復合阻燃劑對SBS改性瀝青混合料路用性能的影響

劉光輝

(湖南省潭衡高速公路管理中心，湖南 湘潭 411100)

瀝青路面行車舒適性好、施工便捷及運營期養護維修封閉交通時間短，隧道工程多采用瀝青路面。長大隧道相對密閉，通風性較差，而瀝青混合料特別是摻加SBS改性劑的瀝青混合料中包含大量易燃有機化合物，遇明火會迅速燃燒并產生大量濃煙，造成不可控制的嚴重后果。因此，應特別注意長大隧道路面及襯砌材料的阻燃性能。國外已在較多隧道工程中開展了阻燃瀝青研究與應用，并研發了多種阻燃劑。但國內研究較晚，已有成果較少涉及阻燃瀝青對路用性能的影響及在實際工程中的應用效果。本文在常規阻燃劑研究的基礎上配制一種阻燃性能更高的復合阻燃劑，通過室內試驗分析其對SBS改性瀝青混合料路用性能的影響，并通過工程應用驗證其實際應用效果。

1 室內試驗方案

1.1 試驗材料

(1)瀝青。選用東海牌SBS(1-C)改性瀝青，其主要性能見表1。

表1 SBS改性瀝青的主要性能指標

(2)阻燃劑。以氫氧化鎂∶硼酸鋅∶十溴二苯乙烷=1∶4∶5(質量比)的配比制備復合阻燃劑。選用常用鎂鹽晶須阻燃劑及無氯阻燃劑進行對比。

(3)集料。粗集料采用玄武巖，礦粉采用石灰巖粉末，其性能檢測結果見表2。

表2 集料的物理力學性能檢測結果

1.2 復合阻燃劑的最佳用量

通過高速剪切混合器制備摻有不同阻燃劑的改性瀝青。先將SBS改性瀝青加熱至175 ℃，再摻入不同類型阻燃劑機械剪切10 min。

制作涂抹阻燃改性瀝青的玻璃纖維試件(長×寬=15 cm×4.5 cm)進行氧指數試驗，測定燃燒后試件的氧指數。氧指數OI的計算公式為：

式中：[O2]、[N2]分別為氧氣和氮氣的體積流量(L/min)。

氧指數試驗結果見圖1。從圖1可以看出：SBS改性瀝青的OI隨著不同類型阻燃劑用量的增加而增加，其阻燃效果越來越好。復合阻燃劑摻量大于8%時，OI迅速增加，摻量為10%時達到26.1%，滿足隧道阻燃瀝青路面OI>25%的要求，且優于摻加其他兩種阻燃劑的改性瀝青；之后，隨著摻量的增加，OI緩慢增長。綜合考慮安全性與經濟效益，復合阻燃劑的最佳摻量為10%。

圖1 不同阻燃劑及摻量下SBS改性瀝青的氧指數

1.3 配合比設計

分別選用AC-13及SMA-13級配類型，參照JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》中級配中值進行目標級配設計，結果見表3、表4。

表3 AC-13礦料級配設計

表4 SMA-13礦料級配設計

按JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》對10%復合阻燃劑摻量瀝青混合料進行馬歇爾試驗，確定AC-13、SMA-13混合料的最佳油石比分別為4.8%、6.2%。

1.4 試驗方案

按設計級配及最佳油石比制備摻10%復合阻燃劑的SBS改性瀝青混合料試件，根據JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》分別進行高溫車轍試驗、小梁彎曲試驗及浸水馬歇爾試驗，分析其路用性能。

2 室內試驗結果分析

2.1 高溫穩定性

分別制備復合阻燃劑摻量為10%的不同級配類型SBS改性瀝青混合料試件進行車轍試驗，分析其高溫穩定性，試驗結果見圖2。

圖2 車轍試驗結果

由圖2可知：不同級配類型SBS改性瀝青混合料在摻入10%復合阻燃劑后，其動穩定度得到提高，AC-13與SMA-13混合料的動穩定度分別提高8.8%、9.6%，高溫穩定性得到改善。摻入復合阻燃劑后，SBS改性瀝青的軟化點與黏度在復合阻燃劑中無機材料的改性下得到提高，進而提高了高溫穩定性能。10%復合阻燃劑摻量下，SMA-13混合料的動穩定度比AC-13高15.6%，表明SMA-13具有更好的高溫穩定性，適用于隧道路面。

2.2 低溫抗裂性能

在溫度為-10 ℃時，采用SANS萬能試驗機，通過單點加載的小梁彎曲試驗測試復合阻燃劑摻量為10%的不同級配類型SBS改性瀝青混合料的低溫抗裂性能，試驗結果見圖3。

圖3 小梁彎曲試驗結果

從圖3可以看出：不同級配類型SBS改性瀝青混合料在摻入10%復合阻燃劑后，其破壞應變均降低，低溫抗裂性能出現一定程度降低，AC-13與SMA-13混合料的低溫破壞應變分別降低11.5%、9.4%，AC-13混合料的低溫抗裂性能已不能滿足規范要求，SMA-13混合料的低溫抗裂性能仍滿足規范要求。摻入復合阻燃劑后，SBS改性瀝青的黏稠度增大，低溫下的勁度大幅下降，較大程度影響了其抗變形能力。但10%復合阻燃劑摻量對SMA-13瀝青混合料的影響較小，混合料仍具有較好的低溫抗裂性能。

2.3 水穩定性

復合阻燃劑的摻量取10%，按最佳油石比分別制備不同級配類型SBS改性瀝青混合料試件進行浸水馬歇爾試驗，試驗結果見圖4。

圖4 浸水馬歇爾試驗結果

由圖4可知：不同級配類型SBS改性瀝青混合料在摻入10%復合阻燃劑后，水穩定性均出現一定程度降低，AC-13與SMA-13混合料的水穩定性分別降低5.1%、5.0%，但均滿足規范要求。這是因為摻入復合阻燃劑后，瀝青與集料之間的黏結力降低，其在水分作用下更容易剝離，水穩定性降低。

3 工程應用

3.1 工程概況

某新建公路K342+210—K345+350段為雙向兩車道隧道。以K342+210—520段作為試驗段，瀝青路面上面層鋪筑摻復合阻燃劑的SMA-13 SBS改性瀝青混合料，路面結構形式為20 cm 4%水泥穩定碎石底基層+20 cm 5%水泥穩定碎石基層+8 cm AC-25下面層+6 cm AC-20中面層+4 cm SMA-13上面層。該路段施工所采用材料類型及檢測方法均同室內試驗。復合阻燃劑摻量取10%，油石比為6.2%。

3.2 現場性能檢測

在SMA-13 SBS改性瀝青混合料出料后對其進行隨機抽樣，抽樣檢測結果見表5。由表5可知：施工現場拌合的混合料的相關性能均優于室內試驗結果，路用性能良好。

表5 SMA-13型SBS改性瀝青混合料抽樣檢測結果

K342+210—520段鋪筑完成后，每隔20 m對其鉆芯取樣，進行驗收檢測，取平均值作為檢測結果(見表6)。由表6可知：試驗段的各項驗收檢測結果均滿足規范要求，施工質量優異。

表6 試驗段驗收檢測結果

3.3 持續觀測與評價

該隧道工程于2017年3月建成，同年4月該新建公路全線通車。通車2年內對試驗段持續進行觀測，結果顯示：摻復合阻燃劑的SMA-13瀝青路面平整度高，無車轍病害及明顯裂縫產生，路用性能良好。低摻量復合阻燃劑對瀝青路面的路用性能影響較小，可推廣應用。

4 結論

(1)隨著復合阻燃劑摻量的增加，SBS改性瀝青的阻燃效果增強，考慮到安全性和經濟效益，復合阻燃劑最佳用量為10%。

(2)AC-13與SMA-13瀝青混合料在摻入10%復合阻燃劑后，高溫穩定性得到提高，動穩定度分別提高8.8%、9.6%。

(3)摻入10%復合阻燃劑后，瀝青混合料的低溫抗裂性能出現一定程度降低，AC-13與SMA-13瀝青混合料的低溫破壞應變分別降低11.5%、9.4%，AC-13瀝青混合料的低溫抗裂性能已不能滿足規范要求，但SMA-13瀝青混合料的低溫抗裂性能仍滿足規范要求。

(4)瀝青混合料的水穩定性在摻入10%復合阻燃劑后出現一定程度降低，AC-13與SMA-13瀝青混合料的水穩定性分別降低5.1%、5.0%，但均在規范要求范圍內。

(5)摻10%復合阻燃劑的SMA-13瀝青路面通車2年內平整度高，無車轍病害及明顯裂縫產生，路用性能良好。低摻量復合阻燃劑對瀝青路面的路用性能影響不大，可推廣應用。