某高速公路項(xiàng)目阻燃瀝青性能研究

李文軍 謝貴龍

摘要：文章結(jié)合河百高速公路某標(biāo)段長隧道瀝青路面工程，研究該項(xiàng)目阻燃瀝青混凝土各方面的性能，并對比常規(guī)的改性瀝青混凝土路面，從瀝青至混合料成品，分別從各個(gè)階段試驗(yàn)分析阻燃劑對于瀝青路面的影響。

關(guān)鍵詞：阻燃瀝青;SBS改性瀝青;三大指標(biāo);閃燃點(diǎn);氧指數(shù);煙密度等級;性能指標(biāo);阻燃效果

中圖分類號：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：1O.13282/j.cnki.wccst.2019.07.01O

文章編號：1673-4874（2019）07-0028-04

0引言

我國山嶺重丘較多，地形復(fù)雜，隧道工程在我國高速公路建設(shè)過程中有著不可忽視的地位。瀝青混凝土路面由于其噪音小、維修方便、抗滑性好、行車舒適等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用作為隧道路面結(jié)構(gòu)層。然而隧道作為一個(gè)通風(fēng)性能差、活動(dòng)空間小的半封閉路段，一旦發(fā)生交通事故引起火災(zāi)，瀝青在高溫作用下會融化形成助燃劑并產(chǎn)生大量有毒有害氣體，造成重大的人員傷亡。阻燃瀝青的出現(xiàn)大大降低了隧道火災(zāi)過程中造成的損失，因此對于阻燃瀝青各方面性能的探索也在不斷進(jìn)行中。

1工程背景

河百高速公路某標(biāo)段共有三座長隧道，隧道內(nèi)路面結(jié)構(gòu)層為20cm混凝土基層+28cm混凝土面層+改性瀝青粘結(jié)防水層+6cmAC-20C SBS改性瀝青混凝土下面層+熱瀝青粘層+4cmAC-13C SBS改性阻燃瀝青混凝土上面層。阻燃瀝青采用AP復(fù)合阻燃劑，摻量為瀝青含量的6%。瀝青混凝土為連續(xù)級配骨架密實(shí)型的AC-13C;碎石采用輝綠巖母材生產(chǎn)，經(jīng)過水洗及整形，確保碎石干凈整潔、顆粒適宜;瀝青使用殼牌SBS改性瀝青?；旌狭系呐浜媳葹?1～16：7～11：4～7：O～4：礦粉=30：34：8：25：3，生產(chǎn)配合比最佳油石比為4.8%。

2SBS改性瀝青及阻燃瀝青的技術(shù)性能研究

2.1阻燃瀝青備制

本項(xiàng)目采用的阻燃劑為重慶伍圣建材有限公司生產(chǎn)的AP阻燃劑，呈白色粉末狀，其主要成分為鋁、硅結(jié)合的化合物。

稱取瀝青重量6%的阻燃劑進(jìn)行阻燃瀝青的備制，將SBS改性瀝青加熱至160℃～170℃，使瀝青呈流動(dòng)狀態(tài)，將阻燃劑一邊加入一邊充分?jǐn)嚢杈鶆?，完全加入后再充分?jǐn)嚢?0min以上，制成阻燃瀝青。

2.2阻燃瀝青及SBS改性瀝青三大指標(biāo)檢測

取適量的阻燃瀝青及SBS改性瀝青進(jìn)行瀝青三大指標(biāo)檢測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)可得出以下結(jié)論：

（1）針入度表征著瀝青的稠度，采用針入度儀進(jìn)行測試。針入度越大則表明瀝青較軟，稠度越小;針入度越小則表明瀝青較硬，稠度越大。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：加入阻燃劑后的阻燃瀝青針入度有小范圍的降低，瀝青的稠度有所增加，瀝青有小幅度變硬。

（2）延度表征著瀝青的塑性，即在恒定條件下，瀝青能夠拉伸的長度。延度采用延度儀進(jìn)行測試，將瀝青制作成8字形標(biāo)準(zhǔn)試件，在特定條件下進(jìn)行拉伸，記錄試件拉斷時(shí)的拉伸長度。延度越大表示瀝青的塑性越好，延度越小表示塑性越差。瀝青的塑性體現(xiàn)為瀝青的抗裂性能。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：加入阻燃劑的阻燃瀝青延度大幅度降低，降低比例高達(dá)36%，因此阻燃瀝青的低溫抗裂性能比SBS改性瀝青的低溫抗裂性能要差。

（3）軟化點(diǎn)表征瀝青的軟化溫度，即在特定條件下瀝青達(dá)到一定黏度時(shí)的溫度。軟化點(diǎn)一般采用環(huán)球法軟化點(diǎn)儀進(jìn)行測定，將瀝青試樣放入規(guī)定尺寸的圓環(huán)中，在表面放置一顆標(biāo)準(zhǔn)重量的鋼圓球，浸入水中，逐漸加熱升溫，圓球下落至固定位置時(shí)的溫度即為軟化點(diǎn)。軟化點(diǎn)在一定程度上反映著瀝青的高溫穩(wěn)定性。在針入度相等的情況下，軟化點(diǎn)越低，表明瀝青高溫穩(wěn)定性越差，反之亦然。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論：加入阻燃劑的阻燃瀝青軟化點(diǎn)小幅度增長，但是由于針入度也有小范圍的降低，所以也不能斷定其高溫穩(wěn)定性就有所增加。

2.3阻燃瀝青及SBS改性瀝青閃點(diǎn)和燃點(diǎn)檢測

瀝青的閃點(diǎn)指的是加熱瀝青至揮發(fā)出可燃?xì)怏w和空氣的混合物，在規(guī)定條件下與火焰接觸，出現(xiàn)閃火時(shí)的瀝青溫度。

瀝青的燃點(diǎn)指的是加熱瀝青產(chǎn)生的氣體和空氣，與火焰接觸能持續(xù)燃燒5s以上時(shí)的瀝青溫度。

瀝青閃點(diǎn)試驗(yàn)采用克利夫蘭開口杯法，將瀝青試樣裝入開口杯中按照一定的加熱速率進(jìn)行加熱，在試樣溫度達(dá)到預(yù)期閃點(diǎn)前28℃開始每隔2s將點(diǎn)火器掃過開口杯，當(dāng)出現(xiàn)一瞬即滅的藍(lán)色火焰時(shí)的溫度即為閃點(diǎn)。繼續(xù)加熱，當(dāng)出現(xiàn)的藍(lán)色火焰持續(xù)燃燒5s以上時(shí)的溫度即為燃點(diǎn)。

采用SBS改性瀝青及阻燃瀝青在同等條件下進(jìn)行此試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：阻燃瀝青相對于SBS改性瀝青，在同等溫度下基本上不占什么優(yōu)勢。溫度達(dá)到一定程度時(shí)，阻燃瀝青與普通的SBS改性瀝青的性能基本一樣。

2.4阻燃瀝青及SBS改性瀝青氧指數(shù)檢測

瀝青氧指數(shù)指的是在規(guī)定的條件下，材料在氮氧混合氣體進(jìn)行燃燒時(shí)氧氣占混合氣體的最低含量。瀝青氧指數(shù)采用氧指數(shù)測試儀進(jìn)行測試，將試樣豎直固定在玻璃燃燒筒中，底座與產(chǎn)生氮氧混合氣體的裝置相連，在試樣頂端點(diǎn)火，當(dāng)火焰剛好熄滅的時(shí)候記錄筒中的氧氣濃度，此時(shí)氧氣含量的比例即為氧指數(shù)。氧指數(shù)反映的是材料燃燒需要的最低氧氣濃度，可以直接反映材料燃燒的難易程度。本項(xiàng)目采用SBS改性瀝青及摻入阻燃劑的SBS改性瀝青進(jìn)行試驗(yàn)對比，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：加入阻燃劑后的改性瀝青燃燒所需要的氧氣含量大了一倍，較之普通的SBS改性瀝青更難以燃燒，能達(dá)到良好的阻燃效果。

2.5阻燃瀝青及SBS改性瀝青煙密度等級檢測

煙密度是指瀝青在燃燒狀態(tài)下產(chǎn)生的煙霧密度，通常以煙密度等級來表示，采用煙密度測試儀進(jìn)行檢測。

本項(xiàng)目對SBS改性瀝青及摻入阻燃劑的SBS改性瀝青進(jìn)行試驗(yàn)對比，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：加入阻燃劑后的SBS改性瀝青生煙量明顯小于普通的SBS改性瀝青。在同等燃燒條件下，阻燃瀝青產(chǎn)生的煙霧量更小，對隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)的人員逃生更有利。

2.6阻燃瀝青混凝土及SBS改性瀝青混凝土混合料技術(shù)指標(biāo)檢測

根據(jù)上面層配合比拌制阻燃SBS改性瀝青混凝土及SBS改性瀝青混凝土混合料，并進(jìn)行各方面技術(shù)指標(biāo)檢測，對比各項(xiàng)數(shù)據(jù)的差異性。試驗(yàn)依據(jù)為JTG E20-2011，判定依據(jù)為JTG F40-2004。檢測結(jié)果如表5、表6所示。

通過對混合料進(jìn)行全面試驗(yàn)檢測分析得出結(jié)論：使用同樣配合比拌制的阻燃瀝青混凝土及普通SBS改性瀝青混凝土混合料各方面技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求?；旌狭细黜?xiàng)指標(biāo)除了凍融劈裂強(qiáng)度比有所降低以外，其余指標(biāo)基本沒有變化。

凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)采用馬歇爾試件進(jìn)行試驗(yàn)。試件雙面擊實(shí)各50次，孔隙率控制在7%左右，采用抽真空法使水分全部進(jìn)入試件內(nèi)部，放入冰箱中冰凍16h使水分固結(jié)膨脹，再放入60℃恒溫水箱中24h，最后放入25℃恒溫水箱中保溫2h后進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，測出劈裂強(qiáng)度。劈裂強(qiáng)度反映了在低溫情況下的抗水毀能力。而劈裂強(qiáng)度比指的是未經(jīng)過凍融的馬歇爾試件劈裂強(qiáng)度與經(jīng)過凍融的馬歇爾試件劈裂強(qiáng)度的比值，這個(gè)比值越大，表明混合料經(jīng)過凍融后的劈裂強(qiáng)度與未經(jīng)過凍融的劈裂強(qiáng)度差距越小，混合料的抗低溫水毀能力越強(qiáng)。根據(jù)試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)可知，摻入阻燃劑的SBS改性瀝青混合料相對于普通SBS改性瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比下降4.6%，再一次驗(yàn)證了摻入阻燃劑后對瀝青低溫抗裂性的不利影響。

2.7阻燃瀝青阻燃效果研究

通過對普通的SBS改性瀝青及阻燃SBS改性瀝青的試驗(yàn)對比可知，阻燃瀝青相對于改性瀝青更難以燃燒且燃燒后的發(fā)煙量更小。但是此數(shù)據(jù)僅僅反映了阻燃瀝青的阻燃性能，并不能直接反映阻燃瀝青混凝土的阻燃效果，因此必須對阻燃瀝青混凝土的阻燃效果進(jìn)行試驗(yàn)研究。

將拌制好的阻燃瀝青混凝土及SBS改性瀝青混凝土混合料各取10kg，放置于托盤中，各倒入200mI酒精進(jìn)行燃燒試驗(yàn)，記錄各自的燃燒時(shí)間，共進(jìn)行3組試驗(yàn)，相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表7所示。

根據(jù)燃燒試驗(yàn)可得知，在相同條件下，阻燃瀝青混凝土的燃燒時(shí)間比普通SBS改性瀝青混凝土少了44%。此結(jié)果可以說明阻燃瀝青的阻燃效果還是非常明顯的，但是由于此次試驗(yàn)采用的混合料未碾壓成型，與施工完成后的瀝青混凝土路面實(shí)際情況不符，并不能完全反映瀝青混凝土的阻燃效果。因此，為了更好地模擬阻燃瀝青路面的實(shí)際阻燃效果，采用規(guī)格為300mm×300mm×50mnq的車轍板進(jìn)行燃燒試驗(yàn)，酒精含量取200mI。燃燒時(shí)間數(shù)據(jù)如表8所示。

根據(jù)燃燒開始的火焰大小可以看出，在同等量燃料的前提下，阻燃瀝青混凝土的火量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于普通的SBS改性瀝青混凝土的火量。當(dāng)隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)，阻燃瀝青混凝土路面的初始火量少于普通的SBS改性瀝青混凝土路面的，這就使洞內(nèi)人員有足夠多的逃生時(shí)間，增強(qiáng)了安全性。

根據(jù)車轍板的燃燒時(shí)間可以得知，在同等條件下，阻燃瀝青混凝土路面的燃燒時(shí)間比普通的SBS改性瀝青混凝土路面少了94%。此數(shù)據(jù)不但直接反映了阻燃瀝青混凝土的防火性能，還在一定程度上說明了以下兩個(gè)問題：

（1）同等量燃料的情況下，碾壓過后的瀝青混凝土燃燒時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于松散的瀝青混合料的，說明碾壓過后的瀝青混凝土一在定程度上可以減少燃燒的時(shí)間;

（2）同等量燃料的情況下，碾壓過后的阻燃瀝青混凝土的防火性能進(jìn)一步得到提高，防火性能翻一番。

3結(jié)語

根據(jù)以上試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：由該阻燃劑制作的阻燃瀝青混凝土各方面性能指標(biāo)均滿足施工規(guī)范要求。阻燃劑的摻入對混合料的低溫抗裂性能有一定不利影響，但是在阻燃性能上有較大的提高，能極大地增加隧道內(nèi)行車的安全性。在長隧道中使用阻燃瀝青混凝土鋪筑路面具有較大的社會效益，值得推廣。