新型高效阻燃剂对沥青混合料体积指标的影响

岳永和 李 波 王 强

(1 甘肃路桥建设集团有限公司，甘肃 兰州 730030；2 兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室，甘肃 兰州 730070)

随着我国公路建设步伐的加快，大型公路、跨江隧道工程越来越多，隧道路面铺装水平将直接关系行车运营质量与安全。沥青路面由于行车舒适、噪声低、抗滑性好、易于维修等优点正越来越多地应用到隧道路面中。然而隧道沥青路面必须面临一个问题——火灾安全。由于沥青路面材料自身可燃性，在隧道内部属半封闭空间内，一旦车辆发生火灾，汽油等可燃液体流淌扩散，火势蔓延，将对人员生命安全和其他车辆构成巨大威胁，难以在长度大、内部空间封闭的隧道工程中广泛应用[1]。

对此，国内外对阻燃沥青路面进行了一些研究，使沥青路面充分发挥自身优点的同时也能达到隧道内特殊环境对路面的要求[2-4]。在实际使用中隧道沥青路面铺装阻燃沥青面层，以提高沥青路面的阻燃性能，但仍然存在施工毒性大、路用性能差，无法控制汽油燃烧等技术问题。究其根本，主要是阻燃沥青面层的实现主要是采用添加沥青阻燃剂的方法，但市场上的沥青阻燃剂的掺量都比较大，特别是部分项目直接采用添加20%氢氧化铝Al(OH)3或氢氧化镁（Mg(OH)2的方式制备阻燃沥青混合料[5]，在目前缺少相关技术规程的背景下，很多施工单位不能够正确使用阻燃剂，如此大掺量的外加剂势必会对沥青混合料的路用性能造成较大影响。 此外，许多施工单位对阻燃剂对沥青混合料的影响，特别是在阻燃沥青混合料设计缺少必要的认识，也是无法成功铺筑阻燃沥青混凝土的原因。本文依托甘肃省交通建设科技项目《温拌阻燃改性沥青路面施工技术研究》，以研制的低掺量高效沥青阻燃剂为对象，研究采用内掺法和外参法时，不同掺量的阻燃剂对沥青混合料体积指标的影响，在此基础上，提出一定的阻燃沥青混合料施工建议。

1 原材料

1.1 沥青

本课题选用中石油克拉玛依生产的“昆仑牌”翼龙系列SBSI-C 改性沥青。按照《公路沥青与沥青混合料试验规程》（JTJ 052—2000）[6]试验方法对改性沥青进行检测评价。其结果见表1。各项指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）[7]要求。

表1 沥青技术指标

1.2 矿料及级配

本研究所用粗细集料均来自于甘肃陇西玉石湾产斜长角闪岩，规格为15～25mm 碎石，15～20mm碎石，5～15mm碎石，5～10mm碎石，其合成级配见图1。

表2 BFR-Ti 阻燃沥青的技术指标

图1 AC-20 合成级配曲线

1.3 阻燃剂

本研究选用以氢氧化铝Al(OH)3、氢氧化镁（Mg(OH)2、聚磷酸铵（APP）为原材料按照一定比例新型的阻燃剂中间体，同时用乙醇作溶剂将钛酸酯偶联剂配制成10.0%的处理液对其进行表面活化的沥青阻燃剂ZFR-Ti。参用内掺法加入沥青后制备的阻燃沥青主要技术指标如表2。可以看出，阻燃剂的加入对沥青的技术指标有所影响，但仍在技术规范要求范围。

2 试验方案

阻燃剂的按照沥青质量的6%、9%、12%、15%、18%、21%添加。参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》及相关消石灰取代的方法，本次试验中阻燃剂的添加方法有两种：一种是将阻燃剂先制成阻燃沥青，然后以沥青的形式添加入混合料中；另一种是将沥青与阻燃剂分离，将阻燃剂与矿粉混合，以矿料的形式添加入混合料中。同时，对阻燃剂内加和外加法制成的阻燃沥青混合料的空隙率、毛体积密度、流值、稳定度等指标进行检测。

试验中确定油石比为4.86%。由于经过筛分发现经研磨后的阻燃剂的粒径大小与矿粉差不多，故试验中保持油石比不变，阻燃剂的添加量均为沥青的百分比，增加的量通过取代形同量的矿粉来实现，以保证总矿料质量不变。

3 结果及分析

阻燃剂掺量与毛体积密度、空隙率、流值、稳定度、VWA、VFA 之间的关系曲线，如图（2-7）所示。

图2 阻燃剂掺量与毛体积之间的关系

图3 阻燃剂掺量与流值之间的关系

图4 阻燃剂掺量与稳定度之间的关系

图5 阻燃剂掺量与空隙率之间的关系

图6 阻燃剂掺量与VWA 之间的关系

图7 阻燃剂掺量与VFA 之间的关系

由以上各图可以看出：

（1）从毛体积密度方面看，随着阻燃剂添加量的的加入，混合料毛体积密度变大。当替代量在0%～10%之间时，外加法制成的沥青混合料的毛体积密度较大；当替代量在10%～20%之间时，内加法毛体积密度较大；20%以上时外加法毛体积密度较大。

(2)从流值方面看，阻燃剂的添加对混合料流值的影响较大，制出的阻燃沥青混合料的流值普遍较大，虽然改性沥青混合料的流值可以适当的放宽（最大值可大于4），但对多数分组而言均有些偏高。随着添加量的增大整体呈上升趋势，内加法波动较大。

（3）从稳定度方面看，添加阻燃剂后对其稳定度影响比较大但均符合规范要求，整体上是随着添加量的增加，其稳定度呈现“N”型趋势。当替代量在0～9%之间时，外加法制成的沥青混合料的稳定度较大；当替代量在9%以上时，内加法稳定度较大，但整体趋势波动较大，在10%～15%之间有下降趋势。

（4）从空隙率方面看，添加阻燃剂后，混合料的空隙率波动很大，但均符合规范要求，整体呈现“W”型。当替代量在0～10%之间时，内加法制成的沥青混合料的空隙率较大；当替代量在10%～20%之间时，外加法空隙率较大；20%以上时内加法空隙率较大。

（5）从VWA、VFA 方面看，添加阻燃剂后，混合料的VWA、VFA 均有很大变化，但变化均在规范技术要求之内。VWA 表上当替代量在0～11%之间时，内加法制成的沥青混合料的VWA 较大；当替代量在11%～20%之间时，外加法VWA 较大；20%以上时内加法VWA 较大；VFA 曲线随着阻燃剂添加量的增大呈现“N”型布局，内外加法变化和VWA 相同。

4 结论

1）沥青阻燃剂用量对沥青混合料各性能均有较大影响；

2）阻燃剂内掺与外掺添加方式的不同，也会对阻燃沥青混合料的各种性能造成不同程度的影响；

3）当阻燃剂添加量在10%以内时，外加法较为合适，当添加量在10%～15%时，内加法较为合适，当添加量在20%以上时由于对混合料性能影响较大，不建议使用如此高添加量。

[1]黄志义，吴珂.长大隧道沥青混凝土路面的防火安全性能[J].浙江大学学报（工学版），2007,41(8):1427-1428

[2]李祖伟，陈辉强，牟建波，等.沥青阻燃改性技术研究及其阻燃机理[J].长沙交通学院学报，2002,18（4）：44-47

[3]杨良，郭忠印，杨学良，等.OGFC 面层在公路隧道防火中的作用[J].安全环境学报，2004,4（4）：83-87

[4]杨群，郭忠印，蔺习雄.隧道路面阻燃多孔沥青混凝土性能研究[J].同济大学学报（自然科学版），2005,22（3）：316-320

[5]丁庆军，沈凡，黄绍龙.基于氢氧化铝阻燃体系的开级配沥青磨耗层防火层研究[J].中南大学学报（自然科学版），2009,40(4):932-939

[6]JTJ052—2000.公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2000

[7]JTGF40-2004.公路沥青路面施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2004