阻燃剂掺加对沥青混凝土的影响

阻燃剂掺加对沥青混凝土的影响

冯小强1牛小雄2周凤平3

1.身份证号码：622201198410022415甘肃张掖734000；

2.身份证号码：620523198807231699甘肃天水741206；

3.身份证号码：620523198805032004甘肃天水741206

摘要：通过大量的试验和研究，分析了方案的阻燃性能、阻燃机理及安全性。综述沥青混凝土配合比设计过程中，掺加阻燃剂对沥青混凝土体积指标和路用性能的影响，供同行业学者参考。

关键词：隧道阻燃；阻燃沥青混合料；配合比设计影响

前言

随着我国高速公路的不断修建，公路隧道的数量也随之增加。但隧道内路面铺装材料及铺装技术仍主要局限于水泥混凝土。国内外诸多研究表明，水泥混凝土已经很难满足现代隧道路面的要求，沥青混凝土将越来越成为隧道路面发展的主流。根据隧道内的使用条件，提高沥青的阻燃性，分析掺加阻燃剂对沥青混合料的影响为本课题研究的关键技术。

1.沥青的阻燃机理介绍

a.中断热交换阻燃：维持持续燃烧的一个重要条件是：部分热必须反馈到沥青上，以便使沥青不断受热分解，提供维持燃烧所需的燃烧源。因此，如果加入某种阻燃剂能把燃烧热带走而不返回到沥青上，即能中断燃烧。如氢氧化镁、氢氧化铝等受热分解时会吸收大量热，这阻断了热量传递链从而降低了可燃物表面温度。

b.气相阻燃：即对沥青分解出来的可燃性气体产物的燃烧或对火焰反应产生的阻止作用。如含氮阻燃剂、含溴阻燃剂等受热会释放出大量不可燃气体覆盖在可燃物表面，隔绝了可燃物与氧气的接触并稀释了可燃气体的含量。

c.凝聚相阻燃：主要是指阻止沥青的热分解和可燃性气体的释放。如含磷阻燃剂、硼酸锌等阻燃剂受热时在可燃物表面形成不可燃的炭化膜或玻璃状膜，会隔绝氧气和可燃物的接触。

2.阻燃剂对SBS改性沥青指标性的响介绍

一般的，与原沥青相比，若改性后沥青的针入度值增大，同时软化点降低，则认为其高温性能降低；低温延度则用来评价沥青的低温抗裂性。分别对不同种类的沥青进行了三大指标的试验。

2.1掺加阻燃剂后针入度有所升高。

2.2掺加阻燃剂使SBS改性沥青软化点降低，但降幅较小。

2.3布氏旋转粘度测试结果，单纯在SBS改性沥青中掺加温拌剂或阻燃剂均可以明显地降低其粘度。

2.4对于阻燃温拌沥青，无短期老化时，在同一温度下的疲劳因子减小，其失效温度明显降低，说明添加阻燃剂对温拌沥青的疲劳性能有利。

3.试验过程

3.1原材料介绍

3.1.1.粗集料：甘肃省临洮县鸿峰石料场生产的碎石，粒径分别为：3-5mm，5-10mmm，10-15mm的碎石。

3.1.2.细集料：青海省积石山县明文砂料场生产的石屑，粒径分别为：0-3mm。

3.1.3.沥青：沥青采用韩国SK90#A级基质沥青现场改性加工的Ⅰ-C级SBS改性沥青。

3.1.4.填料：水泥采用的是甘肃祁连山水泥集团股份有限公司生产的PO•42.5水泥，矿粉采用的是永登河桥股份有限公司生产HKA-沥青专用矿粉

3.1.5.玄武岩纤维上海巩瑞实业有限公司玄武岩纤维短切纱，纤维25℃相对密度为2.65（厂家提供），掺量为沥青混合料的0.2%。

3.1.6.阻燃剂：上海巩瑞实业有限公司生产的QH-Ⅱ型沥青阻燃剂，掺量为沥青的5%，并替代矿粉，25℃相对密度2.75（厂家提供）。

3.2原材试验结果

通过实验数据表明混合料的毛体积相对密度降低，在最大密度不变的前提下空隙率减小，矿料间隙率减小，饱和度增大，与本试验的出的数据分析结果是一致的。

3.3浸水马歇尔试验结论

浸水马歇尔试验表明，通过掺加阻燃剂，沥青混合料的的残留稳定度有所增加，单增加幅度不大。分析原因：由于阻燃剂的加入，沥青混合料的空隙率减小，空隙率的减小会导致残留稳定度增大，与2.4的出的结论一致。

3.4车辙试验数据汇总：

车辙试验表明，掺加阻燃剂后沥青混合料的动稳定度增加明显，从6180增加到8562次/min，增幅达到38.5%。结合周志刚等人发表的《阻燃温拌SBS改性沥青技术性能分析》[2]中SBS改性沥青中加入阻燃剂软化点升高的结论，沥青软化点升高，沥青混合料的动稳定度增加，与此次试验结果一致。2.4结论中击实温度降低，空隙率降低，从另一方面说明掺加阻燃剂后同样的击实温度下沥青混合料结构更加致密，骨架结构更加明显，通车后的成品结构的空隙率降幅也会减小，从试验数据的变现出的就的就是动稳定度增加。

3.5低温弯曲试验总结：

低温弯曲试验表明：通过掺加阻燃剂，沥青混合料的弯拉强度从9.376MPa降低为8.306MPa，降幅为11.4%，弯拉应变从2861.2με降低2441.2με，弯拉应变降低明显，降幅达到17.2%，劲度模量也相应的从3280MPa增加到3417MPa，增幅达到4%。结合周志刚等人发表的《阻燃温拌SBS改性沥青技术性能分析》[2]中SBS改性沥青中阻燃剂对温拌沥青的低温性能不利的这一结论和本次试验的结论是一致的，不过，通过本次试验影响沥青混合料低温性能的弯曲应变降幅明显，说明阻燃剂的加入对沥青混合料低温性能影响较为明显。同时和周志刚等人发表的《阻燃温拌SBS改性沥青技术性能分析》[2]中SBS改性沥青中阻燃剂延度降低的结论也是一致的。

4.结论

4.1.阻燃剂的加入，降低了沥青混合料的击时温度。在击实温度不变的条件下，沥青混合料空隙率减小。

4.2.阻燃剂的加入，混合料稳定度略有降低，但是任然＞8KN，满足规范要求，说明阻燃剂的加入对沥青混凝土的对沥青混合料的稳定度影响很小。

4.3.阻燃剂的加入，混合料的马歇尔残留稳定度略有提高，幅度不大。

4.4.阻燃剂的加入，混合料的60℃车辙动稳定度有明显的提高，由空白试验6180次/mm增加到8562次/mm.

4.5.阻燃剂的加入，沥青混合料低温性能的弯曲应变降幅明显，阻燃剂对沥青混合料的低温性能有不利影响。

4.6.阻燃剂的加入，从宏观角度观察骨架结构基本没什么变化。

5.展望

沥青混凝土路面的阻燃研究目前主要集中在沥青结合料的阻燃研究和评价上，而对沥青混合料的阻燃研究和评价工作则开展得较少。实际上，在某些情况下，沥青的阻燃性能和相应的沥青混合料的阻燃性能有着较大的差异。尤其是某些针对沥青结合料而不是针对沥青混合料的改性剂的加入，往往会改变沥青混合料的阻燃性能。因此，很有必要评价和研究沥青混合料的阻燃性能。（特）长隧道沥青混凝土路面铺筑施工目前使用的还是温度较高的热拌沥青混凝土技术。（特）长公路隧道中摊铺常规热拌沥青路面对现场施工设备、人员以及沥青路面质量都提出了严峻的挑战。高温沥青混合料短时间内在长大隧道相对封闭的空间内必然会释放和聚集大量的热量和有害气体。高温容易导致摊铺设备和碾压设备无法正常工作，而沥青高温状态下所释放出的有害气体和辐射热又严重威胁着现场施工人员的身体健康。开发、研制热辐射低、有害气体排放量少的沥青混凝土，有利于（特）长公路隧道路面的铺筑施工，同时又不损害沥青混凝土路面的路用性能，并且能保证沥青路面的安全运营。因此，低温阻燃沥青混凝土的研究将是阻燃沥青混凝土研究的另一个新方向。

参考文献：

[1]杨树人李力.阻燃沥青及其混合料的研究现状石油沥青2007年8月第21卷第4期

[2].周志刚1，邓晓1，劳家荣2，罗根传1，2，俞文生1，3，王习进1（1.长沙理工大学道路结构与材料交通行业重点实验室，湖南长沙410004；2.广西交通投资集团有限公司，广西南宁530000；3.江西省高速公路投资集团有限责任公司，江西南昌330000）公路工程第42卷，第2期2017年4月Vol．42，No．2

[3]《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40-2004