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系行車運營質量與安全。瀝青路面由于行車舒適、噪聲低、抗滑性好、易于維修等優點正越來越多地應用到隧道路面中。然而隧道瀝青路面必須面臨一個問題——火災安全。由于瀝青路面材料自身可燃性，在隧道內部屬半封閉空間內，一旦車輛發生火災，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成巨大威脅，難以在長度大、內部空間封閉的隧道工程中廣泛應用[1]。

對此，國內外對阻燃瀝青路面進行了一些研究，使瀝青路面充分發揮自身優點的同時也能達到隧道內特殊環境對路面的要求[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問題。究其根本，主要是阻燃瀝青面層的實現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]，在目前缺少相關技術規程的背景下，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科技項目《溫拌阻燃改性瀝青路面施工技術研究》，以研制的低摻量高效瀝青阻燃劑為對象，研究采用內摻法和外參法時，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程》（JTJ 052—2000）[6]試驗方法對改性瀝青進行檢測評價。其結果見表1。各項指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）[7]要求。

表1 瀝青技術指標

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斜長角閃巖，規格為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。參用內摻法加入瀝青后制備的阻燃瀝青主要技術指標如表2。可以看出，阻燃劑的加入對瀝青的技術指標有所影響，但仍在技術規范要求范圍。

2 試驗方案

阻燃劑的按照瀝青質量的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程》及相關消石灰取代的方法，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、穩定度等指標進行檢測。

試驗中確定油石比為4.86%。由于經過篩分發現經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，以保證總礦料質量不變。

3 結果及分析

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

圖2 阻燃劑摻量與毛體積之間的關系

圖3 阻燃劑摻量與流值之間的關系

圖4 阻燃劑摻量與穩定度之間的關系

圖5 阻燃劑摻量與空隙率之間的關系

圖6 阻燃劑摻量與VWA 之間的關系

圖7 阻燃劑摻量與VFA 之間的關系

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的放寬（最大值可大于4），但對多數分組而言均有些偏高。隨著添加量的增大整體呈上升趨勢，內加法波動較大。

（3）從穩定度方面看，添加阻燃劑后對其穩定度影響比較大但均符合規范要求，整體上是隨著添加量的增加，其穩定度呈現“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定度較大；當替代量在9%以上時，內加法穩定度較大，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，但均符合規范要求，整體呈現“W”型。當替代量在0～10%之間時，內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，但變化均在規范技術要求之內。VWA 表上當替代量在0～11%之間時，內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%以上時內加法VWA 較大；VFA 曲線隨著阻燃劑添加量的增大呈現“N”型布局，內外加法變化和VWA 相同。

4 結論

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%以內時，外加法較為合適，當添加量在10%～15%時，內加法較為合適，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]李祖偉，陳輝強，牟建波，等.瀝青阻燃改性技術研究及其阻燃機理[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規范[S].北京：人民交通出版社，2004