高速公路SBS改性阻燃瀝青施工技術應用

藺伯

（河北道橋工程檢測有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

瀝青屬于易燃材料，加之隧道內(nèi)部的通風條件很差，如果由于發(fā)生交通事故出現(xiàn)火災，則瀝青燃燒產(chǎn)生的有毒有害氣體將給隧道中的人員造成極大危害，其危害程度甚至不弱于交通事故本身。因此，為減少這種傷害，在當前的高速公路隧道路面施工中，應積極采用阻燃瀝青混合料，即在瀝青混合料生產(chǎn)過程中使用阻燃瀝青。然而，阻燃劑的摻加是否影響瀝青及混合料性能，還需要通過進一步的試驗檢測與分析來確定。

1 阻燃瀝青材料分析

1.1 瀝青

在高速公路隧道路面施工中，主要采用經(jīng)SBS改性劑改良過的瀝青。基于此，此次試驗選用當前主流的70#SBS 改性瀝青實施阻燃性試驗。改性阻燃瀝青借助高速剪切混合機生產(chǎn)制備，生產(chǎn)時的剪切速率按照5 000～8 000r/min范圍控制。具體生產(chǎn)方法為：先將瀝青放入溫度不超過110℃的環(huán)境下連續(xù)脫水30min，然后將溫度升高至175℃，通過添加復合阻燃劑開始剪切，共持續(xù)10min，以此制得改性阻燃瀝青[1]。

1.2 阻燃劑

（1）評價指標

檢測改性阻燃瀝青技術性能時，除了要對其阻燃性能進行評價，還要評價基本物理性能。其中，對于阻燃性能的評價，當前接受度較高的指標為氧指數(shù)，該指標在紡織和化工業(yè)常用于對阻燃材料實施評價，有統(tǒng)一的國家標準及測試方法?；诖?，本次將極限氧指數(shù)視作瀝青阻燃性能評價關鍵指標。氧指數(shù)較高時，說明材料發(fā)生燃燒時需要的氧氣數(shù)量較大，即較不易燃；由于采用氧指數(shù)儀進行測試時瀝青很難在一般的溫度條件下發(fā)生燃燒，所以要制備專門的試樣。根據(jù)以往經(jīng)驗和試驗數(shù)據(jù)，當氧指數(shù)大于27%時，可做到自行熄滅；當氧指數(shù)處在21%～27%時，屬可燃材料范疇；當氧指數(shù)小于21%時，則屬于易燃材料范疇。對于純?yōu)r青而言，其極限氧指數(shù)不超過21%，而對于改性瀝青，其氧指數(shù)在19%左右[2]。按照相關經(jīng)驗，并通過對國內(nèi)其他相關資料的深入調(diào)研，在隧道路面施工中使用的阻燃瀝青，其氧指數(shù)必須達到23%以上。除氧指數(shù)外，還需對燃燒后的煙氣產(chǎn)生數(shù)量及毒性進行充分考慮。對于阻燃瀝青基本物理性能，不同復合阻燃劑摻量條件下的試驗結果與對比如表1所示。

表1 不同復合阻燃劑摻量條件下的試驗結果與對比

阻燃瀝青研制中應重視保證原路面使用性能，所以必須做好物理性能試驗?；诖?，在摻入適量的阻燃劑之后，還應對各項物理性能做必要的檢測，包括對溫度的敏感性、高溫條件下的穩(wěn)定性及抗老化性[3]。

（2）阻燃劑選型與用量的確定

在選擇阻燃劑的類型時要注意以下幾點：經(jīng)濟合理、有良好的熱氧化穩(wěn)定性且沒有毒性。目前以復合式阻燃劑較為常用，其主要成分包括氫氧化鎂、十溴二苯乙烷與硼酸鋅，占比分別為10%、50%和40%。從實驗結果可知，通過摻入復合阻燃劑能起到提高瀝青氧指數(shù)的作用，最少提高至26%，雖然施工中可能發(fā)生變異，但都能使瀝青氧指數(shù)達到相關指標要求，即不低于23%[4]。本次試驗所用改性瀝青，通過大量試驗將復合阻燃劑摻量確定為11%，由此配制而成的阻燃瀝青，經(jīng)檢測，其氧指數(shù)可以達到25.6%，符合指標要求。復合阻燃劑摻加之前與之后瀝青的主要技術指標如表2所示。

表2 復合阻燃劑摻加之前與之后瀝青的主要技術指標

從表2數(shù)據(jù)可以看出，摻加復合阻燃劑后，瀝青主要技術指標并未出現(xiàn)顯著的改變，仍與相關技術要求相符。

2 阻燃瀝青混合料

2.1 配合比設計

（1）阻燃瀝青配制

瀝青選用70#改性瀝青，阻燃劑選用復合阻燃劑，摻加量為11%，借助高速剪切混合機進行生產(chǎn)制備。

（2）集料

項目所在地區(qū)有豐富的花崗巖儲量，故為降低成本將粗集料選擇為花崗巖，并對集料進行篩分，形成不同規(guī)格的各檔集料，主要性能指標及其試驗結果為：①壓碎值：實測結果為9.3%，符合不超過20%的技術要求；②洛杉磯磨耗率：實測結果為11.1%，符合不超過28%的技術要求；③添加抗剝落劑后的黏附性：實測結果為5級，符合不小于5級的技術要求；④堅固性：實測結果為1.5%，符合不超過12%的技術要求；⑤針片狀顆粒含量：實測結果為1.1%，符合不超過10%的技術要求；⑥基于水洗法的9.5～13.2mm 粒徑顆粒含量：實測結果為0.4%，符合不超過0.8%的要求；⑦基于水洗法的4.75～9.5mm 粒徑顆粒含量：實測結果為0.6%，符合不超過0.85%的要求；⑧軟石含量：實測結果為0，符合不超過2.5%的技術要求；⑨磨光值：實測結果為50BPN，符合不小于42BPN的技術要求[5]。

細集料采用粒徑顆粒在1.18mm 以內(nèi)的花崗巖，主要性能指標及其試驗結果為：①表觀相對密度：實測結果為2.702，符合不小于2.60的技術要求；②堅固性：實測結果為3.4%，符合不大于12%的技術要求；③砂當量：實測結果為66%，符合不小于60%的要求；④棱角性，即流動時間：實測結果為35s，符合不小于30s的技術要求。

填料為磨細后的礦粉。

添加劑包括抗剝落劑與穩(wěn)定劑，其中，抗剝落劑為TW-1 型，按瀝青用量0.4%摻加；穩(wěn)定劑為絮狀木質(zhì)素纖維，按混合料總量0.35%摻加[6]。

（3）級配確定

本次所用設計級配如表3所示。

表3 設計級配

（4）最佳油石比

按照設計級配與初步試驗確定的油石比，按0.4%的間隔確定三種備選油石比，即5.6%、6.0%和6.4%，分別制作試件進行試驗，試驗結果為：當油石比為5.6%時，試件表干密度2.329g/cm3，空隙率4.6%，瀝青飽和度71.2%，礦料間隙率17.1%，穩(wěn)定度8.30kN，流值42.6；當油石比為6.0%時，試件表干密度2.336g/cm3，空隙率3.7%，瀝青飽和度77.8%，礦料間隙率17.1%，穩(wěn)定度8.51kN，流值38.3；當油石比為6.4%時，試件表干密度2.332g/cm3，空隙率3.4%，瀝青飽和度81.4%，礦料間隙率17.2%，穩(wěn)定度8.12kN，流值39.5。綜合考慮以上結果，將最佳油石比確定為6.1%。

2.2 路用性能

（1）高溫條件下穩(wěn)定性

高溫條件下的穩(wěn)定性一般通過車轍試驗驗證，按照以上配合比制備試件進行動穩(wěn)定度試驗，具體的試驗結果如表4所示，普通混合料的相關試驗結果如表5所示。

表5 普通瀝青混合料動穩(wěn)定度試驗結果

從表4、5可以看出，添加阻燃劑后的混合料，其實測動穩(wěn)定度比普通混合料小，表明阻燃劑的添加會降低一定混合料高溫條件下的穩(wěn)定性，但由于試驗結果仍可以達到3 000次/mm以上，所以仍能達到技術要求[7]。

表4 阻燃瀝青混合料動穩(wěn)定度試驗結果

（2）水穩(wěn)定性

按以上最佳油石比配制阻燃瀝青混合料與普通瀝青混合料，然后對兩者的殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂抗拉強度進行試驗檢測與對比，具體結果如表6、7所示。

表6 浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗結果

表7 凍融劈裂試驗結果

從表6、7 可以看出，在混合料中添加阻燃劑后，無論是凍融劈裂抗拉強度還是殘留穩(wěn)定度都低于普通混合料，即阻燃瀝青混合料的水穩(wěn)定性比油石比相同的普通混合料略差。然而，從數(shù)值上看，阻燃瀝青混合料這兩項指標的數(shù)值依然符合相關技術要求，并不影響施工及工后質(zhì)量效果。

2.3 施工方法

由于阻燃劑的添加并不會改變混合料自身基本性能，所以隧道中改性阻燃瀝青混合料路面的施工方法和普通瀝青混合料路面施工并無太大差別，在此不予贅述，施工中應切實做好工藝控制，保證路面施工質(zhì)量。

3 結論

阻燃瀝青（改性）混合料能在提升瀝青材料氧指數(shù)（阻燃性能）的基礎上，依舊保持原有的各項技術性能，通過以上分析試驗及論證，得出下列各條結論：

（1）當前常用的復合式阻燃劑和改性瀝青材料之間有良好相容性，能相對較好di 在改性瀝青中分散，同時產(chǎn)生均相體系。對于復合式阻燃劑，不僅能提高瀝青自身阻燃性能，而且沒有任何毒性和污染，在整個發(fā)揮阻燃作用的過程中都不會產(chǎn)生毒性氣體。

（2）根據(jù)氧指數(shù)高低對瀝青抵抗燃燒發(fā)生的性能進行評價，在SBS改性瀝青中適量摻入復合式阻燃劑之后，不會使瀝青自身基本物理性能出現(xiàn)顯著降低，雖然可能小幅降低，但依然可以滿足相關標準提出的技術要求，并且阻燃劑的摻加能大幅提高氧指數(shù)，使其達到防火阻燃要求。

（3）高速公路隧道改性阻燃瀝青混合料路面的施工方法和普通瀝青混合料路面基本相同，同樣要做好溫度、平整度與壓實度等關鍵指標的現(xiàn)場控制。

（4）該項目在70#改性瀝青中按照11%的摻量摻加復合式阻燃劑，生產(chǎn)完成后的阻燃瀝青按照要求的配合比生產(chǎn)阻燃瀝青混合料，經(jīng)實測，混合料的各項路用性能都能達到要求，可為類似高速公路項目提供參考。