路面用溫拌阻燃瀝青混合料的性能評(píng)價(jià)分析

摘要：通過分別將不同摻量的阻燃劑添加至普通泡沫溫拌瀝青混合料中，制備成溫拌阻燃瀝青混合料，并采用一系列室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)溫拌阻燃瀝青混合料的性能展開綜合評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：阻燃劑的摻入，能夠有效改善泡沫溫拌瀝青混合料的高低溫穩(wěn)定、阻燃及和抗磨耗性能，但也會(huì)對(duì)水穩(wěn)定性產(chǎn)生一定不利影響；為有效提升溫拌瀝青混合料的綜合性能，建議將阻燃劑摻量控制為0.4%。

關(guān)鍵詞：泡沫瀝青；阻燃劑；路用性能；抗磨耗性能

0" "引言

鑒于隧道內(nèi)部狹長(zhǎng)、封閉、通風(fēng)差的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如其內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)，瀝青路面燃燒會(huì)加劇隧道內(nèi)煙霧和有毒氣體排放，帶來巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)[1-2]。故關(guān)于阻燃型隧道瀝青路面的研究，一直是近年來道路工作者的熱點(diǎn)課題之一[3-5]。目前，國(guó)內(nèi)道路研究者在阻燃型瀝青路面方面的研究已經(jīng)不少。如龍?jiān)葡龅萚6]通過采用酞酸酯偶聯(lián)劑摻入阻燃劑中進(jìn)行表面改性，并對(duì)不同阻燃劑用量下的溫拌瀝青進(jìn)行阻燃、抑煙及路用性能評(píng)價(jià)分析，結(jié)果顯示經(jīng)表面改性后阻燃劑，能夠顯著改善溫拌瀝青的綜合使用性能。張開貴等[7]通過采用多重應(yīng)力蠕變恢復(fù)、線性幅度掃描及彎曲蠕變等室內(nèi)試驗(yàn)，針對(duì)阻燃瀝青膠結(jié)料老化前后性能進(jìn)行探究，然后選用SMA級(jí)配類型進(jìn)行混合料路用性能試驗(yàn)研究，結(jié)果顯示摻入阻燃劑能延緩瀝青的老化，有利于增強(qiáng)瀝青混合料的抗車轍能力，但對(duì)其低溫和水穩(wěn)定性能有所削弱。鮮江林等[8]以某長(zhǎng)大隧道瀝青路面鋪裝工程為研究背景，針對(duì)熱拌和溫拌阻燃技術(shù)下的瀝青路面施工環(huán)境開展對(duì)比評(píng)價(jià)分析，發(fā)現(xiàn)溫拌阻燃技術(shù)能夠顯著提升路面施工環(huán)境。

考慮到有關(guān)泡沫瀝青溫拌阻燃瀝青路面方面的研究較為不足，本文在普通泡沫溫拌瀝青混合料的基礎(chǔ)上，將不同摻量阻燃劑摻入制備溫拌阻燃瀝青混合料，并基于一系列室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)溫拌阻燃瀝青混合料的性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，旨為溫拌阻燃瀝青混合料的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1" "試驗(yàn)材料及方案

1.1" "試驗(yàn)材料

1.1.1" "集料

集料選用粒徑5～10mm、10～15mm兩種規(guī)格的玄武巖，其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

1.1.2" "填料

填料采用石灰?guī)r礦粉，其密度為2.73kg/m3，親水系數(shù)為0.6，塑性指數(shù)為3.1。

1.1.3" "纖維

選用新疆某材料有限公司生產(chǎn)的木質(zhì)素纖維，纖維長(zhǎng)度為3mm，密度為2.28g/cm3，吸油率為7.5%，含水率為1.9%，灰分含量為19.5%，PH值為7.3。

1.1.4" "阻燃劑

選用外觀呈白色的FR-MX1型阻燃劑，其密度為2.8g/cm3，分解溫度為300℃。

1.1.5" "瀝青

選用東莞泰和瀝青產(chǎn)品有限公司的成品SBS-I-D改性瀝青，作為泡沫瀝青的發(fā)泡瀝青。泡沫瀝青的制備是由水分子沖擊而產(chǎn)生發(fā)泡瀝青，根據(jù)發(fā)泡特性試驗(yàn)結(jié)果，可確定發(fā)泡瀝青的發(fā)泡溫度為180℃，發(fā)泡用水量為1.6%。SBS-I-D型改性瀝青技術(shù)性能如表2所示。

1.2" "試驗(yàn)方案

試驗(yàn)選用SMA-13級(jí)配進(jìn)行溫拌阻燃瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)，其相關(guān)級(jí)配曲線如圖1所示。試驗(yàn)中將混合料的油石比確定為6.0%，將木質(zhì)素纖維的摻量設(shè)計(jì)為0.3%，將阻燃劑摻量分別設(shè)計(jì)為占瀝青混合料質(zhì)量比的0～0.5%。參照《瀝青燃燒性能測(cè)定氧指數(shù)法》（NB-SH-T 0815—2010）、《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）等相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，采用高溫抗車轍、凍融劈裂、浸水馬歇爾、低溫抗裂、極限氧指數(shù)及肯塔堡飛散等試驗(yàn)，分別對(duì)溫拌阻燃瀝青混合料的路用性能、阻燃性能及抗磨耗性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2" "溫拌阻燃瀝青混合料的性能評(píng)價(jià)分析

2.1" "路用性能

2.1.1" "高低溫穩(wěn)定性

2.1.1.1" "試驗(yàn)方法

瀝青作為一種既具有黏性又具備彈性的感溫性材料，非常容易在高溫環(huán)境和荷載作用下發(fā)生流動(dòng)變形，尤其是產(chǎn)生一部分不可逆的永久變形，最終導(dǎo)致車轍的形成。車轍試驗(yàn)?zāi)軌蛴行У啬M車輪在瀝青路面上反復(fù)碾壓的受力情況，且操作簡(jiǎn)便，同時(shí)結(jié)果具有優(yōu)良的可靠性[9]。在低溫條件下，瀝青路面材料內(nèi)部的拉應(yīng)力持續(xù)增加，一旦超過材料自身的極限應(yīng)力，就會(huì)開始出現(xiàn)裂縫破壞，由此顯著降低了瀝青路面的使用舒適性和耐久性。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)主要通過低溫小梁彎曲試驗(yàn)和低溫蠕變?cè)囼?yàn)，來評(píng)估瀝青混合料的低溫抗裂性能。

2.1.1.2" "試驗(yàn)結(jié)果分析

這兩種試驗(yàn)方法都能真實(shí)地揭示瀝青混合料在低溫條件下的受力破壞過程。本文分別采用60℃高溫車轍試驗(yàn)和-10℃低溫小梁彎曲試驗(yàn)，對(duì)不同阻燃劑摻量下溫拌瀝青混合料的高低溫穩(wěn)定性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3可知，溫拌瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度和破壞應(yīng)變，均隨著阻燃劑摻量的增加呈先增大后減小的變化趨勢(shì)。其中在阻燃劑摻量為0.4%時(shí)，溫拌瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度和破壞應(yīng)變分別達(dá)3159次/mm、3771uε，兩者較于未摻阻燃劑的普通溫拌瀝青混合料分別增大了23.7%、21%，說明摻入適宜阻燃劑能夠提升溫拌瀝青混合料的高溫抗車轍能力和低溫抗裂能力。

分析認(rèn)為，阻燃劑中的高分子材料能夠增強(qiáng)瀝青與骨料間的黏結(jié)性，有利于抑制集料滑移及裂紋產(chǎn)生，因而改善了溫拌瀝青混合料的高低溫穩(wěn)定性能。但繼續(xù)摻入阻燃劑后，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度和破壞應(yīng)變均有所減小。其原因是阻燃劑中含有一定塑性組分，過量的阻燃劑無法均勻分散，使得混合料內(nèi)部各材料組分失穩(wěn)，導(dǎo)致應(yīng)力集中形成薄弱界面，進(jìn)而削弱了混合料的抗車轍和抗開裂能力。

2.1.2" "水穩(wěn)定性

水通過裂縫和空隙滲入路面內(nèi)部，在車輛荷載的持續(xù)作用下，會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)水壓力和真空效應(yīng)，進(jìn)而對(duì)瀝青膜與集料界面產(chǎn)生沖擊，削弱其粘結(jié)力。另外，隨著時(shí)間的推移，瀝青膜會(huì)逐漸從集料表面剝落，導(dǎo)致路面出現(xiàn)坑槽，這將嚴(yán)重影響行車的舒適性和安全性。本文通過采用浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)，對(duì)不同阻燃劑摻量下溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

溫拌阻燃瀝青混合料的水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可知，隨著阻燃劑摻量的增加，溫拌瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度比均呈逐漸減小變化，當(dāng)阻燃劑摻量達(dá)0.4%時(shí)，瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比分別為86.5%、84.1%，兩者較于未摻阻燃劑情形分別減小了3.6%、7.3%，但其均滿足JTG E20—2011中的規(guī)定要求，說明摻入阻燃劑對(duì)溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性能存在一定不利影響。分析認(rèn)為，阻燃劑在水分子浸潤(rùn)作用下削弱了瀝青與骨料的黏附性，增大了骨料剝落速率，故溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性降低。

2.2" "阻燃性能

采用南京上元分析儀器有限公司生產(chǎn)的HC-2C型氧指數(shù)儀，對(duì)不同阻燃劑摻量的溫拌瀝青混合料進(jìn)行阻燃抑煙性能評(píng)估[10]。在本研究中，氧指數(shù)試驗(yàn)所用瀝青試樣的尺寸為100mm×5.5mm×3mm，試驗(yàn)溫度范圍設(shè)定在10～25℃之間，同時(shí)設(shè)定氧和氮的混合氣體流速為10L/min。不同阻燃劑摻量下溫拌瀝青混合料的極限氧指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，隨著阻燃劑的增加，溫拌瀝青混合料的極限氧指數(shù)呈逐漸增大變化，其中普通溫拌瀝青混合料的極限氧指數(shù)為25.3%，滿足現(xiàn)行規(guī)范（≥25%）的要求。較普通溫拌瀝青混合料而言，不同阻燃劑溫拌瀝青混合料的極限氧指數(shù)分別增長(zhǎng)了11.2%～22.3%，但當(dāng)阻燃劑摻量超過0.4%后，極限氧指數(shù)的增速有所減緩，說明摻入適宜阻燃劑有助于提升溫拌瀝青混合料的阻燃效果。

2.3" "抗磨耗性能

肯塔堡飛散試驗(yàn)是評(píng)估瀝青混合料中瀝青與骨料黏結(jié)性能的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)方法。該試驗(yàn)是通過將馬歇爾試件置入磨耗機(jī)內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，依據(jù)試件試驗(yàn)前后質(zhì)量損失的數(shù)據(jù)來評(píng)價(jià)混合料的粘結(jié)性能。本研究針對(duì)不同阻燃劑摻量的溫拌瀝青混合料執(zhí)行飛散試驗(yàn)，旨在深入探討阻燃劑對(duì)混合料內(nèi)部黏結(jié)性能的影響規(guī)律。不同阻燃劑摻量下溫拌瀝青混合料的肯塔堡飛散試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

根據(jù)圖3可知，溫拌瀝青混合料的質(zhì)量損失率，隨著阻燃劑摻量的增加呈逐漸減小變化。其中當(dāng)阻燃劑摻量由0增至0.3%時(shí)，混合料的質(zhì)量損失率減幅較為明顯；而當(dāng)阻燃劑摻量繼續(xù)增加后，混合料的質(zhì)量損失率減幅逐漸趨向平緩。摻入阻燃劑能夠改善溫拌瀝青混合料抗磨耗性能，原因是阻燃劑與泡沫瀝青高分子材料相容性良好，有利于提升瀝青與骨料間的黏結(jié)性，從而降低了荷載引起的骨料剝落風(fēng)險(xiǎn)。

3" "結(jié)束語

本文通過分別將不同摻量的阻燃劑添加至普通泡沫溫拌瀝青混合料中，制備成溫拌阻燃瀝青混合料，并采用一系列室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)溫拌阻燃瀝青混合料的性能展開綜合評(píng)價(jià)。得到如下結(jié)論：

隨著阻燃劑摻量的增加，溫拌瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度和破壞應(yīng)變均呈先增大后減小的變化，而殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比則呈逐漸減小變化。阻燃劑的摻入能夠有效提升溫拌瀝青混合料的高溫抗車轍性能和低溫抗開裂性能，但對(duì)水穩(wěn)定性有一定不利影響。

溫拌瀝青混合料極限氧指數(shù)隨著阻燃劑摻量的增加呈逐漸增大變化，而質(zhì)量損失率則呈逐漸減小變化。摻入阻燃劑能夠改善溫拌瀝青混合料的阻燃效果和抗磨耗能力。根據(jù)各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果可知，采用摻量為0.4%的阻燃劑，可綜合提升溫拌瀝青混合料的使用性能。

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