低路面噪声，同时由于大量改性剂SBS及增粘增容剂的加入，沥青的60℃粘度可达到80000Pa·s，高粘度的沥青材料是制备多孔降噪路面材料的必备材料，阻燃剂材料的加入使沥青的氧指数提高至26％以上，成为难燃物质，阻燃等级达到UL-94V-1级，防止路面火灾中沥青材料的燃烧，降低火灾隐患。在制备沥青混合料的过程中，添加大量具有空间三维架状结构的阻尼物质替代填料，不但自身可以阻尼降噪，而且其三维架状结构可以增加沥青材料的用量，增强材料的结构耐久性和降噪效果，空间架构在隧道火灾中还能大大提高阻燃剂的作用效果。

采用本发明制备的阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料，吸声系数在0.5以上，噪声水平较一般沥青混凝土路面降低4dBA以上，沥青材料的60℃粘度可达到80000Pa·s，阻燃极限氧指数在26％以上，沥青混合料的动稳定度在7000次/mm以上，较一般沥青路面不但降噪效果优异，路用性能好，而且自身具有阻燃功能，更加适于大型公路隧道路面使用。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

一种阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料的制备方法，它包括如下步骤：

1)高粘度高弹性改性沥青的制备：高粘度高弹性改性沥青由基质沥青、改性剂SBS、活化橡胶粉、增粘增容剂、抗氧剂和稳定剂组成，按各组分的质量比为基质沥青∶改性剂SBS∶活化橡胶粉∶增粘增容剂∶抗氧剂∶稳定剂＝100∶6.0∶20.2∶1.2∶0.2∶0.4，选取基质沥青、改性剂SBS、活化橡胶粉、增粘增容剂、抗氧剂和稳定剂，备用；

首先将熔化的基质沥青与改性剂SBS共同投入胶体磨中碾磨，经过一次循环后加入增粘增容剂、抗氧剂及稳定剂，继续碾磨3次循环，温度控制150℃，再将碾磨后的沥青混合物通过高速乳化剪切机，调整转速3000转/min，慢慢添加活化橡胶粉，待全部添加后，继续高速剪切15min，剪切时控制温度160℃，将剪切后的沥青混合物在140℃下充分溶胀后，即制得高粘度高弹性改性沥青(具有高粘度、高弹性)；

所述的基质沥青选用沥青AH-70；

所述的改性剂SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，选用星型的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；

所述的增粘增容剂选用萜烯树脂；

所述的抗氧剂选用铅类；

所述的稳定剂选用聚酰胺类；

2)在高粘度高弹性改性沥青中加入阻燃剂，高粘度高弹性改性沥青与阻燃剂的质量比为100∶8，将高粘度高弹性改性沥青加热熔化添加阻燃剂，搅拌3min，150℃静置15min，即得阻燃高粘度高弹性改性沥青；

所述的阻燃剂选用卤系阻燃剂(如十溴联苯醚)；

3)阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料由矿料、阻燃高粘度高弹性改性沥青和纤维稳定剂组成，按质量比为矿料∶阻燃高粘度高弹性改性沥青∶纤维稳定剂＝100∶3.6∶0.1，选取矿料、阻燃高粘度高弹性改性沥青、纤维稳定剂，备用；所述的矿料由粗集料、细集料、填料和阻尼物质组成，质量比为粗集料∶细集料∶填料∶阻尼物质＝100∶11∶1∶2；

采用间歇式拌和设备，首先将粗集料、细集料及纤维稳定剂拌和10s，然后喷入阻燃高粘度高弹性改性沥青拌和15s，分别从两个料仓同时喷入填料和阻尼物质，拌和10s，拌和温度170℃，出料温度不低于160℃，得阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料。

所述的粗集料选用玄武岩，最大公称粒径9.5mm；

所述的细集料选用玄武岩，最大公称粒径4.75mm；

所述的填料选用石灰岩矿粉；

所述的阻尼物质选用膨胀珍珠岩粉。

实施例2：

一种阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料的制备方法，它包括如下步骤：

1)高粘度高弹性改性沥青的制备：高粘度高弹性改性沥青由基质沥青、改性剂SBS、活化橡胶粉、增粘增容剂、抗氧剂和稳定剂组成，按各组分的质量比为基质沥青∶改性剂SBS∶活化橡胶粉∶增粘增容剂∶抗氧剂∶稳定剂＝100∶12.4∶29.1∶2.6∶0.7∶0.8，选取基质沥青、改性剂SBS、活化橡胶粉、增粘增容剂、抗氧剂和稳定剂，备用；

首先将熔化的基质沥青与改性剂SBS共同投入胶体磨中碾磨，经过一次循环后加入增粘增容剂、抗氧剂及稳定剂，继续碾磨4次循环，温度控制170℃，再将碾磨后的沥青混合物通过高速乳化剪切机，调整转速4000转/min，慢慢添加活化橡胶粉，待全部添加后，继续高速剪切20min，剪切时控制温度175℃，将剪切后的沥青混合物在160℃下充分溶胀后，即制得高粘度高弹性改性沥青(具有高粘度、高弹性)；

所述的基质沥青选用沥青AH-70；

所述的改性剂SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，选用星型的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；

所述的增粘增容剂选用石油树脂(碳九石油树脂)；

所述的抗氧剂选用胺类；

所述的稳定剂选用硫磺类稳定剂；

2)在高粘度高弹性改性沥青中加入阻燃剂，高粘度高弹性改性沥青与阻燃剂的质量比为100∶11，将高粘度高弹性改性沥青加热熔化添加阻燃剂，搅拌6min，165℃静置20min，即得阻燃高粘度高弹性改性沥青；

所述的阻燃剂选用磷系阻燃剂(如聚磷酸铵)；

3)阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料由矿料、阻燃高粘度高弹性改性沥青和纤维稳定剂组成，按质量比为矿料∶阻燃高粘度高弹性改性沥青∶纤维稳定剂＝100∶4.6∶0.3，选取矿料、阻燃高粘度高弹性改性沥青、纤维稳定剂，备用；所述的矿料由粗集料、细集料、填料和阻尼物质组成，质量比为粗集料∶细集料∶填料∶阻尼物质＝100∶12∶2∶3；

采用间歇式拌和设备，首先将粗集料、细集料及纤维稳定剂拌和15s，然后喷入阻燃高粘度高弹性改性沥青拌和20s，分别从两个料仓同时喷入填料和阻尼物质，拌和15s，拌和温度180℃，出料温度不低于160℃，得阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料。

所述的粗集料选用辉绿岩，最大公称粒径为16mm；

所述的细集料选用辉绿岩，最大公称粒径4.75mm；

所述的填料选用石灰岩矿粉；

所述的阻尼物质选用蛭石粉。

制备的阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料，吸声系数达到0.624，噪声水平较一般沥青混凝土路面降低5dBA，沥青材料的60℃粘度达到93800Pa·s，阻燃极限氧指数27.2％，沥青混合料的动稳定度达到7875次/mm。

实施例3：

一种阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料的制备方法，它包括如下步骤：

1)高粘度高弹性改性沥青的制备：高粘度高弹性改性沥青由基质沥青、改性剂SBS、活化橡胶粉、增粘增容剂、抗氧剂和稳定剂组成，按各组分的质量比为基质沥青∶改性剂SBS∶活化橡胶粉∶增粘增容剂∶抗氧剂∶稳定剂＝100∶18.3∶45.7∶3.7∶1.4∶1.9，选取基质沥青、改性剂SBS、活化橡胶粉、增粘增容剂、抗氧剂和稳定剂，备用；

首先将熔化的基质沥青与改性剂SBS共同投入胶体磨中碾磨，经过一次循环后加入增粘增容剂、抗氧剂及稳定剂，继续碾磨6次循环，温度控制180℃，再将碾磨后的沥青混合物通过高速乳化剪切机，调整转速7000转/min，慢慢添加活化橡胶粉，待全部添加后，继续高速剪切30min，剪切时控制温度180℃，将剪切后的沥青混合物在170℃下充分溶胀后，即制得高粘度高弹性改性沥青(具有高粘度、高弹性)；

所述的基质沥青选用沥青AH-90；

所述的改性剂SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，选用线型的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；

所述的增粘增容剂选用松香树脂；

所述的抗氧剂选用锌类或钙盐；

所述的稳定剂选用硫磺类稳定剂；

2)在高粘度高弹性改性沥青中加入阻燃剂，高粘度高弹性改性沥青与阻燃剂的质量比为100∶22，将高粘度高弹性改性沥青加热熔化添加阻燃剂，搅拌9min，170℃静置30min，即得阻燃高粘度高弹性改性沥青；

所述的阻燃剂选用无机阻燃剂(如氢氧化镁)；

3)阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料由矿料、阻燃高粘度高弹性改性沥青和纤维稳定剂组成，按质量比为矿料∶阻燃高粘度高弹性改性沥青∶纤维稳定剂＝100∶5.2∶0.4，选取矿料、阻燃高粘度高弹性改性沥青、纤维稳定剂，备用；所述的矿料由粗集料、细集料、填料和阻尼物质组成，质量比为粗集料∶细集料∶填料∶阻尼物质＝100∶18∶4∶6；

采用间歇式拌和设备，首先将粗集料、细集料及纤维稳定剂拌和20s，然后喷入阻燃高粘度高弹性改性沥青拌和30s，分别从两个料仓同时喷入填料和阻尼物质，拌和30s，拌和温度185℃，出料温度不低于160℃，得阻尼多孔降噪隧道沥青面层材料。

所述的粗集料选用辉绿岩，最大公称粒径为16mm；

所述的细集料选用玄武岩，最大公称粒径4.75mm；

所述的填料选用石灰岩矿粉；

所述的阻尼物质选用蛭石粉、膨胀珍珠岩粉或天然沸石粉。