多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料及其施工方法

1.本发明涉及路面材料技术领域，特别是一种多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料及其施工方法。


背景技术：

2.隧道作为一个相对封闭的结构，是城市道路及公路中交通事故频发的特征路段之一。交通事故中因碰撞和车辆自燃等引起的交通火灾可能会引起隧道起火。而普通沥青路面并不具备阻燃特性，其中所含有的沥青在高温或燃烧条件下会形成富含cox、nox多环芳烃等有毒物质的烟雾，在隧道的封闭空间内，所产生的事故后果远比普通路段严重，因此隧道路段多采用阻燃沥青混凝土路面。沥青混合料中添加阻燃剂是当前实现路面阻燃的主要方式，但混合料中的阻燃剂存在分布不均的问题，不仅影响路面阻燃效果，也会降低沥青混合料的路用性能。
3.沥青燃烧是一个放热、分解的物理化学过程。掺入阻燃剂是沥青阻燃的主要方法，可提高沥青的分解温度，增加气体中不燃成分，或基体成炭，抑制燃烧。沥青阻燃剂的阻燃机理包括吸热阻燃、凝聚相阻燃、抑制链反应阻燃及气相阻燃等。吸热阻燃是通过降低可燃物质表面温度的方式，抑制或防止易燃物质的燃烧反应.主要包括两种形式，一种是在被阻燃物中添加具有导热和蓄热性质的无机填料，降低可燃物质表面温度；另一种是阻燃剂分解时，作为抑制可燃性材料热分解、燃烧的外加剂。根据阻燃机理，一般将阻燃剂分为反应型和添加型阻燃剂。目前常用的阻燃剂有卤系阻燃剂、有机磷系阻燃剂、金属氢氧化物阻燃剂、膨胀型阻燃剂、纳米材料阻燃剂等。无卤阻燃剂是阻燃体系的一个发展方向，但卤素阻燃效果最好。近年来，纳米复合阻燃剂因其各成分之间具有良好的协同作用而日益受到重视。
4.钢渣是炼钢过程中产生的带有各类化学元素与矿物杂质的结合体，具有较高的硬度和强度，且棱角丰富，适于用作筑路材料，替代一部分天然优质石料，实现资源循环利用，具有良好的经济与环保效益。但钢渣遇水会发生膨胀，影响沥青混合料路用性能，因此要推广钢渣应用于筑路材料，限制其膨胀性成为解决钢渣在道路领域使用的关键问题。钢渣还具有表面粗糙多孔的特点，将其应用于隧道内沥青路面铺筑既可显著降低隧道内的噪音水平，又可作为负载阻燃剂的良好载体，让阻燃剂在混合料内部均匀分布，提升混合料阻燃性能。
5.研究表明，硅烷偶联剂作为表面具有良好疏水性基团的材料，能够在钢渣表面形成致密的包裹，以防止水对钢渣的侵蚀造成其膨胀。此外，硅烷偶联剂作为良好的运输载体，可以在改性的同时将纳米阻燃剂均匀高效的分布到钢渣表面的孔隙内，提升传统施工中在拌和过程中加入阻燃剂带来的阻燃剂大部分聚集、分布不均匀等问题。偶联剂还可以通过与阻燃剂的化学作用降低阻燃剂的表面极性，增强阻燃剂的亲油性，改善无机粉体与有机体系的相容性，采用硅烷偶联剂携带纳米阻燃剂对钢渣材料进行表面改性，可以提高阻燃剂的分散性和阻燃沥青混合料的热稳定性，有效改善阻燃沥青的阻燃性能，对于隧道
内铺筑的阻燃路面有显著经济价值与社会效益。
6.鉴于此，本发明提出采用硅烷偶联剂将纳米复合阻燃剂负载到作为钢渣集料表面的孔隙之中，使得钢渣在表面改性形成致密疏水膜的同时，在孔隙中均匀吸附着一定量的纳米复合阻燃剂，以此制备阻燃沥青混合料，并确定混合料的施工、摊铺等主要环节的温度、碾压次数等指标，把该改性钢渣沥青混合料用于隧道阻燃路面，提高隧道路面的防火、防烟、降噪等综合性能。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料及其施工方法，该多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料及其施工方法能够采用硅烷偶联剂将纳米复合阻燃剂负载到作为钢渣集料表面的孔隙之中，使得钢渣在表面改性形成致密疏水膜的同时，在孔隙中均匀吸附着一定量的纳米复合阻燃剂，以此制备阻燃沥青混合料，并确定混合料的施工、摊铺等主要环节的温度、碾压次数等指标，把该改性钢渣沥青混合料用于隧道阻燃路面，提高隧道路面的防火、防烟、降噪等综合性能。
8.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
9.一种多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料，包括如下质量份的物质组分：
10.钢渣粗集料35～52份。
11.玄武岩粗集料32～46份。
12.玄武岩细集料12～16份。
13.填料3～4份。
14.高黏橡胶改性沥青4～5份。
15.钢渣表面改性剂2～3份。
16.钢渣粗集料和玄武岩粗集料的粒径大于4.75mm，玄武岩细集料的粒径在0～4.75mm之间。
17.填料包括玄武岩矿粉与复合纳米阻燃剂，复合纳米阻燃剂包括如下质量份的物质组分。
18.硼酸锌10～16份。
19.有机蒙脱土12～18份。
20.氢氧化铝27～30份。
21.氢氧化镁25～30份。
22.聚磷酸铵12～18份。
23.所述钢渣表面改性剂为硅烷偶联剂水溶液，硅烷偶联剂水溶液包括如下质量份的物质组分：
24.硅烷偶联剂1份。
25.水9份。
26.乙醇10份。
27.所述高黏橡胶改性沥青包括如下质量份的物质组分：
28.70#沥青100份；
29.胶粉20份；
30.高粘剂8份。
31.多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料包括如下质量份的物质组分：
32.钢渣粗集料43份。
33.玄武岩粗集料40份。
34.玄武岩细集料13份。
35.填料4份。
36.高黏橡胶改性沥青的质量为钢渣粗集料、玄武岩粗集料和玄武岩细集料质量总和的4.8％，钢渣表面改性剂的质量为钢渣粗集料质量的3％，复合纳米阻燃剂的质量为高黏橡胶改性沥青质量的18％。
37.所述复合纳米阻燃剂包括如下质量份的物质组分：
38.硼酸锌12份。
39.有机蒙脱土18份。
40.氢氧化铝27份。
41.氢氧化镁27份。
42.聚磷酸铵16份。
43.一种多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料的施工方法，包括以下步骤：
44.步骤1、多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料制备，具体包括以下步骤：
45.步骤1a、复合纳米阻燃剂制备：将硼酸锌、有机蒙脱土、氢氧化铝、氢氧化镁和聚磷酸铵混合。
46.步骤1b、高黏橡胶改性沥青制备：在70#基质沥青中添加胶粉与高粘剂混合。
47.步骤1c、钢渣表面改性剂制备：将硅烷偶联剂、水和乙醇混合后静置，得到硅烷偶联剂水溶液。
48.步骤1d、钢渣粗集料改性：将硅烷偶联剂水溶液与复合纳米阻燃剂混合均匀后加入钢渣粗集料后充分搅拌，然后将钢渣粗集料加热后固化，完成钢渣粗集料的改性。
49.步骤1e、原料搅拌：将改性后的钢渣粗集料、玄武岩粗集料、玄武岩细集料和玄武岩矿粉分别加热至不低于185℃的温度后进行搅拌，随后将高黏橡胶改性沥青加热至不低于170℃的温度后加入搅拌，搅拌后的多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料温度不低于170℃。
50.步骤2、多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料摊铺：将温度不低于155℃的多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料平整摊铺在施工路面上方。
51.步骤3、多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料压制：摊铺完成后依次进行初压、复压和终压，初压为静作用压实1～2遍，复压为静作用压实2～4遍，终压为静作用压实1～2遍；初压、复压和终压温度控制为150℃～165℃。
52.步骤1e中，高黏橡胶改性沥青加热温度为170～180℃，钢渣粗集料、玄武岩粗集料、玄武岩细集料和玄武岩矿粉加热温度为185℃～210℃，多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料混合后的温度为170℃～185℃。
53.步骤1e中，钢渣粗集料、玄武岩粗集料、玄武岩细集料和玄武岩矿粉的级配满足的筛孔通过率如下：
54.16mm筛孔通过率100％；13.2mm筛孔通过率90％～100％；筛孔通过率9.5mm 60％～80％；4.75mm筛孔通过率12％～30％；2.36mm筛孔通过率10％～22％；1.18mm筛孔通过率6％～18％；0.6mm筛孔通过率4％～15％；0.3mm筛孔通过率3％～12％；0.15mm筛孔通过率3％～8％；0.075mm筛孔通过率2％～6％。
55.本发明具有如下有益效果：
56.1.相对于传统的在道路工程中使用的阻燃路面材料，本发明采用硅烷偶联剂负载纳米阻燃剂改性后的钢渣材料，在能充分发挥自身多孔、坚硬、承载能力强、降噪效果好的特点同时，又能使自身孔隙内均匀吸附纳米阻燃剂，从而提高路面整体阻燃效果。
57.2.本发明采用将纳米阻燃剂与集料结合的方法，避免阻燃剂与沥青过早的结合而影响阻燃效果，采用硅烷偶联剂负载复合纳米阻燃剂，在集料充分拌和之前，将阻燃剂粉末按照预定比例提前加入硅烷偶联剂液体中充分混匀，在此基础上对钢渣集料进行表面改性，在改性剂与钢渣集料充分混匀的过程中，钢渣表面孔隙也能充分吸附复合纳米阻燃剂，在硅烷偶联剂起到良好改性作用的同时，提升混合料的阻燃效果，提高隧道内沥青路面火灾安全性和耐久性。
58.3.对于隧道内路面，吸声性能是路面使用效果的重要参考指标，通过阻抗管对本发明中涉及的钢渣沥青混合料与现有常用的玄武岩沥青混合料试件的吸声系数检测，当声音频率在300hz以下时，钢渣材料的吸声系数优于常用的玄武岩集料，更加适用于在需要慢速行驶的隧道内使用。
59.4.本发明中高黏橡胶改性沥青本身具有较好的弹性，利于路面缓冲减震，用于为路面整体提供更好的变形能力，高黏橡胶改性沥青的使用可以减小车辆在路面行驶的过程中因发生震动而发出的噪声。
具体实施方式
60.下面结合具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
61.本发明的描述中，需要理解的是，本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
62.一种多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料，其主要包括以下原料：高粘橡胶改性沥青、钢渣粗集料、玄武岩粗集料、玄武岩细集料、玄武岩矿粉、复合纳米阻燃剂和钢渣表面改性剂。
63.高粘橡胶改性沥青主要由70#基质沥青、胶粉和高黏剂进行混合改性而成。高粘橡胶改性沥青的改性方式为，在70#基质沥青中添加其质量分数20％的胶粉和质量分数8％的高黏剂后进行复合改性。改性后的高粘橡胶改性沥青具有如下性质：软化点＞85℃、在25℃时针入度≤55(0.1mm)、在5℃时延度≥40cm、在25℃时弹性恢复值为95.5％。其中胶粉的掺入使得橡胶沥青的软化点、低温延度和弹性恢复均明显增大，橡胶沥青的高低温性能和弹性特征得到改善，在针入度方面则有所降低。因此高黏橡胶改性沥青本身具有的较好弹性，能够利于路面缓冲减震，用于为路面整体提供更好的变形能力，同时高黏橡胶改性沥青的使用还可以减小车辆在路面行驶的过程中因发生震动而发出噪声。20％掺量的胶粉与沥青结合形成空间网状结构的几率增大，沥青粘稠度得到提升，更容易提升胶结料与多孔钢渣粘附效果，确保钢渣不容易受水侵蚀发生沥青剥落，影响后续使用效果。
64.其中由于2.36mm筛孔的通过率和最大公称粒径为13.2mm及16.0mm两种ogfc沥青混合料空隙率的线性相关系数分别达到0.93和0.89，说明粒径为2.36mm的集料对沥青混合料的空隙率起决定作用，是影响沥青混合料空隙率的关键因素，为避免2.36mm粒径钢渣与石灰岩碎石替换中对沥青混合料的空隙率影响较大，本发明中主要替换的是4.75mm及4.75mm以上粒径的粗集料。因此钢渣粗集料和玄武岩粗集料的粒径优选大于4.75mm，玄武岩细集料的粒径优选在0～4.75mm之间。
65.对于隧道内路面，吸声性能是路面使用效果的重要参考指标，用阻抗管对钢渣沥青混合料与玄武岩沥青混合料试件的吸声系数检测，测得声音频率在300hz以下时，钢渣材料的吸声系数优于常用的玄武岩集料，更适用于在需要慢速行驶的隧道内使用。测试结果如下表1所示：
66.表1.不同集料沥青混合料吸声系数对比
[0067][0068]
本发明通过采用车辙试验，测得钢渣掺量在50％左右时的动稳定度能够取到最大值，即钢渣粗集料用量占4.75mm以上粒径集料总重的43％时，动稳定度值最大，约为17385次/mm。该动稳定度值为普通玄武岩排水沥青混合料的1.30倍，但当掺量继续增大为100％时动稳定度值略小于普通玄武岩排水沥青混合料。原因为由于钢渣的密度较大、强度较高、与沥青粘附的效果更好，增强了路面结构的整体性，从而可以有效抵抗高温变形。但钢渣掺量过高，其多孔结构会增大集料整体空隙率，吸附过多沥青，削弱沥青对集料的有效粘附，从而降低了沥青混合料的强度和高温稳定性。车辙试验结果表明，钢渣集料替换玄武岩做粗集料时，能有效地提高混合料抗高温永久变形的能力。
[0069]
复合纳米阻燃剂由硼酸锌zb、有机蒙脱土ommt、氢氧化铝al(oh)3、氢氧化镁mg(oh)3、聚磷酸铵app五种环保型无卤阻燃剂充分混合而成。其中硼酸锌颗粒厚度较小，约60～70nm，为疏水亲油性物质，在燃烧过程中能够释放结晶水，同时与金属氧化物发生反应，可以在材料表面形成致密的玻璃层，对热量的传递起阻隔作用，降低材料的降低材料的氧化降解作用，达到协同阻燃效果。蒙脱土具有纳米硅酸盐片层结构，但蒙脱土的层间环境为亲水性，不利于沥青分子的插入，可以通过有机阳离子交换得到有机蒙脱土，在阻燃体系中通过其分散性，提升阻燃剂在混合料中整体的阻燃效果，并通过与金属氢氧化物的复配，达到良好的气固相协同的阻燃效果。聚磷酸铵作为复合阻燃体系中的酸源，分子中含有大量亲水的羟基团，因此具有良好的润湿性能，同时其分子结构中的氮原子与氧原子的键合能力很强，使得聚磷酸胺在高温下不易分解出h
+
，从而保证了其在高温下的使用性能。
[0070]
钢渣表面改性剂采用硅烷偶联剂水溶液，硅烷偶联剂选用kh-550，其化学式为：nh2(ch2)3si(oc2h5)3，性状为外观无色透明的液体。硅烷偶联剂水溶液由如下质量份的物质组分混合而成：硅烷偶联剂1份、水9份和乙醇10份，且在均匀混合后应静置20分钟。
[0071]
本发明主要按照如下五种实施例进行多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合
料的配比混合。
[0072]
实施例一
[0073]
多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料的配比按照以下方案制备：粒径在4.75mm以上的钢渣粗集料物质组分为43份，粒径在4.75mm以上的玄武岩粗集料物质组分为40份，粒径在0～4.75mm之间的玄武岩细集料物质组分为13份，填料的物质组分为4份，其中填料由玄武岩矿粉与复合纳米阻燃剂组成；高黏橡胶改性沥青的质量为钢渣粗集料、玄武岩粗集料和玄武岩细集料质量总和的4.8％；钢渣表面改性剂的质量为钢渣粗集料质量的3％；复合纳米阻燃剂的质量为高黏橡胶改性沥青质量的18％，复合纳米阻燃剂包括如下质量份的物质组分：硼酸锌12份、有机蒙脱土18份、氢氧化铝27份、氢氧化镁27份和聚磷酸铵16份。
[0074]
实施例二
[0075]
多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料的配比按照以下方案制备：粒径在4.75mm以上的钢渣粗集料物质组分为35份，粒径在4.75mm以上的玄武岩粗集料物质组分为46份，粒径在0～4.75mm之间的玄武岩细集料物质组分为16份，填料的物质组分为3份，其中填料由玄武岩矿粉与复合纳米阻燃剂组成；高黏橡胶改性沥青的质量为钢渣粗集料、玄武岩粗集料和玄武岩细集料质量总和的4.6％；钢渣表面改性剂的质量为钢渣粗集料质量的3％；复合纳米阻燃剂的质量为高黏橡胶改性沥青质量的15％，复合纳米阻燃剂包括如下质量份的物质组分：硼酸锌10份、有机蒙脱土15份、氢氧化铝29份、氢氧化镁30份和聚磷酸铵16份。
[0076]
实施例三
[0077]
多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料的配比按照以下方案制备：粒径在4.75mm以上的钢渣粗集料物质组分为52份，粒径在4.75mm以上的玄武岩粗集料物质组分为32份，粒径在0～4.75mm之间的玄武岩细集料物质组分为12份，填料的物质组分为4份，其中填料由玄武岩矿粉与复合纳米阻燃剂组成；高黏橡胶改性沥青的质量为钢渣粗集料、玄武岩粗集料和玄武岩细集料质量总和的5％；钢渣表面改性剂的质量为钢渣粗集料质量的3％；复合纳米阻燃剂的质量为高黏橡胶改性沥青质量的20％，复合纳米阻燃剂包括如下质量份的物质组分：硼酸锌14份、有机蒙脱土18份、氢氧化铝25份、氢氧化镁25份和聚磷酸铵18份。
[0078]
实施例四
[0079]
多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料的配比按照以下方案制备：粒径在4.75mm以上的钢渣粗集料物质组分为43份，粒径在4.75mm以上的玄武岩粗集料物质组分为40份，粒径在0～4.75mm之间的玄武岩细集料物质组分为13份，填料的物质组分为4份，其中填料由玄武岩矿粉与复合纳米阻燃剂组成；高黏橡胶改性沥青的质量为钢渣粗集料、玄武岩粗集料和玄武岩细集料质量总和的4.8％；钢渣表面改性剂的质量为钢渣粗集料质量的3％；复合纳米阻燃剂的质量为高黏橡胶改性沥青质量的18％，复合纳米阻燃剂包括如下质量份的物质组分：硼酸锌14份、有机蒙脱土14份、氢氧化铝30份、氢氧化镁30份和聚磷酸铵12份。
[0080]
实施例五
[0081]
多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料的配比按照以下方案制备：粒径在
4.75mm以上的钢渣粗集料物质组分为43份，粒径在4.75mm以上的玄武岩粗集料物质组分为40份，粒径在0～4.75mm之间的玄武岩细集料物质组分为13份，填料的物质组分为4份，其中填料由玄武岩矿粉与复合纳米阻燃剂组成；高黏橡胶改性沥青的质量为钢渣粗集料、玄武岩粗集料和玄武岩细集料质量总和的4.8％；钢渣表面改性剂的质量为钢渣粗集料质量的3％；复合纳米阻燃剂的质量为高黏橡胶改性沥青质量的18％，复合纳米阻燃剂包括如下质量份的物质组分：硼酸锌16份、有机蒙脱土12份、氢氧化铝28份、氢氧化镁28份和聚磷酸铵16份。
[0082]
其中引燃时间是样品表面由于热辐射建立持续燃烧所需要的时间，是评价材料燃烧行为的一个重要因素。在控制热流强度辐射相同的情况下，如果材料的引燃时间越长，就表明材料的抵抗燃烧的性能越好，潜在的火灾危害性也越小。本发明进行的沥青混合料锥形量热仪试验如下表2所示，实施例一所述多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料的引燃时间相对其他实施例提高了10s左右，因此在沥青混合料引燃过程中，所述多孔钢渣负载复合纳米阻燃剂阻燃体系通过自身分解吸收热量、消耗混合料表面氧气、形成玻璃层等步骤延缓了沥青混合料的引燃时间，增加了沥青混合料的耐点燃性，一旦公路隧道发生火灾，沥青路面的引燃时间延长给救援展开提供了必要的时间，减少了火灾造成的伤亡。
[0083]
表2.锥形量热仪试验结果
[0084][0085]
表2中可以看出，掺加本发明得到的多孔钢渣负载纳米阻燃剂的沥青混合料能够有效的提升了沥青路面的燃烧时间，通过复合纳米阻燃剂阻燃体系的形成降低了燃烧过程中热释放量，综合阻燃效果达到显著提升。
[0086]
本发明中一种多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0087]
步骤1、多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料制备，具体包括以下步骤：
[0088]
步骤1a、复合纳米阻燃剂制备：将硼酸锌、有机蒙脱土、氢氧化铝、氢氧化镁和聚磷酸铵按设定物质组分混合。
[0089]
步骤1b、高黏橡胶改性沥青制备：在70#基质沥青中添加胶粉与高粘剂混合。
[0090]
步骤1c、钢渣表面改性剂制备：将硅烷偶联剂、水和乙醇混合后静置20分钟，得到硅烷偶联剂水溶液。
[0091]
步骤1d、钢渣粗集料改性：将硅烷偶联剂水溶液与复合纳米阻燃剂混合均匀后加
入钢渣粗集料后充分搅拌，然后将钢渣粗集料加热至160℃后固化30分钟，进行充分的表面改性。
[0092]
现有工程中加入阻燃剂时，需要在沥青混合料充分拌和的过程中加入阻燃剂，或在沥青中加入阻燃剂，这类掺配方法容易导致大量阻燃剂粉末直接与高粘性沥青质接触，受沥青的包裹和粘附，导致阻燃剂在路面内部分布不均匀，又容易产生释放过程快、阻燃效果不能充分发挥的缺点，在铺筑路段后，仍然容易产生隧道内安全隐患。
[0093]
步骤1d中采用将复合纳米阻燃剂与集料结合的方法，避免阻燃剂与沥青过早的结合而影响阻燃效果，采用硅烷偶联剂负载复合纳米阻燃剂，在集料充分拌和之前，将阻燃剂粉末按照预定比例提前加入硅烷偶联剂液体中充分混匀，在此基础上对钢渣集料进行表面改性，在改性剂与钢渣集料充分混匀的过程中，依托钢渣表面天然多孔的结构充分吸附复合纳米阻燃剂，在硅烷偶联剂起到良好改性作用的同时，提升混合料的阻燃效果，提高隧道内沥青路面火灾安全性和耐久性。
[0094]
步骤1e、原料搅拌：将改性后的钢渣粗集料、玄武岩粗集料、玄武岩细集料和玄武岩矿粉分别加热至185℃～210℃的温度后进行搅拌，随后将高黏橡胶改性沥青加热至170℃～185℃的温度后加入搅拌，防止搅拌中温度降低出现凝固结块的现象，搅拌后的多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料温度应满足170℃～185℃，且出料温度低于165℃或高于195℃的沥青混合料必须废弃处理。其中多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料搅拌时间应根据具体情况经试拌确定，以混合料拌和均匀、所有矿料颗粒全部裹覆沥青结合料为度，无花白料、无结团成块或严重的粗细集料分离现象。
[0095]
步骤1e中，钢渣粗集料、玄武岩粗集料、玄武岩细集料和玄武岩矿粉的干拌时间不少于10s，搅拌采用的间歇式拌和机每盘的生产周期不少于60s。为满足透水沥青路面技术规程中的相关规定，钢渣粗集料、玄武岩粗集料、玄武岩细集料和玄武岩矿粉的级配满足的筛孔通过率如下：
[0096]
16mm筛孔通过率100％；13.2mm筛孔通过率90％～100％；筛孔通过率9.5mm 60％～80％；4.75mm筛孔通过率12％～30％；2.36mm筛孔通过率10％～22％；1.18mm筛孔通过率6％～18％；0.6mm筛孔通过率4％～15％；0.3mm筛孔通过率3％～12％；0.15mm筛孔通过率3％～8％；0.075mm筛孔通过率2％～6％。
[0097]
步骤2、多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料摊铺：将温度不低于155℃的多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料平整摊铺在施工路面上方，其中摊铺前应根据松铺厚度、纵横坡度调整好摊铺机，同时摊铺机开始摊铺前应将熨平板预热至110℃以上。
[0098]
步骤3、多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料压制：摊铺完成后应依次按照初压、复压和终压三个阶段进行。压路机从外侧向中心碾压，由低处向高处碾压，轮迹始终与路基中线平行，相邻碾压带重叠50～100mm。初压、复压与终压均采用11～13t双钢轮压路机，压制温度控制为150℃～165℃。
[0099]
初压在混合料摊铺后紧跟进行，初压中优选采用静作用压实1～2遍，初压过程中不得产生推移、开裂，初压后应观察平整度、路拱，发现问题及时作适当调整。
[0100]
复压在初压后紧跟进行，复压中优选采用静作用压实2～4遍。
[0101]
终压在路面温度降低到120
±
10℃后进行，终压中优选采用采用静作用压实1～2遍，此步骤目的是为了等已铺筑的路面本身形成良好完整的粘附效果，不会出现部分混合
料表面被压路机粘连脱离路表，形成病害。
[0102]
步骤4、多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料补强：特殊位置被粘连或压出裂缝后，采用改性乳化沥青洒布1～2遍，洒布量应为0.10～0.15kg/m2(以纯沥青计)。此步骤是为了使乳化沥青和已铺筑混合料结合，由于改性乳化沥青常温情况下可保持流动性，在特殊位置洒布后可对该位置形成一个超薄养护层，有效的粘结混合料在施工中出现的病害的部位，保证路面的施工能形成有效的强度。
[0103]
步骤5、多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料保护：在多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料补强铺装施工完毕后，待其自然冷却后24h后开方交通，同时在养护期间禁止重型车辆驶入。
[0104]
通过以上分析可知，本发明的一种多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面沥青混合料按照所述施工方法进行摊铺，能够有效提升隧道路面的点燃时间，降低峰值热释放量和总体热释放量，改善噪音吸收效果，兼具阻燃和环保等功能，应用于隧道路面内能最大限度发挥使用效果。
[0105]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料，其特征在于：包括如下质量份的物质组分：钢渣粗集料35～52份；玄武岩粗集料32～46份；玄武岩细集料12～16份；填料3～4份；高黏橡胶改性沥青4～5份；钢渣表面改性剂2～3份；钢渣粗集料和玄武岩粗集料的粒径大于4.75mm，玄武岩细集料的粒径在0～4.75mm之间；填料包括玄武岩矿粉与复合纳米阻燃剂，复合纳米阻燃剂包括如下质量份的物质组分：硼酸锌10～16份；有机蒙脱土12～18份；氢氧化铝27～30份；氢氧化镁25～30份；聚磷酸铵12～18份。2.根据权利要求1所述的多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料，其特征在于：所述钢渣表面改性剂为硅烷偶联剂水溶液，硅烷偶联剂水溶液包括如下质量份的物质组分：硅烷偶联剂1份；水9份；乙醇10份。3.根据权利要求1所述的多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料，其特征在于：所述高黏橡胶改性沥青包括如下质量份的物质组分：70#沥青100份；胶粉20份；高粘剂8份。4.根据权利要求1所述的多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料，其特征在于：包括如下质量份的物质组分：钢渣粗集料43份；玄武岩粗集料40份；玄武岩细集料13份；填料4份；高黏橡胶改性沥青的质量为钢渣粗集料、玄武岩粗集料和玄武岩细集料质量总和的4.8％，钢渣表面改性剂的质量为钢渣粗集料质量的3％，复合纳米阻燃剂的质量为高黏橡胶改性沥青质量的18％；所述复合纳米阻燃剂包括如下质量份的物质组分：硼酸锌12份；有机蒙脱土18份；氢氧化铝27份；氢氧化镁27份；
聚磷酸铵16份。5.根据权利要求1所述的多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料，其特征在于：包括如下质量份的物质组分：钢渣粗集料35份；玄武岩粗集料46份；玄武岩细集料16份；填料3份；高黏橡胶改性沥青的质量为钢渣粗集料、玄武岩粗集料和玄武岩细集料质量总和的4.6％，钢渣表面改性剂的质量为钢渣粗集料质量的3％，复合纳米阻燃剂的质量为高黏橡胶改性沥青质量的15％；所述复合纳米阻燃剂包括如下质量份的物质组分：硼酸锌10份；有机蒙脱土15份；氢氧化铝29份；氢氧化镁30份；聚磷酸铵16份。6.根据权利要求1所述的多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料，其特征在于：包括如下质量份的物质组分：钢渣粗集料52份；玄武岩粗集料32份；玄武岩细集料12份；填料4份；高黏橡胶改性沥青的质量为钢渣粗集料、玄武岩粗集料和玄武岩细集料质量总和的5％，钢渣表面改性剂的质量为钢渣粗集料质量的3％，复合纳米阻燃剂的质量为高黏橡胶改性沥青质量的20％；所述复合纳米阻燃剂包括如下质量份的物质组分：硼酸锌14份；有机蒙脱土18份；氢氧化铝25份；氢氧化镁25份；聚磷酸铵18份。7.根据权利要求1所述的多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料，其特征在于：包括如下质量份的物质组分：钢渣粗集料43份；玄武岩粗集料40份；玄武岩细集料13份；填料4份；高黏橡胶改性沥青的质量为钢渣粗集料、玄武岩粗集料和玄武岩细集料质量总和的4.8％，钢渣表面改性剂的质量为钢渣粗集料质量的3％，复合纳米阻燃剂的质量为高黏橡
胶改性沥青质量的18％；所述复合纳米阻燃剂包括如下质量份的物质组分：硼酸锌14份；有机蒙脱土14份；氢氧化铝30份；氢氧化镁30份；聚磷酸铵12份。8.一种基于权利要求1至4任一项所述的一种多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料制备，具体包括以下步骤：步骤1a、复合纳米阻燃剂制备：将硼酸锌、有机蒙脱土、氢氧化铝、氢氧化镁和聚磷酸铵混合；步骤1b、高黏橡胶改性沥青制备：在70#基质沥青中添加胶粉与高粘剂混合；步骤1c、钢渣表面改性剂制备：将硅烷偶联剂、水和乙醇混合后静置，得到硅烷偶联剂水溶液；步骤1d、钢渣粗集料改性：将硅烷偶联剂水溶液与复合纳米阻燃剂混合均匀后加入钢渣粗集料后充分搅拌，然后将钢渣粗集料加热后固化，完成钢渣粗集料的改性；步骤1e、原料搅拌：将改性后的钢渣粗集料、玄武岩粗集料、玄武岩细集料和玄武岩矿粉分别加热至不低于185℃的温度后进行搅拌，随后将高黏橡胶改性沥青加热至不低于170℃的温度后加入搅拌，搅拌后的多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料温度不低于170℃；步骤2、多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料摊铺：将温度不低于155℃的多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料平整摊铺在施工路面上方；步骤3、多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料压制：摊铺完成后依次进行初压、复压和终压，初压为静作用压实1～2遍，复压为静作用压实2～4遍，终压为静作用压实1～2遍；初压、复压和终压温度控制为150℃～165℃。9.根据权利要求5所述的多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料的施工方法，其特征在于：步骤1e中，高黏橡胶改性沥青加热温度为170～180℃，钢渣粗集料、玄武岩粗集料、玄武岩细集料和玄武岩矿粉加热温度为185℃～210℃，多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料混合后的温度为170℃～185℃。10.根据权利要求5所述的多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料的施工方法，其特征在于：步骤1e中，钢渣粗集料、玄武岩粗集料、玄武岩细集料和玄武岩矿粉的级配满足的筛孔通过率如下：16mm筛孔通过率100％；13.2mm筛孔通过率90％～100％；筛孔通过率9.5mm 60％～80％；4.75mm筛孔通过率12％～30％；2.36mm筛孔通过率10％～22％；1.18mm筛孔通过率6％～18％；0.6mm筛孔通过率4％～15％；0.3mm筛孔通过率3％～12％；0.15mm筛孔通过率3％～8％；0.075mm筛孔通过率2％～6％。

技术总结
本发明公开了一种多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料及其施工方法，涉及路面材料技术领域，包括如下质量份的各物质：钢渣粗集料35~52份，玄武岩粗集料32~46份，玄武岩细集料12~16份，填料3~4份，高黏橡胶改性沥青4~5份，钢渣表面改性剂2~3份。填料包括玄武岩矿粉与复合纳米阻燃剂，复合纳米阻燃剂包括如下质量份的物质组分：硼酸锌10~16份，有机蒙脱土12~18份，氢氧化铝27~30份，氢氧化镁25~30份，聚磷酸铵12~18份。施工方法包括多孔钢渣负载纳米阻燃剂的隧道路面混合料制备、摊铺、压制、补强和保护等步骤，能够有效提升隧道路面的点燃时间，降低峰值热释放量和总体热释放量，改善噪音吸收效果，兼具阻燃和环保等功能，应用于隧道路面内能最大限度发挥使用效果。隧道路面内能最大限度发挥使用效果。


技术研发人员：陈先华 安伟亮 徐刚 黄卫 符刘旭 王丽丽 张超 张翔珑 朱恒 张峰 杨军
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/8/5