新型高效阻燃劑對瀝青混合料體積指標的影響

岳永和 李 波 王 強

(1 甘肅路橋建設(shè)集團有限公司，甘肅 蘭州 730030；2 蘭州交通大學甘肅省道路橋梁與地下工程重點實驗室，甘肅 蘭州 730070)

隨著我國公路建設(shè)步伐的加快，大型公路、跨江隧道工程越來越多，隧道路面鋪裝水平將直接關(guān)系行車運營質(zhì)量與安全。瀝青路面由于行車舒適、噪聲低、抗滑性好、易于維修等優(yōu)點正越來越多地應(yīng)用到隧道路面中。然而隧道瀝青路面必須面臨一個問題——火災(zāi)安全。由于瀝青路面材料自身可燃性，在隧道內(nèi)部屬半封閉空間內(nèi)，一旦車輛發(fā)生火災(zāi)，汽油等可燃液體流淌擴散，火勢蔓延，將對人員生命安全和其他車輛構(gòu)成巨大威脅，難以在長度大、內(nèi)部空間封閉的隧道工程中廣泛應(yīng)用[1]。

對此，國內(nèi)外對阻燃瀝青路面進行了一些研究，使瀝青路面充分發(fā)揮自身優(yōu)點的同時也能達到隧道內(nèi)特殊環(huán)境對路面的要求[2-4]。在實際使用中隧道瀝青路面鋪裝阻燃瀝青面層，以提高瀝青路面的阻燃性能，但仍然存在施工毒性大、路用性能差，無法控制汽油燃燒等技術(shù)問題。究其根本，主要是阻燃瀝青面層的實現(xiàn)主要是采用添加瀝青阻燃劑的方法，但市場上的瀝青阻燃劑的摻量都比較大，特別是部分項目直接采用添加20%氫氧化鋁Al(OH)3或氫氧化鎂（Mg(OH)2的方式制備阻燃瀝青混合料[5]，在目前缺少相關(guān)技術(shù)規(guī)程的背景下，很多施工單位不能夠正確使用阻燃劑，如此大摻量的外加劑勢必會對瀝青混合料的路用性能造成較大影響。 此外，許多施工單位對阻燃劑對瀝青混合料的影響，特別是在阻燃瀝青混合料設(shè)計缺少必要的認識，也是無法成功鋪筑阻燃瀝青混凝土的原因。本文依托甘肅省交通建設(shè)科技項目《溫拌阻燃改性瀝青路面施工技術(shù)研究》，以研制的低摻量高效瀝青阻燃劑為對象，研究采用內(nèi)摻法和外參法時，不同摻量的阻燃劑對瀝青混合料體積指標的影響，在此基礎(chǔ)上，提出一定的阻燃瀝青混合料施工建議。

1 原材料

1.1 瀝青

本課題選用中石油克拉瑪依生產(chǎn)的“昆侖牌”翼龍系列SBSI-C 改性瀝青。按照《公路瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ 052—2000）[6]試驗方法對改性瀝青進行檢測評價。其結(jié)果見表1。各項指標均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）[7]要求。

表1 瀝青技術(shù)指標

1.2 礦料及級配

本研究所用粗細集料均來自于甘肅隴西玉石灣產(chǎn)斜長角閃巖，規(guī)格為15～25mm 碎石，15～20mm碎石，5～15mm碎石，5～10mm碎石，其合成級配見圖1。

表2 BFR-Ti 阻燃瀝青的技術(shù)指標

圖1 AC-20 合成級配曲線

1.3 阻燃劑

本研究選用以氫氧化鋁Al(OH)3、氫氧化鎂（Mg(OH)2、聚磷酸銨（APP）為原材料按照一定比例新型的阻燃劑中間體，同時用乙醇作溶劑將鈦酸酯偶聯(lián)劑配制成10.0%的處理液對其進行表面活化的瀝青阻燃劑ZFR-Ti。參用內(nèi)摻法加入瀝青后制備的阻燃瀝青主要技術(shù)指標如表2。可以看出，阻燃劑的加入對瀝青的技術(shù)指標有所影響，但仍在技術(shù)規(guī)范要求范圍。

2 試驗方案

阻燃劑的按照瀝青質(zhì)量的6%、9%、12%、15%、18%、21%添加。參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》及相關(guān)消石灰取代的方法，本次試驗中阻燃劑的添加方法有兩種：一種是將阻燃劑先制成阻燃瀝青，然后以瀝青的形式添加入混合料中；另一種是將瀝青與阻燃劑分離，將阻燃劑與礦粉混合，以礦料的形式添加入混合料中。同時，對阻燃劑內(nèi)加和外加法制成的阻燃瀝青混合料的空隙率、毛體積密度、流值、穩(wěn)定度等指標進行檢測。

試驗中確定油石比為4.86%。由于經(jīng)過篩分發(fā)現(xiàn)經(jīng)研磨后的阻燃劑的粒徑大小與礦粉差不多，故試驗中保持油石比不變，阻燃劑的添加量均為瀝青的百分比，增加的量通過取代形同量的礦粉來實現(xiàn)，以保證總礦料質(zhì)量不變。

3 結(jié)果及分析

阻燃劑摻量與毛體積密度、空隙率、流值、穩(wěn)定度、VWA、VFA 之間的關(guān)系曲線，如圖（2-7）所示。

圖2 阻燃劑摻量與毛體積之間的關(guān)系

圖3 阻燃劑摻量與流值之間的關(guān)系

圖4 阻燃劑摻量與穩(wěn)定度之間的關(guān)系

圖5 阻燃劑摻量與空隙率之間的關(guān)系

圖6 阻燃劑摻量與VWA 之間的關(guān)系

圖7 阻燃劑摻量與VFA 之間的關(guān)系

由以上各圖可以看出：

（1）從毛體積密度方面看，隨著阻燃劑添加量的的加入，混合料毛體積密度變大。當替代量在0%～10%之間時，外加法制成的瀝青混合料的毛體積密度較大；當替代量在10%～20%之間時，內(nèi)加法毛體積密度較大；20%以上時外加法毛體積密度較大。

(2)從流值方面看，阻燃劑的添加對混合料流值的影響較大，制出的阻燃瀝青混合料的流值普遍較大，雖然改性瀝青混合料的流值可以適當?shù)姆艑挘ㄗ畲笾悼纱笥?），但對多數(shù)分組而言均有些偏高。隨著添加量的增大整體呈上升趨勢，內(nèi)加法波動較大。

（3）從穩(wěn)定度方面看，添加阻燃劑后對其穩(wěn)定度影響比較大但均符合規(guī)范要求，整體上是隨著添加量的增加，其穩(wěn)定度呈現(xiàn)“N”型趨勢。當替代量在0～9%之間時，外加法制成的瀝青混合料的穩(wěn)定度較大；當替代量在9%以上時，內(nèi)加法穩(wěn)定度較大，但整體趨勢波動較大，在10%～15%之間有下降趨勢。

（4）從空隙率方面看，添加阻燃劑后，混合料的空隙率波動很大，但均符合規(guī)范要求，整體呈現(xiàn)“W”型。當替代量在0～10%之間時，內(nèi)加法制成的瀝青混合料的空隙率較大；當替代量在10%～20%之間時，外加法空隙率較大；20%以上時內(nèi)加法空隙率較大。

（5）從VWA、VFA 方面看，添加阻燃劑后，混合料的VWA、VFA 均有很大變化，但變化均在規(guī)范技術(shù)要求之內(nèi)。VWA 表上當替代量在0～11%之間時，內(nèi)加法制成的瀝青混合料的VWA 較大；當替代量在11%～20%之間時，外加法VWA 較大；20%以上時內(nèi)加法VWA 較大；VFA 曲線隨著阻燃劑添加量的增大呈現(xiàn)“N”型布局，內(nèi)外加法變化和VWA 相同。

4 結(jié)論

1）瀝青阻燃劑用量對瀝青混合料各性能均有較大影響；

2）阻燃劑內(nèi)摻與外摻添加方式的不同，也會對阻燃瀝青混合料的各種性能造成不同程度的影響；

3）當阻燃劑添加量在10%以內(nèi)時，外加法較為合適，當添加量在10%～15%時，內(nèi)加法較為合適，當添加量在20%以上時由于對混合料性能影響較大，不建議使用如此高添加量。

[1]黃志義，吳珂.長大隧道瀝青混凝土路面的防火安全性能[J].浙江大學學報（工學版），2007,41(8):1427-1428

[2]李祖?zhèn)?，陳輝強，牟建波，等.瀝青阻燃改性技術(shù)研究及其阻燃機理[J].長沙交通學院學報，2002,18（4）：44-47

[3]楊良，郭忠印，楊學良，等.OGFC 面層在公路隧道防火中的作用[J].安全環(huán)境學報，2004,4（4）：83-87

[4]楊群，郭忠印，藺習雄.隧道路面阻燃多孔瀝青混凝土性能研究[J].同濟大學學報（自然科學版），2005,22（3）：316-320

[5]丁慶軍，沈凡，黃紹龍.基于氫氧化鋁阻燃體系的開級配瀝青磨耗層防火層研究[J].中南大學學報（自然科學版），2009,40(4):932-939

[6]JTJ052—2000.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2000

[7]JTGF40-2004.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004