隧道阻燃瀝青混合料路用性能研究

陳金梅

摘要：阻燃瀝青混合料能夠減少鋪筑施工過程中及運營過程中廢氣和有毒氣體的排放，降低道路火災險情程度。文章提出阻燃瀝青混合料的選材要求，通過室內(nèi)試驗研究了阻燃瀝青混合料的路用性能，并結(jié)合工程實踐介紹其施工工藝，對阻燃瀝青路面的使用性能進行檢測。結(jié)果表明：阻燃瀝青混合料的MS、TSR均>90%，-10℃、O℃及5℃的勁度模量分別為2191MPa、1553MPa及713MPa，動穩(wěn)定度為2011次/mm，阻燃瀝青混合料的水穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能及高溫性能均優(yōu)于基質(zhì)瀝青混合料;阻燃瀝青路面的IRI及BPN均能滿足規(guī)范要求，具有較好的使用性能。

關鍵詞：瀝青路面;阻燃瀝青混合料;路用性能;IRI;BPN

中圖分類號：U454 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.022

文章編號：1673-4874（2019）08-0080-04

0引言

公路承擔著經(jīng)濟建設的運輸任務，是國家的經(jīng)濟命脈。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略不斷深入和“一帶一路“經(jīng)濟走廊的開拓，高等級公路迅速從東部平原微丘地帶向西南西北重丘山嶺地帶延伸。高等級公路要求平面線型長直無突變、縱坡平緩，因此我國山區(qū)高速公路大量采用隧道方案，且隧道可最大程度縮短公路里程、節(jié)約土地用量。據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，截至2016年底我國公路隧道為15181處。大量的隧道瀝青路面面臨著嚴峻問題：由于隧道內(nèi)封閉的環(huán)境，瀝青路面鋪筑施工過程中高溫混合料產(chǎn)生的廢氣或汽車輪胎與路面摩擦導致路面高溫使其產(chǎn)生的有害氣體不能排除，影響工程技術人員或駕乘人員的身體健康;發(fā)生火災險情時不能及時有效控制。顯然，隧道瀝青路面的降煙阻燃成為亟待解決的問題。

目前已有許多學者為改善隧道內(nèi)部行車條件作出相關研究。王心對阻燃溫拌瀝青混合料技術進行研究，對比多家廠家的阻燃劑路面應用性能，依據(jù)氧指數(shù)、煙密度等指標確定最佳抑煙阻燃效果的阻燃劑摻量。高啟聚等采用不同阻燃劑和溫拌劑摻量制備多種溫拌阻燃SBS改性瀝青混合料，并發(fā)現(xiàn)其與未摻改性劑的普通SBS瀝青混合料的水穩(wěn)定性能差異較小，但高低溫性能差異較大。盛燕萍等對阻燃劑表面改性劑進行研究，并將其用于制備阻燃瀝青，發(fā)現(xiàn)阻燃劑摻量<8%時，可有效改善瀝青的阻燃性能和高溫性能，但對瀝青低溫性能和存儲穩(wěn)定性改善效果不明顯。

綜上所述，國內(nèi)外對阻燃瀝青混合料已經(jīng)開展大量研究，但對于阻燃瀝青的路用性能和施工工藝的研究較少。本文將開展室內(nèi)試驗研究阻燃瀝青混合料的高低溫性能、水穩(wěn)定性能，并結(jié)合實際工程對其使用性能進行分析。

1原材料

1.1集料

瀝青混合料中粗集料形成骨架，細集料填充空隙，其結(jié)構(gòu)強度取決度于混合料內(nèi)摩擦角和粘聚力。因此粗集料要求具有高抗壓強度、形狀規(guī)則無針片狀石料，表面干燥無風化，且與瀝青粘附性較好;細集料要求具有良好的顆粒形狀、無風化無雜質(zhì)。本工程粗集料采用云南大理產(chǎn)石灰?guī)r，細集料采用石料生產(chǎn)過程中的石屑與再加工的機制砂，參考《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG-E42-2005）測定其基本性能指標，結(jié)果如表1所示。

1.2瀝青

瀝青作為瀝青混合料的粘結(jié)劑，其品質(zhì)直接影響混合料路用性能。本工程采用殼牌公司生產(chǎn)的70#瀝青，依據(jù)《公路工程瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTGE20-2011）對其性能指標進行檢驗，試驗結(jié)果如表2所示。

1.3阻燃改性劑

本工程阻燃劑采用智祥公司生產(chǎn)的FRMAXTM環(huán)保型阻燃改性劑，其外觀為3×5mm紅色柱狀顆粒，阻燃改性劑性能指標如表3所示。采用阻燃改性劑制備阻燃瀝青時，先將瀝青加熱至170℃左右，使其呈液態(tài)，再摻入阻燃改性劑，在高速剪切機下以2000rmp轉(zhuǎn)速剪切40min，剪切完成后再將其置于180℃烘箱中熱漲10h制得阻燃瀝青。

2隧道阻燃瀝青混合料路用性能研究

2.1水穩(wěn)定性能

隧道內(nèi)部環(huán)境封閉潮濕且容易積水，阻燃瀝青混合料應具有較好的抗水損害能力。抗水損害能力決定路面水穩(wěn)定性能。本文依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2001）對采用基質(zhì)瀝青混合料和阻燃瀝青混合料成型的標準馬歇爾試件進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，試驗結(jié)果見表4。

由表4可知，兩種混合料的MS和TSR均能滿足規(guī)范要求，但阻燃瀝青混合料具有更優(yōu)良的水穩(wěn)定性能。未摻阻燃劑的基質(zhì)瀝青混合料MS和TSR分別為88.4%、85.5%，阻燃瀝青混合料MS和TSR分別為95.1%、92.6%。從水穩(wěn)定性試驗結(jié)果可以看出：阻燃瀝青混合料比未摻阻燃劑的混合料水穩(wěn)性能要好，阻燃劑能夠提高瀝青混合水穩(wěn)定性能。

2.2低溫抗裂性能

彎曲勁度模量是描述瀝青混合料在不同溫度下變形特性的指標。本文參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2001）進行低溫小梁試驗，采用勁度模量評價瀝青混合料的低溫抗裂性能。試件采用輪碾成型車轍板切割而成的（250×30×35）mm小梁，試驗條件選擇為-10℃、0℃、15℃，試驗結(jié)果如表5所示。

分析表5試驗結(jié)果可知：阻燃瀝青混合料的低溫抗裂性能優(yōu)于未摻阻燃劑的基質(zhì)瀝青混合料?；|(zhì)瀝青混合料和阻燃瀝青混合料在-10℃條件的彎曲勁度模量分別為2894MPa、2191MPa;0℃條件下分別為1974MPa、1553MPa;15℃條件下分別為919MPa、713MPa。隨著溫度降低，彎曲勁度增大，混合料變形能力下降，說明其低溫抗裂性能降低，這是因為混合料中瀝青隨著溫度降低，黏度增大，瀝青變脆變硬，使混合料變形能力降低;同一溫度下阻燃瀝青混合料的彎曲勁度模量明顯低于未摻阻燃劑的基質(zhì)瀝青混合料，說明阻燃劑有效提高混合料的低溫性能。

2.3高溫穩(wěn)定性能

瀝青路面由于高溫引起的車轍問題在道路病害中非常突出，車轍病害不僅影響行車舒適性，同時還直接影響行車安全性。本文參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2001）采用車轍試驗，利用動穩(wěn)定度DS和車轍深度對未摻阻燃劑的基質(zhì)瀝青混合料和阻燃瀝青進行高溫性能評價，試驗結(jié)果如表6所示。

由表6可知，兩種混合料的動穩(wěn)定度均>800次/mm但阻燃瀝青混合料的動穩(wěn)定度明顯高于普通混合料，這說明阻燃劑能夠一定程度上提高混料的高溫性能。

3工程實踐

3.1工程概況

為探索阻燃瀝青混合料施工工藝，驗證其路用性能，在某山區(qū)高速公路隧道路面采用阻燃瀝青混合料進行鋪筑，并在鋪筑完成后對路面進行相關檢測，檢驗其路況使用品質(zhì)。

3.2施工工藝

3.2.1生產(chǎn)拌合

阻燃瀝青混合料生產(chǎn)拌合采用2500型間歇式拌合機，并要求隨拌隨用。拌合機配備計算機結(jié)合拌合機內(nèi)部的多功能傳感器測定集料及瀝青用量、單次拌合量、拌合溫度，拌合全過程逐盤打印所有拌合參數(shù)，以精確控制拌合條件。拌合機必須配備有除塵裝置，除塵過程中造成的礦粉損失應補充等量新礦粉。瀝青混合料拌合時間根據(jù)試拌時瀝青與集料的裹覆程度決定，但每盤的生產(chǎn)周期應≥45s，其中干拌時間必須>10s。拌合結(jié)束后，混合料可存儲于有良好保溫性能的成品儲料倉，但儲存時間應≤1d，存儲過程混合料溫降≤10℃，并保證混合料出廠溫度達到150℃～165℃。

3.2.2運輸

阻燃瀝青混合料運輸采用15t以上的自卸汽車，運輸車底板和四側(cè)應抹一層隔離劑，但不得見可游離余液。從拌合機向運料車上裝料時，自卸汽車應前后移動位置，使混合料落入汽車料倉成“山”字型，減少混合料離析。運輸時，在車廂頂部覆蓋保溫、防水、防污染氈布，汽車行駛過程中避免急剎車，應盡量保持平穩(wěn)行駛并在出料后1h內(nèi)到達現(xiàn)場。運料車到達現(xiàn)場后在攤鋪機前10～30cm處停住，攤鋪機緩緩靠近接觸卸料車料斗，由攤鋪機推動汽車前進并開始卸料。

3.2.3攤鋪

攤鋪機在攤鋪施工前1h小時應將熨平板加熱，使其溫度≥100℃～120℃。為防止瀝青混合料粘結(jié)在收料斗和送料板上，應在其上涂刷植物油隔離劑，并通過調(diào)整攤鋪機夯錘振動頻率高于熨平板振幅，提高混合料攤鋪后的初始壓實度。根據(jù)拌合機的生產(chǎn)量、攤鋪厚度及攤鋪寬度確定攤鋪速度，但速度應控制在3～6km/h。攤鋪機后設專人觀測已攤鋪的混合料是否存在局部離析現(xiàn)象，在局部離析的位置應人工找補或者更換混合料。在攤鋪施工過程下雨時，應立即停止施工，清除未壓實成型的混合料，同時聯(lián)系攪拌站停止或減量生產(chǎn)瀝青混合料。

3.2.4碾壓

混合料初壓采用雙軸雙鋼輪壓路機，緊跟攤鋪機后≤100m進行碾壓，碾壓速度控制在2～4km/h，相鄰碾壓帶應重疊30cm，碾壓過程中不得產(chǎn)生推移、開裂，并保證初壓溫度≥150℃。復壓采用雙鋼輪振動壓路機，在高頻低幅振動模式下碾壓3～5遍，碾壓速度控制在3～5km/h。終壓采用膠輪壓路機碾壓1～2遍，目的為消除輪跡，提高路面平整度，碾壓速度控制在3～6km/h。壓路機碾壓過程應遵循從外側(cè)低處向中心高處碾壓的原則，最后直到碾壓至路中及全幅寬度為一遍。

3.3路面檢測

道路施工完成后，采用激光慣性高速平整度儀和擺式儀對路面國際平整度指數(shù)/RI和擺值BPN進行測定，擺值每一橫斷面選取4個測點，試驗結(jié)果取平均值。檢測結(jié)果見表7。

由表7可知，路面國際平整度指數(shù)均<2，BPN均>45，說明路面平整性較好，并具有較好的抗滑性能，說明阻燃瀝青混合料具有較好的應用效果，路面質(zhì)量優(yōu)良。

4結(jié)語

由于隧道瀝青路面處于相對封閉的環(huán)境，這就要求瀝青混合料具有較好的抑煙阻燃性能。本文提出阻燃瀝青混合料選材要求，通過浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、低溫彎曲蠕變試驗對阻燃瀝青混合料的路用性能進行研究，發(fā)現(xiàn)摻入阻燃劑后制備的阻燃混合料的水穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能和高溫穩(wěn)定性均有一定程度改善，并結(jié)合工程實踐研究阻燃瀝青混合料的施工工藝，對阻燃瀝青路面的平整度和摩擦系數(shù)進行測定，結(jié)果均能滿足規(guī)范要求，說明阻燃瀝青混合料具有較好的路用性能及較好的推廣應用前景。