高速公路路面溫拌阻燃瀝青應(yīng)用技術(shù)研究

甄建平

（張家口市公路工程管理處，河北 張家口 075000）

0 引言

普通瀝青路面施工過程中對(duì)環(huán)境造成較大的影響，隨著我國(guó)對(duì)環(huán)保的重視，傳統(tǒng)公路施工工藝已經(jīng)不能滿足需要，而溫拌阻燃瀝青路面可以有效解決這一問題[1]。故本文對(duì)不同溫拌劑摻量和阻燃劑摻量進(jìn)行試驗(yàn)分析，在試驗(yàn)路段采用普通瀝青和溫拌阻燃瀝青進(jìn)行攤鋪施工，并對(duì)殘留動(dòng)穩(wěn)定度和殘留最大彎拉應(yīng)變進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)分析，以確定最佳施工參數(shù)及制備工藝。

1 工程概況

某高速公路全線長(zhǎng)130km，設(shè)計(jì)車道為雙向四車道，起點(diǎn)樁號(hào)為K1500+000，終點(diǎn)樁號(hào)為K1630+000，路基寬36m，路基平均填高4m，最大填高6m，最小填高3.2m，該公路各結(jié)構(gòu)層施工方案見表1。

表1 某公路各結(jié)構(gòu)層施工方案

2 施工工藝

2.1 原材料準(zhǔn)備

為保證溫拌阻燃瀝青路面路用性能滿足施工要求，本文優(yōu)選瀝青、溫拌劑和阻燃劑等原材料，并進(jìn)行各項(xiàng)性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果滿足規(guī)范要求才能投入施工中。

（1）瀝青

本文采用某公司生產(chǎn)的SBS改性瀝青，并對(duì)其各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均滿足規(guī)范要求，如表2所示。

表2 SBS改性瀝青各項(xiàng)性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

（2）溫拌劑

本文采用路用性能穩(wěn)定的EC-120溫拌劑，室溫下該溫拌劑呈黃色小顆粒狀，當(dāng)溫度大于120℃時(shí)可以完全融化在瀝青中，不僅可以有效改善瀝青高溫黏度，還可以降低瀝青混合料拌和溫度和壓實(shí)溫度且不影響混合料性能。并對(duì)溫拌劑物理化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 EC-120溫拌劑物理化學(xué)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

（3）阻燃劑

本文采用某公司生產(chǎn)的FRMAX高效阻燃劑，室溫下該阻燃劑呈白色粉末狀，摻加到瀝青中，不僅起到安全環(huán)保的作用，還可以有效提高瀝青的阻燃性能。高效阻燃劑檢測(cè)結(jié)果見表4。

表4 高效阻燃劑檢測(cè)結(jié)果

2.2 溫拌阻燃瀝青制備

合理的溫拌劑和阻燃劑摻加量不僅可以節(jié)約施工成本，還可以有效提高溫拌阻燃瀝青路面路用性能，故本文采用溫拌劑摻加量為2.5%、3.5%、4.5%和阻燃劑摻加量為8%、10%、12%、14%制備溫拌阻燃瀝青，并在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制作試驗(yàn)試件，對(duì)其三大指標(biāo)和極限氧指數(shù)進(jìn)行測(cè)定。極限氧指數(shù)能夠較好評(píng)價(jià)阻燃瀝青燃燒性能的影響，極限氧指數(shù)計(jì)算如下式所示：

式（1）中：[O2]為臨界氧氣濃度時(shí)氣體中氧氣體積流量；[N2]為臨界氧氣濃度時(shí)氣體中氮?dú)怏w積流量。

（1）阻燃劑摻加量

為研究阻燃劑摻加量對(duì)溫拌阻燃瀝青性能影響，本文采用SBS改性瀝青制備溫拌阻燃瀝青。制備過程如下：取250gSBS改性瀝青，調(diào)節(jié)恒溫恒濕干燥烘箱溫度為150℃，保溫時(shí)間為3h，然后將加熱器調(diào)節(jié)至160℃，使用高速剪切機(jī)對(duì)瀝青進(jìn)行剪切，調(diào)節(jié)剪切機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?r/min增加到5 000r/min，再將摻量為8%的阻燃劑加入制備瀝青A，摻量為10%阻燃劑加入制備瀝青B，摻量為12%的阻燃劑加入制備瀝青C，摻量為14%的阻燃劑加入制備瀝青D。制作試驗(yàn)試件，對(duì)其三大指標(biāo)和極限氧指數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表5所示。阻燃劑摻加量與針入度、延度和極限氧指數(shù)關(guān)系如圖1所示。

表5 阻燃瀝青性能檢測(cè)結(jié)果表

圖1 阻燃劑摻加量與針入度、延度和極限氧指數(shù)關(guān)系

由圖1可知，極限氧指數(shù)隨阻燃劑增加而逐漸增加。試件A極限氧指數(shù)為24.6%，試件B極限氧指數(shù)為25.3%，氧指數(shù)增加率為2.8%；試件C極限氧指數(shù)為28.4%，氧指數(shù)增加率為12.2%；試件D極限氧指數(shù)為29.0%，氧指數(shù)增加率為2.1%；阻燃劑從10%增加到12%時(shí)，此時(shí)抑煙效果最好，而阻燃劑從12%增加到14%時(shí)，極限氧指數(shù)雖有增加但增加效果并不明顯。

由表5可知，隨著阻燃劑的增加四組瀝青軟化點(diǎn)在78℃起伏，但延度從33.6cm減小到28.3cm，針入度從47.1減小到42.3，延度和針入度逐漸減小，雖都滿足規(guī)范最小要求，但摻量為14%時(shí)延度為28.3cm，摻量為12%時(shí)延度為30.9cm，試件D明顯小于試件C，從施工和經(jīng)濟(jì)性分析，阻燃劑摻量應(yīng)選擇12%。

（2）溫拌劑摻加量

為研究溫拌劑摻加量對(duì)溫拌阻燃瀝青性能影響，本文選擇阻燃劑摻加量為12%制備阻燃瀝青，再摻加2.5%的溫拌劑制備溫拌阻燃瀝青E，3.5%的溫拌劑制備溫拌阻燃瀝青F，4.5%的溫拌劑制備溫拌阻燃瀝青G，并對(duì)三大指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表6所示。溫拌劑摻加量與針入度、延度和軟化點(diǎn)關(guān)系如圖2所示。

圖2 溫拌劑摻加量與針入度、延度和軟化點(diǎn)關(guān)系

表6 溫拌阻燃瀝青性能檢測(cè)結(jié)果

由圖2可知：試件G較試件E軟化點(diǎn)從74.1℃上升至79.1℃，表明溫拌劑可以有效改善溫拌瀝青高溫性能；試件G較試件E針入度從47.1降低至41.3，表明摻入溫拌劑使得瀝青抗變形能力得到提高；試件G較試件E延度從29cm降低至19cm，表明雖然摻入溫拌劑使溫拌阻燃瀝青延度降低，但是摻量為4.5%此時(shí)試件延度為19cm，小于20cm，已經(jīng)不符合規(guī)范要求，從施工和經(jīng)濟(jì)性分析，溫拌劑摻量應(yīng)選擇3.5%。

2.3 拌和與運(yùn)輸

溫拌阻燃拌和施工應(yīng)嚴(yán)格控制拌和溫度，拌和溫度控制在170℃，出料溫度應(yīng)控制在165℃。拌和完成后，應(yīng)立即送至施工現(xiàn)場(chǎng)。裝車時(shí)在運(yùn)輸車內(nèi)壁涂抹潤(rùn)滑劑，防止混合料黏附在車內(nèi)壁，導(dǎo)致清洗困難?；旌狭涎b卸作業(yè)時(shí)要保證運(yùn)輸車平穩(wěn)[2]。

2.4 攤鋪與碾壓

攤鋪?zhàn)鳂I(yè)前應(yīng)將攤鋪機(jī)預(yù)熱到110℃，同時(shí)保證混合料溫度不得低于120℃。攤鋪機(jī)工作速度在3km/h范圍內(nèi)，碾壓成型規(guī)則為“先輕壓，后重壓、先慢壓，后快壓、先壓兩邊，后壓中間”，壓實(shí)遍數(shù)在8次以上，16次以下為佳[3]。

3 性能檢測(cè)

3.1 殘留高溫性能

為研究溫拌阻燃瀝青路面殘留高溫性能，本文在試驗(yàn)路段對(duì)比普通瀝青路面和溫拌阻燃瀝青路面殘留動(dòng)穩(wěn)定度DS0，通過試驗(yàn)檢測(cè)燃燒后的動(dòng)穩(wěn)定度變化情況，檢測(cè)結(jié)果如表7所示，殘留動(dòng)穩(wěn)定度DS0計(jì)算如下式所示：

表7 試驗(yàn)路段殘留動(dòng)穩(wěn)定度檢測(cè)結(jié)果

式（2）中：DS0為殘留動(dòng)穩(wěn)定度（%）；DS2為燃燒結(jié)束后試件動(dòng)穩(wěn)定度（次/mm）；DS1為燃燒前試件動(dòng)穩(wěn)定度（次/mm）。

由圖3可知，燃燒時(shí)間從50s增加到298s，普通瀝青路面殘留動(dòng)穩(wěn)定度從97.2%下降到72.1%，殘留動(dòng)穩(wěn)定度下降率高達(dá)25.8%，而燃燒時(shí)間從50s增加到246s，溫拌阻燃瀝青路面殘留動(dòng)穩(wěn)定度從98.4%下降到84.2%，燃燒時(shí)間從246s增加到298s，殘留動(dòng)穩(wěn)定度在84%趨于穩(wěn)定，說明隨著燃燒時(shí)間增加，溫拌阻燃瀝青路面殘留動(dòng)穩(wěn)定度先下降，到一定范圍后趨于穩(wěn)定，進(jìn)一步說明阻燃劑可以有效抑制瀝青路面燃燒，延緩路面老化[4]。

圖3 試驗(yàn)路段殘留動(dòng)穩(wěn)定度與燃燒時(shí)間關(guān)系

3.2 殘留低溫性能

為研究溫拌阻燃瀝青路面殘留低溫性能，本文在試驗(yàn)路段對(duì)比普通瀝青路面和溫拌阻燃瀝青路面殘留最大彎拉應(yīng)變，通過試驗(yàn)檢測(cè)燃燒后的最大彎拉應(yīng)變變化情況，檢測(cè)結(jié)果如表8所示，殘留最大彎拉應(yīng)變計(jì)算如下式所示：

表8 試驗(yàn)路段殘留最大彎拉應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果

式（3）中：ε0B為殘留最大彎拉應(yīng)變（%）；ε1B為燃燒后試件最大彎拉應(yīng)變；ε2B為燃燒前試件最大彎拉應(yīng)變。

由表8可知，燃燒時(shí)間從50s增加到298s，普通瀝青路面殘留最大彎拉應(yīng)變從82.7%下降到68.6%，殘留最大彎拉應(yīng)變下降率高達(dá)17.1%，而燃燒時(shí)間從50s增加到203s，溫拌阻燃瀝青路面殘留最大彎拉應(yīng)變從85.6%下降到81.0%，燃燒時(shí)間從203s增加到298s，殘留最大彎拉應(yīng)變?cè)?1%趨于穩(wěn)定，殘留最大彎拉應(yīng)變下降率為9.4%，說明隨著燃燒時(shí)間增加，溫拌阻燃瀝青路面殘留最大彎拉應(yīng)變先下降，到一定范圍后趨于穩(wěn)定，進(jìn)一步說明阻燃劑和溫拌劑能有效抑制瀝青路面燃燒時(shí)間，提升路面低溫性能。

4 結(jié)語

本文依托實(shí)際工程，選擇溫拌劑摻量為2.5%、3.5%、4.5%，阻燃劑摻量為8%、10%、12%、14%制備瀝青，并對(duì)其三大指標(biāo)和極限氧指數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，在試驗(yàn)路段采用溫拌阻燃瀝青和普通瀝青進(jìn)行試驗(yàn)路段攤鋪，并對(duì)其殘留動(dòng)穩(wěn)定度和殘留最大彎拉應(yīng)變進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)分析，結(jié)果表明溫拌阻燃瀝青能夠有效提升路面燃燒后高溫性能和低溫性能。