溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料性能及工程應(yīng)用

劉 鑫

(河南宛龍高速公路有限公司，河南 舞鋼 462532)

0 引言

橡膠復(fù)合改性瀝青能夠消耗大量廢舊橡膠輪胎，是廢舊輪胎無害化、資源化應(yīng)用的重要途徑，且橡膠復(fù)合改性瀝青制備的混合料路用性能優(yōu)良。因此，充分利用橡膠復(fù)合改性瀝青混合料對公路建設(shè)和環(huán)境保護均具有重要意義[1-3]。但橡膠復(fù)合改性瀝青較普通改性瀝青黏度較大，施工溫度較高，橡膠復(fù)合改性瀝青混合料在拌和、運輸和碾壓過程中會產(chǎn)生大量的刺激性有毒氣體[4-6]。尤其是在長大隧道內(nèi)，施工空間小、通風(fēng)不良，且要求路面具有一定的阻燃性能，橡膠復(fù)合改性瀝青較高的施工溫度和大量有害氣體排放，不僅造成施工難度增加、危險性提高，對施工人員健康也造成較大傷害[7-9]。因此，亟需研究開發(fā)溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料，降低施工溫度，減少有害煙塵排放，以適應(yīng)長大隧道等特殊應(yīng)用場景。

基于此，本文對溫拌劑和阻燃劑在不同摻量下的溫拌阻燃功效，以及溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料性能及在長大隧道工程的應(yīng)用效果進行分析研究，以期為橡膠復(fù)合改性瀝青混合料進一步推廣應(yīng)用提供參考。

1 原材料

1.1 橡膠復(fù)合改性瀝青

橡膠復(fù)合改性瀝青采用工廠化制備完成的成品，由30～40目橡膠粉、少量SBS改性劑與70#道路石油瀝青摻配而成。橡膠復(fù)合改性瀝青性能指標(biāo)出廠檢測結(jié)果見表1，滿足《廢胎膠粉復(fù)合改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(DB41/T 1286-2016)的要求。

表1 橡膠復(fù)合改性瀝青性能

1.2 溫拌劑

溫拌劑采用新型聚烯烴類改性劑Sasobit型，白色固體小顆粒，熔點約99℃。將溫拌劑作為改性劑直接加入橡膠復(fù)合改性瀝青，溫拌劑熔化后改變橡膠復(fù)合改性瀝青的粘溫曲線，降低高溫黏度和生產(chǎn)溫度[10-11]。

1.3 阻燃劑

采用瀝青專用阻燃劑AH-251型，日照路源筑路材料有限公司生產(chǎn)。外觀為白色粉末狀，中位粒徑D50為10.0μm。阻燃劑阻燃機理為受熱分解時吸收大量熱量，降低瀝青及混合料表面溫度，同時產(chǎn)生大量不易燃燒的氣體，減少瀝青及混合料與氧氣接觸，發(fā)揮阻燃功效。

2 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青阻燃效果

溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青采用濕法制備，將成品橡膠復(fù)合改性瀝青加熱至165℃～175℃，然后分別逐步加入設(shè)定劑量的溫拌劑和阻燃劑，再用高速攪拌機剪切攪拌30min～50min，得到溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青。

參照《瀝青混合料改性添加劑第3部分：阻燃劑》(JT/T 860.3-2014)試驗方法及要求，采用氧指數(shù)和煙密度兩個指標(biāo)評價溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青的阻燃效果。不同溫拌劑和阻燃劑摻量下的阻燃效果如圖1所示。

圖1 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青阻燃效果

由圖1可見，相同溫拌劑摻量下，在0%～6.5%范圍內(nèi)，隨著阻燃劑摻量的增加，氧指數(shù)逐漸增加，煙密度逐漸減小，表明橡膠復(fù)合改性瀝青阻燃效果增強。相同阻燃劑摻量下，在0%～3.5%范圍內(nèi)，隨著溫拌劑摻量的增加，氧指數(shù)逐漸減小，煙密度逐漸增加，表明橡膠復(fù)合改性瀝青阻燃效果略微減弱，添加溫拌劑對阻燃效果不利，溫拌劑對阻燃功效有一定抑制作用。當(dāng)溫拌劑摻量為3%，阻燃劑摻量為6%時，橡膠復(fù)合改性瀝青氧指數(shù)為31.6%，煙密度為59.7%，滿足JT/T 860.6-2016氧指數(shù)≥25%、煙密度≤75%的要求。

3 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青溫拌效果

3.1 基于黏度的溫拌效果

黏度是評價瀝青溫度敏感性和黏滯性的重要指標(biāo)。溫拌劑發(fā)揮溫拌效果的一個重要途徑是降低瀝青的高溫黏度[12-13]。加入溫拌劑后瀝青在較低溫度下即可達到未加溫拌劑瀝青較高溫度時的黏度，從而降低瀝青混合料的拌和溫度。因此可通過測定溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青在不同溫度下的黏度，評價其溫拌效果。不同溫拌劑和阻燃劑摻量下的橡膠復(fù)合改性瀝青在不同溫度下的黏度如圖2所示。

圖2 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青黏度

由圖2分析可知，阻燃劑摻量一定時，在0%～3.5%范圍內(nèi)，隨著溫拌劑摻量增加，橡膠復(fù)合改性瀝青黏度逐漸下降，表明溫拌劑可明顯降低橡膠復(fù)合改性瀝青黏度。溫拌劑摻量一定時，在0%～6.5%范圍內(nèi)，隨著阻燃劑摻量增加，橡膠復(fù)合改性瀝青黏度呈略微增加的趨勢，表明阻燃劑對橡膠復(fù)合改性瀝青溫拌效果不利。當(dāng)阻燃劑和溫拌劑摻量一定時，隨著溫度降低，橡膠復(fù)合改性瀝青黏度逐漸增大。在175℃時，未摻加溫拌劑和阻燃劑的橡膠復(fù)合改性瀝青黏度為2.1Pa·s；在155℃時，當(dāng)溫拌劑摻量為3%、阻燃劑摻量為6%，橡膠復(fù)合改性瀝青黏度為2.2Pa·s，與未摻加溫拌劑和阻燃劑情況下，175℃時黏度基本相當(dāng)。該黏度可滿足施工要求。因此從黏度指標(biāo)考慮，摻加3%溫拌劑和6%阻燃劑，溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青可降低施工溫度約20℃。

3.2 基于壓實特征的溫拌效果

添加溫拌劑后瀝青混合料黏度降低，施工和易性提高，更容易拌和、壓實。對于特定配比的混合料，理論最大密度為固定值，壓實后混合料空隙率是壓實特征的重要評價指標(biāo)，因此可采用空隙率評價瀝青混合料壓實特征，進而評價溫拌劑溫拌效果。

溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料采用相同的級配和油石比，每個溫拌劑和阻燃劑摻量下，分別在175℃、165℃、155℃、145℃溫度下按現(xiàn)行規(guī)范方法擊實成型馬歇爾試件，然后測試每個試件的毛體積密度，結(jié)合理論最大密度，得到不同擊實溫度下試件的空隙率(圖3)。

耕地是人類賴以生存的基本條件，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，而且土地資源本身具備一定的環(huán)境修復(fù)功能，對地球表層的生態(tài)系統(tǒng)改造有很大影響。中國是農(nóng)業(yè)大國，但是耕地總面積較少，加上近年來城市化、工業(yè)化發(fā)展，導(dǎo)致一部分耕地資源逐漸變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，加大了糧食安全生產(chǎn)壓力。

圖3 不同擊實溫度下溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料空隙率

由圖3分析可知，相同成型溫度下，阻燃劑摻量一定時，在0%～3.5%范圍內(nèi)，隨著溫拌劑摻量增加，橡膠復(fù)合改性瀝青空隙率逐漸下降，這主要是溫拌劑發(fā)揮溫拌降黏作用。溫拌劑摻量一定時，在0%～6.5%范圍內(nèi)，隨著阻燃劑摻量增加，橡膠復(fù)合改性瀝青空隙率呈增加趨勢，表明阻燃劑對橡膠復(fù)合改性瀝青溫拌效果不利。當(dāng)阻燃劑和溫拌劑摻量一定時，隨著溫度降低，橡膠復(fù)合改性瀝青空隙率逐漸增大。

在155℃，溫拌劑摻量為3%、阻燃劑摻量為6%時，橡膠復(fù)合改性瀝青空隙率為4.2%。在175℃下，未摻加溫拌劑和阻燃劑的空隙率為4.1%。根據(jù)《瀝青混合料改性添加劑第6 部分：溫拌劑》(JT/T 860.6-2016)，添加溫拌劑后采用擊實方法成型的混合料試件，其空隙率要求比原熱拌瀝青混合料空隙率不大于0.5%。因此，根據(jù)壓實后空隙率指標(biāo)，當(dāng)溫拌劑摻量為3%、阻燃劑摻量為6%時，155℃下?lián)魧嵭Чc未摻加溫拌劑的原混合料基本相當(dāng)。

根據(jù)上述不同溫拌劑和阻燃劑摻量下的橡膠復(fù)合改性瀝青溫拌阻燃效果，確定溫拌劑摻量為3%、阻燃劑摻量為6%?；旌狭峡稍?55℃下施工，比原混合料施工溫度降低約20℃。

4 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青性能

采用濕法制備溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青，阻燃劑摻量為3%，溫拌劑摻量為6%，按現(xiàn)行規(guī)范方法檢測其各項性能指標(biāo)，試驗結(jié)果見表2。

表2 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青性能

由表2可見，摻加溫拌劑和阻燃劑后橡膠復(fù)合改性瀝青性能仍滿足《廢胎膠粉復(fù)合改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(DB41/T 1286-2016)和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F 40-2004)的要求，與原橡膠復(fù)合改性瀝青性能基本相當(dāng)，性能良好。

5 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料性能

參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)相關(guān)試驗方法，成型不同檢驗項目對應(yīng)的試件，溫拌劑摻量均為3%，阻燃劑摻量均為6%，不同性能檢測試件成型溫度均為155℃。溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料性能實測結(jié)果如表3所示。由表3可見，溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料性能良好，均滿足《廢胎膠粉復(fù)合改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(DB41/T 1286-2016)和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F 40-2004)的要求。

表3 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料性能

6 工程應(yīng)用

濟陽高速公路(濟源-陽城)濟源段地處山區(qū)，地形復(fù)雜，多次穿越隧道。太行隧道總長6 130延米，是濟陽高速公路最長的隧道。隧道內(nèi)路面要求采用橡膠復(fù)合改性瀝青，為減少施工中瀝青煙排放，保證通車后行車安全，避免隧道火災(zāi)，該隧道內(nèi)采用溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青，溫拌劑摻量為3%，阻燃劑摻量為6%。施工完成后檢測路面性能，檢測結(jié)果如表4所示。由表4分析可知，溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青路面性能良好，滿足《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)第一冊土建工程》(JTG F80/1-2017)及設(shè)計要求。

表4 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青性能檢測結(jié)果

7 結(jié)論

(1)在0%～6.5%范圍內(nèi)，隨著阻燃劑摻量增加，氧指數(shù)逐漸增加，煙密度逐漸減小，表明橡膠復(fù)合改性瀝青阻燃效果增強。當(dāng)溫拌劑摻量為3%、阻燃劑摻量為6%時，橡膠復(fù)合改性瀝青氧指數(shù)為31.6%，煙密度為59.7%，滿足JT/T 860.6-2016氧指數(shù)≥25%、煙密度≤75%的要求。

(2)在0%～3.5%范圍內(nèi)，隨著溫拌劑摻量的增加，橡膠復(fù)合改性瀝青黏度逐漸下降，表明橡膠復(fù)合改性瀝青溫拌效果增強。從黏度指標(biāo)考慮，摻加3%溫拌劑和6%阻燃劑，溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青可降低施工溫度約20℃。

(3)相同成型溫度下，在0%～3.5%范圍內(nèi)，隨著溫拌劑摻量增加，橡膠復(fù)合改性瀝青混合料擊實后空隙率逐漸下降。根據(jù)空隙率指標(biāo)，當(dāng)溫拌劑摻量為3%、阻燃劑摻量為6%時，溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料可降低施工溫度約20℃。

(4)溫拌劑和阻燃劑有一定的相互抑制作用，為保證總體溫拌阻燃性能，溫拌劑和阻燃劑摻量均不宜過高。

(5)阻燃劑摻量為3%、溫拌劑摻量為6%時，溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青及混合料性能良好，滿足規(guī)范要求。

(6)溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料在長大隧道路面工程中應(yīng)用效果良好，關(guān)鍵指標(biāo)均滿足規(guī)范及設(shè)計要求。