温拌阻燃沥青及其混合料性能研究

■帕尔哈提·肉孜

（新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院，乌鲁木齐 830001）

0 引言

我国地域辽阔，山区道路众多，隧道在山区道路中所占的比重较大。沥青路面由于其较好的服务性能而逐渐替代水泥路面在隧道面层的铺筑中得以广泛应用[1]。众所周知，隧道内沥青路面施工环境恶劣，且运营后由于其相对封闭的通行环境，隧道内为事故多发地段，极易发生火灾[2]。考虑到隧道内部施工环境的苛刻，业内采用温拌沥青混合料来降低隧道沥青路面的施工温度[3-5]，同时掺加阻燃剂来抑制隧道沥青路面火灾事故的发生率[6-10]。不同的阻燃剂和温拌材料对隧道路面的施工技术的影响存在差异，本文在基质沥青中掺加温拌剂和阻燃剂制成改性沥青，并对其技术指标进行试验研究，然后使用制备的改性温拌阻燃沥青拌制混合料，并对混合料的低温、阻燃性能进行研究，为隧道沥青路面施工提供技术指导，对隧道路面建设快速发展具有十分的重要意义。

1 原材料

研究选用的Evotherm温拌剂和阻燃剂各项技术指标见表1，选用的SBS改性沥青的基本技术指标如表2所示。

表1 温拌剂技术指标表

表2 SBS改性沥青技术指标

2 试验方法

2.1 改性沥青的制备

本文研究采用的改性沥青均通过SBS改性沥青中掺加定量的掺加剂制备而成，将SBS改性沥青加热到155℃，然后在恒温条件下掺加各掺加剂后搅拌45min。其中Evotherm温拌剂掺加量为1%，阻燃剂掺加量取3%～9%，间隔掺加量为2%，最终分别制成温拌阻燃改性沥青、阻燃改性沥青、温拌改性沥青，测量各类改性沥青的技术性能，并与温拌阻燃改性沥青进行对比分析。

2.2 试验测试方法

对各改性沥青的三大指标、闪点、燃点进行测试，并通过极限氧指数试验测定各改性沥青的极限氧指数，分析温拌阻燃改性沥青的技术性能。并通过沥青锥入度试验、弯曲流变梁试验对温拌改性沥青的高低温性能进行检测，并通过小梁弯曲试验和燃烧试验对温拌阻燃沥青混合料的低温性能以及阻燃性能进行试验，混合料选择AC-13类型，级配如表3所示。

3 温拌阻燃沥青的性能研究

3.1 温拌阻燃沥青的技术性能

为研究温拌剂以及阻燃剂掺加后得到的改性沥青的技术性能，分别对三种改性沥青（控制掺加剂含量相同）以及SBS改性沥青的技术性能进行了试验，得到的试验结果如表4所示。

表3 AC-13级配组成

表4 各改性沥青技术性能

通过表4可以看出，只掺加温拌剂导致SBS改性沥青的针入度下降，延度略有升高，软化点降低；只掺加阻燃剂使得SBS改性沥青的针入度升高，延度降低，软化点略有升高；而温拌阻燃改性沥青相较于SBS改性沥青，其针入度有所升高，延度和软化点均有所降低，但是均满足规范要求，可以进行施工使用。温拌阻燃改性沥青的极限氧指数以及闪电有所增大，燃点基本没有变化，而相较于阻燃改性沥青，掺加了温拌剂的温拌阻燃改性沥青的极限氧指数减少了0.4%，这说明阻燃剂的添加可改善SBS改性沥青的阻燃性能，但是温拌剂的掺加对SBS改性沥青而言存在助燃效果。

3.2 阻燃剂掺量对胶结料高温性能的影响

由温拌剂和阻燃剂添加到改性沥青中所形成的分散体系即为温拌阻燃改性沥青胶浆，其所体现出的各项技术性能、内部结构组成与温拌阻燃沥青混合料的路用性能密切相关。由于Evotherm温拌剂属于表面活性剂的一种，占胶浆组成体系比例较小，并且在胶浆分散系中能够较好的分散，而阻燃剂属于一种胶浆填料对于胶浆技术性能具有决定性的影响，因此本文仅就不同掺量 （3%～9%，步长为2%）阻燃剂对沥青胶浆性能影响进行分析。

向SBS改性沥青中掺加1%的温拌剂，依次作为对比基准样品，分别向基准样品沥青中掺加3%～9%的阻燃剂，通过沥青锥入读试验进行试验，结果如表5及图1所示。

表5 锥入度检测结果

由表5及图1可以看出，随着阻燃剂的增加，锥入度开始下降，抗剪强度随着增大，这就说明沥青高温性能得到有效改善。对于锥入度来说，当阻燃剂掺量超过5%时，锥入度曲线变化率降低，当超过7%时，下降率有所增大，但浮动率较小；对于抗剪强度来说，阻燃剂掺量在0%～7%时，增长率变化基本没有变化，当超过7%时，变化率降低，7%时的抗剪强度达到了原沥青胶浆 （0%）的1.7倍。基于上述分析，对于沥青胶浆高温性能来说，阻燃剂的最佳掺量处于5%～7%之间。

图1 掺加量对高温性能影响

图2 掺加量对低温性能影响

3.3 阻燃剂掺量对胶结料低温性能的影响

采用弯曲流变梁试验测量不同掺量下得到的温拌阻燃改性沥青的低温性能，试验结果如表6及图2所示。

表6 小梁弯曲检测结果

由表6及图2可以看出，随着阻燃剂的增加，变形量开始下降，劲度模量随着增大，这就说明沥青低温性能得到有效改善。通过变形量数据观察，当阻燃剂掺量超过5%时，变形量曲线变化率降低，当超过7%时，下降率再次增大；对于劲度模量来说，阻燃剂掺量在0%～5%时，增长率变化基本没有变化，当处于5%～7%时，变化率增大，7%时变化率再次降低，此时劲度模量达到了原沥青胶浆（0%）的1.4倍。综上所述，就沥青胶浆低温性能而言，阻燃剂的最佳掺量处于5%～7%之间。结合温拌剂掺量对温拌改性沥青高低温性能的影响，推荐阻燃剂的最佳掺量范围为5%～7%。

4 温拌阻燃沥青混合料的路用性能

一般道路长隧道内温度较隧道外低10℃ ～15℃，对于不存在弯道的直隧道，由于其良好的通风性，温度更低，因此高温性能不作为主要控制标准。此外，建设良好的隧道排水系统完善，路面水稳定性也不作为主要控制标准。基于此，本文注重对隧道路面的低温以及阻燃性能进行研究。

4.1 温拌阻燃沥青混合料低温性能

通过小梁低温弯曲试验对温拌阻燃沥青混合料的低温性能进行评价，试验温度为-10℃，试验结果见表7。

表7 小梁弯曲检测结果

由表7可以得到，温拌阻燃改性混合料的最大破坏应变是SBS改性沥青混合料的1.66倍，即低温性能得到显著提升。温拌剂的加入对沥青混合料颗粒之间的接触而言起到润滑效应，因此使得混合料的拌和温度下降。而阻燃剂对沥青与集料之间的粘结性能起到强化作用，使在低温下混合料具有较强的抗弯拉强度。

4.2 温拌阻燃沥青混合料阻燃性能

通过燃烧试验对温拌阻燃沥青混合料燃烧前后的高温性能和低温性能进行试验，通过燃烧前后对比性能变化来评价阻燃效果，燃烧试验的结果如表8所示。

表8 小梁弯曲检测结果

由表8可以得到，与SBS改性沥青混合料相比，加入了阻燃剂的混合料在燃烧前后最大破坏应变下降率降低了6.1%，动稳定度下降率降低了8.3%，即阻燃剂有助于材料阻燃性能的提升，且改善效果良好。

5 结论

（1）温拌剂的掺加虽然可以降低施工温度，但不宜过多。阻燃剂的加入可有效改善SBS改性沥青的阻燃性能，推荐掺加5%～7%的阻燃剂，在此范围内得到的温拌阻燃改性沥青的高低温性能均表现良好。

（2）温拌阻燃改性沥青表现出良好的低温性能和阻燃性能，相较于SBS改性沥青混合料。其在低温条件下的最大破坏应变可达到SBS改性沥青混合料的1.66倍，阻燃性能相较于SBS改性沥青混合料而言，可提升6%～8%。

[1]吴翚.阻燃剂对隧道阻燃沥青混合料技术性能的影响[J].公路工程，2014，39（06）：180-185.

[2]王朝辉，孙晓龙，刘志胜，赵娟娟.隧道沥青路面阻燃剂的现状与发展[J].筑路机械与施工机械化，2013，30（12）：41-48.

[3]雷婷.温拌阻燃技术在胶州湾隧道沥青路面工程中的应用[J].中国公路，2012，（S1）： 199-202.

[4]张凯玮.温拌阻燃沥青及其混合料技术性能研究[D].郑州，郑州大学，2017.

[5]张毅，梁乃兴，李凌，等.温拌阻燃沥青混合料在隧道路面中的应用技术研究[J].公路交通技术，2009，（04）： 111-114.

[6]王大伟，赫利强，沈鹏.温拌阻燃沥青与沥青混合料应用性能研究[J].中国公路学报，2017，30（05）： 59-66..

[7]王家林.长隧道温拌阻燃沥青混凝土路面施工工艺[J].公路交通科技（应用技术版），2016，12（08）： 244-245+270.

[8]张毅，梁乃兴，李凌，等.温拌阻燃沥青混合料在隧道路面中的应用技术研究[J].公路交通技术，2009，（04）： 111-114.

[9]李达.阻燃温拌改性剂对沥青混合料路用性能的影响研究[J].筑路机械与施工机械化，2014，31 （04）： 84-87.

[10]胡文辉，尹朝恩，薛彦卿.城市隧道温拌阻燃复合改性沥青铺装技术研究[J].交通节能与环保，2017，13（06）：89-93.