溫拌阻燃瀝青及其混合料性能研究

■帕爾哈提·肉孜

（新疆維吾爾自治區交通規劃勘察設計研究院，烏魯木齊 830001）

0 引言

我國地域遼闊，山區道路眾多，隧道在山區道路中所占的比重較大。瀝青路面由于其較好的服務性能而逐漸替代水泥路面在隧道面層的鋪筑中得以廣泛應用[1]。眾所周知，隧道內瀝青路面施工環境惡劣，且運營后由于其相對封閉的通行環境，隧道內為事故多發地段，極易發生火災[2]。考慮到隧道內部施工環境的苛刻，業內采用溫拌瀝青混合料來降低隧道瀝青路面的施工溫度[3-5]，同時摻加阻燃劑來抑制隧道瀝青路面火災事故的發生率[6-10]。不同的阻燃劑和溫拌材料對隧道路面的施工技術的影響存在差異，本文在基質瀝青中摻加溫拌劑和阻燃劑制成改性瀝青，并對其技術指標進行試驗研究，然后使用制備的改性溫拌阻燃瀝青拌制混合料，并對混合料的低溫、阻燃性能進行研究，為隧道瀝青路面施工提供技術指導，對隧道路面建設快速發展具有十分的重要意義。

1 原材料

研究選用的Evotherm溫拌劑和阻燃劑各項技術指標見表1，選用的SBS改性瀝青的基本技術指標如表2所示。

表1 溫拌劑技術指標表

表2 SBS改性瀝青技術指標

2 試驗方法

2.1 改性瀝青的制備

本文研究采用的改性瀝青均通過SBS改性瀝青中摻加定量的摻加劑制備而成，將SBS改性瀝青加熱到155℃，然后在恒溫條件下摻加各摻加劑后攪拌45min。其中Evotherm溫拌劑摻加量為1%，阻燃劑摻加量取3%～9%，間隔摻加量為2%，最終分別制成溫拌阻燃改性瀝青、阻燃改性瀝青、溫拌改性瀝青，測量各類改性瀝青的技術性能，并與溫拌阻燃改性瀝青進行對比分析。

2.2 試驗測試方法

對各改性瀝青的三大指標、閃點、燃點進行測試，并通過極限氧指數試驗測定各改性瀝青的極限氧指數，分析溫拌阻燃改性瀝青的技術性能。并通過瀝青錐入度試驗、彎曲流變梁試驗對溫拌改性瀝青的高低溫性能進行檢測，并通過小梁彎曲試驗和燃燒試驗對溫拌阻燃瀝青混合料的低溫性能以及阻燃性能進行試驗，混合料選擇AC-13類型，級配如表3所示。

3 溫拌阻燃瀝青的性能研究

3.1 溫拌阻燃瀝青的技術性能

為研究溫拌劑以及阻燃劑摻加后得到的改性瀝青的技術性能，分別對三種改性瀝青（控制摻加劑含量相同）以及SBS改性瀝青的技術性能進行了試驗，得到的試驗結果如表4所示。

表3 AC-13級配組成

表4 各改性瀝青技術性能

通過表4可以看出，只摻加溫拌劑導致SBS改性瀝青的針入度下降，延度略有升高，軟化點降低；只摻加阻燃劑使得SBS改性瀝青的針入度升高，延度降低，軟化點略有升高；而溫拌阻燃改性瀝青相較于SBS改性瀝青，其針入度有所升高，延度和軟化點均有所降低，但是均滿足規范要求，可以進行施工使用。溫拌阻燃改性瀝青的極限氧指數以及閃電有所增大，燃點基本沒有變化，而相較于阻燃改性瀝青，摻加了溫拌劑的溫拌阻燃改性瀝青的極限氧指數減少了0.4%，這說明阻燃劑的添加可改善SBS改性瀝青的阻燃性能，但是溫拌劑的摻加對SBS改性瀝青而言存在助燃效果。

3.2 阻燃劑摻量對膠結料高溫性能的影響

由溫拌劑和阻燃劑添加到改性瀝青中所形成的分散體系即為溫拌阻燃改性瀝青膠漿，其所體現出的各項技術性能、內部結構組成與溫拌阻燃瀝青混合料的路用性能密切相關。由于Evotherm溫拌劑屬于表面活性劑的一種，占膠漿組成體系比例較小，并且在膠漿分散系中能夠較好的分散，而阻燃劑屬于一種膠漿填料對于膠漿技術性能具有決定性的影響，因此本文僅就不同摻量 （3%～9%，步長為2%）阻燃劑對瀝青膠漿性能影響進行分析。

向SBS改性瀝青中摻加1%的溫拌劑，依次作為對比基準樣品，分別向基準樣品瀝青中摻加3%～9%的阻燃劑，通過瀝青錐入讀試驗進行試驗，結果如表5及圖1所示。

表5 錐入度檢測結果

由表5及圖1可以看出，隨著阻燃劑的增加，錐入度開始下降，抗剪強度隨著增大，這就說明瀝青高溫性能得到有效改善。對于錐入度來說，當阻燃劑摻量超過5%時，錐入度曲線變化率降低，當超過7%時，下降率有所增大，但浮動率較小；對于抗剪強度來說，阻燃劑摻量在0%～7%時，增長率變化基本沒有變化，當超過7%時，變化率降低，7%時的抗剪強度達到了原瀝青膠漿 （0%）的1.7倍。基于上述分析，對于瀝青膠漿高溫性能來說，阻燃劑的最佳摻量處于5%～7%之間。

圖1 摻加量對高溫性能影響

圖2 摻加量對低溫性能影響

3.3 阻燃劑摻量對膠結料低溫性能的影響

采用彎曲流變梁試驗測量不同摻量下得到的溫拌阻燃改性瀝青的低溫性能，試驗結果如表6及圖2所示。

表6 小梁彎曲檢測結果

由表6及圖2可以看出，隨著阻燃劑的增加，變形量開始下降，勁度模量隨著增大，這就說明瀝青低溫性能得到有效改善。通過變形量數據觀察，當阻燃劑摻量超過5%時，變形量曲線變化率降低，當超過7%時，下降率再次增大；對于勁度模量來說，阻燃劑摻量在0%～5%時，增長率變化基本沒有變化，當處于5%～7%時，變化率增大，7%時變化率再次降低，此時勁度模量達到了原瀝青膠漿（0%）的1.4倍。綜上所述，就瀝青膠漿低溫性能而言，阻燃劑的最佳摻量處于5%～7%之間。結合溫拌劑摻量對溫拌改性瀝青高低溫性能的影響，推薦阻燃劑的最佳摻量范圍為5%～7%。

4 溫拌阻燃瀝青混合料的路用性能

一般道路長隧道內溫度較隧道外低10℃ ～15℃，對于不存在彎道的直隧道，由于其良好的通風性，溫度更低，因此高溫性能不作為主要控制標準。此外，建設良好的隧道排水系統完善，路面水穩定性也不作為主要控制標準。基于此，本文注重對隧道路面的低溫以及阻燃性能進行研究。

4.1 溫拌阻燃瀝青混合料低溫性能

通過小梁低溫彎曲試驗對溫拌阻燃瀝青混合料的低溫性能進行評價，試驗溫度為-10℃，試驗結果見表7。

表7 小梁彎曲檢測結果

由表7可以得到，溫拌阻燃改性混合料的最大破壞應變是SBS改性瀝青混合料的1.66倍，即低溫性能得到顯著提升。溫拌劑的加入對瀝青混合料顆粒之間的接觸而言起到潤滑效應，因此使得混合料的拌和溫度下降。而阻燃劑對瀝青與集料之間的粘結性能起到強化作用，使在低溫下混合料具有較強的抗彎拉強度。

4.2 溫拌阻燃瀝青混合料阻燃性能

通過燃燒試驗對溫拌阻燃瀝青混合料燃燒前后的高溫性能和低溫性能進行試驗，通過燃燒前后對比性能變化來評價阻燃效果，燃燒試驗的結果如表8所示。

表8 小梁彎曲檢測結果

由表8可以得到，與SBS改性瀝青混合料相比，加入了阻燃劑的混合料在燃燒前后最大破壞應變下降率降低了6.1%，動穩定度下降率降低了8.3%，即阻燃劑有助于材料阻燃性能的提升，且改善效果良好。

5 結論

（1）溫拌劑的摻加雖然可以降低施工溫度，但不宜過多。阻燃劑的加入可有效改善SBS改性瀝青的阻燃性能，推薦摻加5%～7%的阻燃劑，在此范圍內得到的溫拌阻燃改性瀝青的高低溫性能均表現良好。

（2）溫拌阻燃改性瀝青表現出良好的低溫性能和阻燃性能，相較于SBS改性瀝青混合料。其在低溫條件下的最大破壞應變可達到SBS改性瀝青混合料的1.66倍，阻燃性能相較于SBS改性瀝青混合料而言，可提升6%～8%。

[1]吳翚.阻燃劑對隧道阻燃瀝青混合料技術性能的影響[J].公路工程，2014，39（06）：180-185.

[2]王朝輝，孫曉龍，劉志勝，趙娟娟.隧道瀝青路面阻燃劑的現狀與發展[J].筑路機械與施工機械化，2013，30（12）：41-48.

[3]雷婷.溫拌阻燃技術在膠州灣隧道瀝青路面工程中的應用[J].中國公路，2012，（S1）： 199-202.

[4]張凱瑋.溫拌阻燃瀝青及其混合料技術性能研究[D].鄭州，鄭州大學，2017.

[5]張毅，梁乃興，李凌，等.溫拌阻燃瀝青混合料在隧道路面中的應用技術研究[J].公路交通技術，2009，（04）： 111-114.

[6]王大偉，赫利強，沈鵬.溫拌阻燃瀝青與瀝青混合料應用性能研究[J].中國公路學報，2017，30（05）： 59-66..

[7]王家林.長隧道溫拌阻燃瀝青混凝土路面施工工藝[J].公路交通科技（應用技術版），2016，12（08）： 244-245+270.

[8]張毅，梁乃興，李凌，等.溫拌阻燃瀝青混合料在隧道路面中的應用技術研究[J].公路交通技術，2009，（04）： 111-114.

[9]李達.阻燃溫拌改性劑對瀝青混合料路用性能的影響研究[J].筑路機械與施工機械化，2014，31 （04）： 84-87.

[10]胡文輝，尹朝恩，薛彥卿.城市隧道溫拌阻燃復合改性瀝青鋪裝技術研究[J].交通節能與環保，2017，13（06）：89-93.