高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青應(yīng)用研究

李彩曉

摘要：文章通過選取合適的阻燃劑制備出了高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青，研究了其物理性能和混合料路用性能，并通過氧指數(shù)、煙密度實驗和錐形量熱儀法對該高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青及其混合料的阻燃效果進行評價分析。結(jié)果表明：相比于傳統(tǒng)的阻燃橡膠瀝青，高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青的軟化點和延度較高，黏度和48 h離析軟化點差較小，具有更好的高溫性能、施工和易性及存儲穩(wěn)定性;阻燃劑的加入可有效地改善瀝青的煙密度、氧指數(shù)及其混合料的燃燒參數(shù)，且其混合料路用性能及實體長大隧道工程應(yīng)用效果良好。

關(guān)鍵詞：阻燃;橡膠復(fù)合改性瀝青;路用性能

0 引言

20世紀以前國內(nèi)外高等級公路隧道路面大多以水泥混凝土路面鋪裝為主，但水泥混凝土路面施工周期長，橫向和縱向接縫處理工序相對復(fù)雜，路面平整度較差，行車舒適性一般，噪音大，且后期維修養(yǎng)護難。進入21世紀后，隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人民生活水平的提高，日常通行對路面的舒適性、安全性以及綠色環(huán)保的要求日益突出，目前大多數(shù)隧道均采用瀝青混凝土路面。但由于隧道內(nèi)地理條件特殊，空間相對狹小，空氣流通較差，火災(zāi)事故危害性較大，且路面常年潮濕，其要求所使用的瀝青混凝土既要具有一定的阻燃性，又要具有優(yōu)良的抗疲勞和抗水損性能。已有研究表明：橡膠瀝青混合料不僅符合環(huán)保要求，而且具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗水損害能力，其抗老化性能和抗疲勞性能更優(yōu)于其他改性瀝青混合料，使用橡膠瀝青混合料鋪筑的路面具有平穩(wěn)、舒適、噪音低、裂縫少等特點，能明顯改善路面的質(zhì)量并延長其使用壽命[1-2]。但是由于傳統(tǒng)橡膠瀝青儲存穩(wěn)定性差，黏度偏大不易控制，使得橡膠瀝青只能在工地拌和站現(xiàn)拌現(xiàn)用，限制了橡膠瀝青的使用。

基于此，本文采用工廠化生產(chǎn)的高性能橡膠復(fù)合改性瀝青與阻燃劑進行復(fù)配，得到高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青，并對其瀝青和混合料性能、阻燃功效進行分析研究，對高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青在賀巴高速公路黃竹口長隧道工程中的應(yīng)用效果進行檢測，以期為高性能橡膠復(fù)合改性瀝青在高等級公路（尤其是隧道）的推廣應(yīng)用提供一定的數(shù)據(jù)支撐和參考。

1 原材料

1.1 集料

所用粗集料為1#（10～15 mm）和2#（5～10 mm）的輝綠巖碎石，經(jīng)過二級破碎整形，生產(chǎn)廠家為田東縣輝綠巖礦業(yè)有限責(zé)任公司;細集料為3#（0～5 mm）的機制砂，生產(chǎn)廠家為桐木銀山寨石場。集料的物理力學(xué)指標如表1、表2所示。

1.2 阻燃劑

阻燃劑是一種通過吸收大量熱量以降低有機物熱分解溫度，或通過隔斷、隔離有機物與空氣中的氧接觸，從而達到延緩或阻止有機物燃燒的物質(zhì)。按照反應(yīng)類型及機理的不同主要分為填料型、化學(xué)反應(yīng)型及膨脹型。填料型大多為氫氧化合物，無毒抑煙且成本相對低廉，但阻燃效果一般;化學(xué)反應(yīng)型大多為鹵、磷、銻、硅系等化合物，通常采用二種及以上體系復(fù)合使用，相對較為高效，但成本較高;膨脹型通常由成炭劑、脫水劑和膨脹劑三部分組成，其要求被阻燃的有機物具有較高的匹配性[3]。本項目采用的是一種溴-銻系復(fù)合型阻燃劑。

2 高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青性能檢測

高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青室內(nèi)采用濕法制備，即將高性能橡膠復(fù)合改性瀝青加熱至180 ℃，摻加阻燃劑通過剪切均化工藝制備而得，參照廣西地區(qū)標準《橡膠瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（DB45/T1098-2014）評價高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青與傳統(tǒng)阻燃橡膠瀝青性能的優(yōu)劣（其中高性能橡膠復(fù)合改性瀝青為廣西交科新材料有限責(zé)任公司提供，傳統(tǒng)橡膠瀝青采用普通的剪切攪拌工藝制備而得，膠粉摻量均為20%，阻燃劑摻量均為6%）。根據(jù)《瀝青混合料改性添加劑第3部分：阻燃劑》（JT/T860.3-2014）的試驗方法及要求，采用氧指數(shù)和煙密度評價高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青的阻燃效果。

由表3可知，相比于傳統(tǒng)的阻燃橡膠瀝青，高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青的軟化點和延度較高，黏度和48 h離析軟化點差較小，說明高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青具有更好的高溫性能、施工和易性及存儲穩(wěn)定性，可有效降低橡膠瀝青的施工難度，并能在一定程度上解決現(xiàn)場施工因天氣等不可抗因素導(dǎo)致的施工周期延長、瀝青性能因離析發(fā)生衰減的問題，提升了橡膠瀝青的適應(yīng)性。

由表4可知，高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青的氧指數(shù)為30.8%，煙密度為61.8%，均滿足JT/T860.3-2014中的技術(shù)要求，說明其可用于大規(guī)模的隧道施工，具有較好的阻燃性能。

3 阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料路用性能研究3.1 配合比

以“骨架嵌擠均勻密實”為控制目標，盡量減少細集料的用量，重點控制0.075 mm、2.36 mm、4.75 mm及9.5 mm篩孔的通過率，在確保路面密實不滲水的前提下，結(jié)合隧道路面的使用特點，選擇合適的油石比，盡可能提高路面的構(gòu)造深度和抗車轍能力，提升隧道路面的抗滑安全性及耐久性。最終確定礦料配合比為11～16∶7～11∶4～7∶0～4∶礦粉=34∶35∶5∶22∶4，油石比為5.6%，合成級配通過率如表5所示。

3.2 混合料性能檢測及阻燃效果評價

按照表5中的配合比，參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）相關(guān)試驗方法、《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F 40-2004）及《橡膠瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（DB 45/T 1098-2014）對阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青的高溫性能和水穩(wěn)定性能進行評價，結(jié)果如表6～8所示。

由表6～8可知阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度為90.2%，凍融劈裂抗拉強度比為95.1%，60 ℃動穩(wěn)定度為5 392次/min，均優(yōu)于相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，表明該阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料具有較好的高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性，適用于重載交通及隧道潮濕環(huán)境。

采用錐形量熱儀法對阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料和非阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料進行測試，分析比較阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料的阻燃效果。其中瀝青混合料的試件尺寸為（100×100×50）mm，試驗時的熱輻射強度為50 kw/m2，空氣流速為24 L/s。試驗結(jié)果如表9所示。

錐形量熱儀法操作簡便，與真實火災(zāi)情形相關(guān)性較高，可定量獲取可燃物燃燒的多種不同燃燒參數(shù)，用阻燃效果評價時可直觀地進行比較[4-6]。

一般來說，在相同條件下，有機物的引燃時間越短，說明其越容易著火。從表9中可知，阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料的引燃時間為303 s，而非阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料的引燃時間為265 s，前者較后者延長了38 s，說明阻燃劑的加入延長了瀝青材料的引燃時間，起到了阻燃的效果。

熱釋放速率峰值可代表火焰強度，峰值越大，火焰強度越大，可燃物熱分解燃燒的速度越快。表9中阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料的熱釋放速率峰值較非阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料的峰值小，說明阻燃劑能夠吸收燃燒所產(chǎn)生的部分熱能，降低火焰強度，有利于控制火焰的大小。

從表9可知，阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料的CO、CO2的生成量及生煙總量均比非阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料小，說明阻燃劑的加入可起到明顯的抑煙作用，降低火災(zāi)的危害性。

4 工程應(yīng)用效果

賀巴高速公路昭平至蒙山段地勢復(fù)雜多變，橋隧比較高，其中黃竹口隧道為路段內(nèi)最長隧道，全長約4 km。隧道內(nèi)采用AC-20+阻燃ARAC-13結(jié)構(gòu)，施工完成后檢測其路面性能。檢測結(jié)果如后頁表10所示。

由表10可知阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青路面壓實度達標，平整度和構(gòu)造深度均優(yōu)于《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準第一冊土建工程》（JTG F80 /1-2017）及設(shè)計要求，表明該路面行車舒適，抗滑安全，且基本不滲水，適用于隧道潮濕環(huán)境，抗水損較好。

5 結(jié)語

（1）高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青相比于傳統(tǒng)的阻燃橡膠瀝青，其軟化點和延度較高，黏度和48 h離析軟化點差較小，具有更好的高溫性能、施工和易性及存儲穩(wěn)定性。

（2）高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青氧指數(shù)和煙密度均滿足相關(guān)技術(shù)要求，具有較好的阻燃性能;且其混合料殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂抗拉強度比及60 ℃動穩(wěn)定度均優(yōu)于相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。

（3）通過錐形量熱儀法對阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料的實驗結(jié)果分析，表明阻燃劑的加入可有效延長瀝青材料的引燃時間，減小熱釋放速率峰值，降低火焰強度，且具有較好的抑煙作用，能夠降低火災(zāi)的危害性。

（4）高性能阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料路面的各項關(guān)鍵檢測指標結(jié)果均優(yōu)于相關(guān)技術(shù)規(guī)范及設(shè)計要求，適用于低溫潮濕密閉的長大隧道路面工程。

參考文獻：

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