阻燃瀝青及其混合料技術性能研究

郭瑞+謝寧+王歡+范志新+秦琦

（鄭州大學 450001）

摘 要：當前，瀝青路面在公路隧道工程建設中大量使用，而瀝青易燃的危險性也引起了各國專家的重視。因此，為了解決瀝青的易燃性問題，驗證阻燃瀝青及其混合料性質，本文通過開展極限氧指數實驗評價阻燃瀝青的阻燃性能，通過車轍實驗、浸水馬歇爾實驗和凍融實驗分別研究了阻燃瀝青的高溫穩定性和水穩定性。結果表明，阻燃劑顯著地提高了瀝青的阻燃性能，在阻燃劑最佳摻量下，阻燃瀝青的高溫穩定性得到了較大提高，而水穩定性在滿足規范的前提下略有降低，但仍符合規范要求。

關鍵詞：阻燃瀝青；最佳摻量；極限氧指數；路用性能；

本文采用山東某公司生產的成品復配阻燃劑，采用干拌法直接制得阻燃瀝青。通過對制備好的阻燃瀝青進行瀝青技術指標及其極限氧指數試驗測試，并根據試驗結果，確定阻燃劑的最佳摻量。在阻燃劑的最佳摻量下，通過車轍試驗、浸水馬歇爾試驗以及凍融試驗研究阻燃瀝青的路用性能，以分析其在隧道中應用的可行性。

一、原材料及其物理性質

（1）瀝青

試驗采用70#道路石油瀝青，各項性能指標見表1，符合JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》的技術要求。

（2）阻燃劑

實驗采用的阻燃劑屬于膨脹型阻燃劑，其包含三種成分，成炭劑季戊四醇，脫水劑聚磷酸銨以及發泡劑三聚氰胺。各成分的技術指標如表2所示。

（3）集料

集料的技術指標如表3所示。

（4）礦粉

礦粉的技術指標如表4所示。

二、阻燃瀝青技術性質

（1）阻燃瀝青阻燃性能評價

本文采用極限氧指數評價阻燃瀝青的阻燃性能。極限氧指數是指規定條件下，試件在氧氣和氮氣的混合氣體中維持平衡燃燒所需最低的氧氣濃度。一般空氣中的氧氣濃度為21%。試驗結果如表5所示。

從表5數據可以看出，隨著阻燃劑的摻量增加，阻燃瀝青的極限氧指數增大。阻燃劑的增加可以顯著增加阻燃瀝青的阻燃性能，在阻燃劑摻量為8%時，極限氧指數可達到25.3%。

（2）阻燃瀝青基本性質

瀝青三大指標是劃分粘稠石油瀝青的重要技術指標，對瀝青路面的高溫穩定性、低溫抗裂性、抗疲勞能力、水穩定性和耐久性有影響。另外，布氏旋轉粘度是路面一個重要的力學指標，與瀝青混合料動穩定度有很大的相關性。

石油瀝青在加入阻燃劑之后，三大指標以及布氏旋轉粘度將產生變化，試驗采用《瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG 20E-20-2011），分別測定了阻燃劑摻量為5%、6%、7%和8%的阻燃瀝青的三大指標和粘度。

基質瀝青在加入阻燃劑后，隨著阻燃劑摻量增加，針入度值降低且速度趨緩，可見分散在瀝青中的阻燃劑細小顆粒使瀝青的針入度變小，而其摻量增多對其針入度的影響在減弱。阻燃劑的摻量增加會使阻燃瀝青的軟化點升高，且幅度均勻。對于瀝青延度，阻燃劑摻量的增加會使阻燃瀝青的延度減小，它的變化趨勢為隨著阻燃劑摻量增加，延度減小的趨勢越來越緩和。分析阻燃劑的摻入對阻燃瀝青粘度的影響，可以發現隨著阻燃劑的摻加量增大，阻燃瀝青的粘度呈增加的趨勢。

（3）阻燃劑最佳摻量

根據試驗測得的數據，極限氧指數隨著阻燃劑摻量的提高而提高，僅從這一個因素分析，阻燃劑摻量越大，阻燃效果越好，但是過多的阻燃劑，將無法充分溶解在瀝青中，給瀝青的物理性能造成很大的影響，使針入度、延度以及粘度降低，軟化點升高，這是由于阻燃劑的加入使石油瀝青的鏈段自由活動的能力減弱，瀝青變稠。在摻量為7%時，針入度和延度趨向穩定，軟化點有急劇上升的趨勢，另外考慮經濟因素，阻燃劑的最佳摻量為7%。

三、阻燃瀝青混合料路用性能研究

（1）級配和最佳油石比

根據集料在試驗室內的篩分結果，參照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）中的級配范圍，本文在試驗時選取了AC-16C這種級配進行混合料配合比設計。AC-16C的級配范圍、合成級配及其級配曲線如圖1所示。

在確定最佳油石比時，選取3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%四個油石比，每個油石比成型4個馬歇爾試件，按《瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG 20E-20-2011）中試驗方法測定體積參數、穩定度、流值，取平均值計算混合料最佳油石比。

以油石比為橫坐標，以馬歇爾試驗的各項指標為縱坐標，將試驗結果繪成圓滑的曲線，從而確定相應于密度最大值的油石比a1=4.2，相應于穩定度最大值的a2=4.9，目標空隙率對應的的油石比a3=4.0，相應于瀝青飽和度范圍中值的油石比a4=4.0，OACmin=3.4，OACmax=4.4。

OAC1=1/4（a1+a2+a3+a4）=4.275

OAC2=1/2（OACmin+OACmax）=4.4

OAC=1/2（OAC1+OAC2）=4.3375，取為4.34

因此，通過馬歇爾方法確定阻燃瀝青的最佳油石比為4.34%。

（2）高溫穩定性

根據規范T 0719測得的混合料動穩定度結果如表8所示。

根據實驗數據可以看出，由于阻燃劑的摻入，瀝青混合料的動穩定度增大。這是因為阻燃劑的摻入增大了瀝青的粘度和軟化點，改善了瀝青的抗高溫能力，從而提高了混合料的車轍動穩定度，進而提高了瀝青混合料的高溫穩定性。

（3）水穩定性

在阻燃劑摻量為最佳摻量7%的條件下，本文用浸水馬歇爾實驗和凍融劈裂試驗研究阻燃瀝青混合料的水穩定性能，分別進行了4組平行試驗。

根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）規定，普通瀝青混合料的殘留穩定度比不能低于75%，和殘留強度比均不能低于70%。試驗結果表明，盡管阻燃劑的摻入影響了瀝青混合料的水穩定性，但由于阻燃劑的摻量較小，瀝青膜的厚度減小有限，阻燃瀝青混合料仍然具有良好的水穩定性。

結論：

a.阻燃劑顯著提高了普通瀝青的阻燃性，阻燃劑摻量為8%時，普通瀝青的極限氧指數可達到25.3%。

b.阻燃劑增大了瀝青的粘度和軟化點，使針入度和延度減小。

c.由于瀝青的軟化點和粘度的提高，阻燃瀝青混合料的高溫穩定性得到了提高，而阻燃劑影響了瀝青膜厚度，從而使水穩定性略有降低，但仍滿足規范要求。

d.本文研究結果是建立在室內試驗的基礎上進行的，與實際應用情況存在一定的差異，應推廣阻燃瀝青與阻燃瀝青混合料的應用，并長期觀測其使用性能，為其路用性能作出參考。

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作者簡介：

郭瑞，1994年5月，男，漢族，安徽省安慶市人；職稱：學生；單位：鄭州大學；專業：道路橋梁與渡河工程。

謝寧，1994年11月，女，漢族，山東省泰安市人；職稱：學生；單位：鄭州大學；專業：道路橋梁與渡河工程。

王歡，1995年9月，女，漢族，山西省運城市人；職稱：學生；單位：鄭州大學；專業：道路橋梁與渡河工程。

范志新，1994年4月，男，漢族，河南省信陽市人；職稱：學生；單位：鄭州大學；專業：道路橋梁與渡河工程。

秦琦，1995年1月，男，漢族，河南省鶴壁市人；職稱：學生；單位：鄭州大學；專業：道路橋梁與渡河工程。