阻燃沥青混合料在高速公路长大隧道面层施工中的应用

胡朝辉

（河南三元工程监理咨询有限公司，河南 信阳 464000）

0 引言

与正常的高速公路路段相比，隧道内的施工环境和使用环境有其特殊性。隧道是一个相对封闭的空间，内部通风条件很差，CO2、SO2等有害气体较多，常导致隧道路面容易受到酸的侵蚀。另外，隧道内的温度变化幅度较正常路段小很多，如果遇到交通事故引发火灾，沥青混凝土路面燃烧后将释放出大量的热和有害气体，会严重影响人的身体健康，甚至危及生命。

福建某高速项目建设单位及设计单位决定在某长大隧道上面层采用SMA—13阻燃改性沥青混合料（阻燃剂与沥青质量比为20%）。本文结合该隧道上面层阻燃改性沥青SMA—13路面施工，通过对配合比设计、室内试验和现场试验的试验数据总结分析，表明该隧道阻燃改性沥青混合料SMA－13的各项体积指标、路用性能均能满足该高速公路及相关规范要求，在充分考虑添加阻燃剂后的阻燃性能的同时，沥青混合料的高温稳定性比未掺阻燃剂SMA—13混合料有所提高。

1 阻燃沥青混合料在某高速公路某长大隧道的应用

1.1 阻燃剂对改性沥青的常规性能影响

按照《公路沥青与沥青混合料试验规程》（JTJ E20—2011），试验室对掺入不同用量的阻燃剂SBS改性沥青进行了针入度、延度和软化点试验，掺量分别为0%、10%、20%和25%。利用不同阻燃剂掺量的三大指标试验结果，分析阻燃剂对改性沥青三大指标影响。试验结果详见图1～图3。

通过对不掺阻燃剂和阻燃剂掺量为10%、20%和25%的改性沥青三大指标的试验结果分析，得出以下结论：

a）掺阻燃剂改性沥青的针入度随掺量的增加逐渐变小，说明掺阻燃剂沥青逐渐变硬，抵抗变形能力增大，表明阻燃剂能与沥青很好地相容，交联形成稳定的结构；

图1 阻燃剂掺量与针入度变化图

图2 阻燃剂掺量与延度变化图

图3 阻燃剂掺量与软化点变化图

b）随着阻燃剂用量的增加，沥青的延度逐渐变小，沥青延度对外加剂非常敏感，即使很少的添加量都会使延度有较大的变化，这是因为阻燃剂与沥青只是物理上的共混，张力变大，很容易因出现缺陷而应力集中发生断裂；

c）沥青软化点反映了沥青的温度敏感性，实质上也反映了沥青的等粘度温度，通常软化点越高，则粘度越大，温度稳定性越好，另外不同掺量的阻燃剂试验表明掺入一定用量阻燃剂能够提高沥青的软化点[1]。

1.2 隧道阻燃沥青混合料配合比设计及性能分析

1.2.1 混合料级配要求

在选定适合的集料、填料和胶结材料后，沥青混合料级配的好坏将极大地影响沥青混合料的物理力学性能和路用性能。因此，为获得高性能沥青混合料，采用三种级配进行试验，最终得出SMA—13沥青混合料的各档材料比例及合成级配（见表1及图4）。

表1 SMA—13沥青混合料各种材料筛分及合成级配

图4 SMA—13沥青混合料设计级配图

1.2.2 不同油石比马歇尔试验结果

对已确定的级配进行不同油石比下的马歇尔试验，结果见表2。

表2 SMA—13沥青混合料马歇尔试验结果

从试验结果的各项体积指标分析来看，6.0%和6.3%油石比的沥青混合料各项体积指标均能满足相关要求。

1.2.3 最佳油石比的确定

根据SMA路面设计要求，空隙率应控制在3.0%～4.5%。根据实际工程情况，本次设计最佳油石比约为6.1%，且其他指标（VMA、VCAmix、稳定度和饱和度等）均满足设计要求[2]。

1.3 阻燃剂对沥青混合料性能的影响

沥青混合料在使用过程中承受车辆的反复荷载，应具有较好的高温稳定性、水稳定性等技术指标，在施工过程中我们用同种级配分别对阻燃沥青混合料与未加阻燃剂沥青混合料进行了性能比对，分析阻燃剂对沥青混合料高温稳定性和水稳定性影响。

1.3.1 阻燃剂对沥青混合料高温稳定性的影响

沥青路面由于高温而引起破坏，车辙问题非常突出，除影响行车的舒适性，还影响行车安全。按照JTJ E20—2011试验规程中相关方法分别对两种沥青混合料进行了车辙试验，结果见表3。

表3 动稳定度试验结果

试验结果表明，掺入20%阻燃剂的沥青混合料在充分发挥阻燃性能的同时，高温稳定性也高于普通SMA—13沥青混合料。

1.3.2 阻燃剂对沥青混合料水稳定性能的影响

为使沥青路面具有较好的耐久性，我们采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验的方法分析掺阻燃剂对沥青混合料水稳定性的影响。试验结果表明，掺阻燃剂对改性沥青混合料水稳定性能影响不大，同时能够满足规范及项目要求，具体结果见表4和表5[1]。

表4 浸水马歇尔试验结果

表5 冻融劈裂试验结果

2 阻燃沥青混合料施工质量控制

2.1 阻燃沥青混合料的拌合

加入阻燃剂后沥青的粘度会有所增大，对温度要求较高，冷却较快，因此宜随拌随用。为使阻燃剂拌合均匀，应将阻燃剂和矿粉一起加入拌缸，拌合时间需适当延长，以使阻燃剂分散均匀、混合料分散均匀，所有矿料颗粒全部裹附沥青为度。为避免阻燃剂分解，应严格控制拌合温度。SBS改性沥青加热温度应控制在165～170℃，集料加热温度应控制在185～200℃，矿粉和阻燃剂不加热，混合料出料温度应控制在170～180℃，当温度超过190℃应予废弃。在阻燃沥青混合料拌合过程中，应严格控制温度，避免局部温度过高，导致阻燃剂分解，如发现混合料有水气产生，应予废弃。

2.2 阻燃沥青混合料的运输

混合料宜采用大吨位自卸运输，运输车辆需有保温覆盖层。使用油水混合液作为隔离剂时，应严格控制油水比例，严禁使用纯石油制品。运输过程中混合料温降不得大于10℃，阻燃沥青混合料的贮存时间不宜超过4h（尽量做到随拌随用）。

2.3 阻燃沥青混合料的摊铺

摊铺前应清理工作面，摊铺机在操作前1h开始将熨平板加热，温度应在80～100℃之间；在受料斗和送料刮板上涂刷少许隔离剂 （植物油），防止沥青混合料粘结；摊铺速度按2～6m／min予以调整选择，做到缓慢、均匀、不间断摊铺；阻燃改性沥青摊铺温度不低于165℃，若路表温度低于25℃，不宜摊铺。

2.4 阻燃沥青混合料的碾压

混合料摊铺后，初压应在较高温度下紧跟摊铺机进行碾压，摊铺机和压路机的间距不大于100m，不得产生推移和开裂。压路机应由下坡脚向上坡脚碾压，相邻碾压带应重叠30cm；并保证初压温度不低于150℃；复压采用钢轮振动压路机高频低幅振动碾压，达到要求的压实度，并无明显轮迹。压路机应以缓慢而均匀的速度碾压，混合料的压实应按初压、复压和终压三个阶段进行。初压采用中型双钢轮压路机碾压2遍，复压采用钢轮压路机振动碾压4～6遍，终压采用轻型压路机碾压1遍[2-3]。

3 结语

试验结果表明，阻燃剂对改性沥青针入度、延度、软化点及混合料具有一定的影响，但总体上对沥青及沥青混合料影响没有超出规范要求。阻燃剂能够添加到沥青混合料中，在施工过程中需严格控制混合料拌合温度，防止因局部温度过高导致阻燃剂分解。

[1]JTJ E20—2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[2]JTJF40—2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[3]彭丹.隧道阻燃沥青路面施工工艺及施工质量控制研究[D].重庆：重庆交通大学，2009.