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1、阻燃温拌沥青混合料性能及其应用俞文生 1,林 涛 2（1、江西交通工程咨询监理中心，江西 南昌 330008）（2、江西省抚州市公路管理局，江西 抚州 344000）摘 要：阻燃沥青混合料主要用于隧道等有特殊防火要求的路段，而温拌沥青混合料则因为其排放少、环境友好、节约能源而逐步在全球范围内应用。针对隧道的特殊施工环境，采用阻燃温拌混合料可有效降低对施工人员的健康不利影响，同 时 又能保证隧道使用期内的防火安全，是一种实用的隧道路面混合料类型。 该文结合江西省武吉高速公路九岭山隧道工程 实践，采用APFR 阻燃剂和 F6 温拌液制 备了该类混合料，先对其相容性进行了试验研究，根据 pH 值和烘
2、烤残留物质量间接证明了二者不会产生相互不利影响，其后进行了高温、低温、水损害等试验，证明了其路用性能与普通热拌混合料、 Sasobi 温拌混合料相比没有显著降低，最后通过实体工程数据，总结了该类混合料施工的主要控制要点。关键词：道路工程；性能；阻燃沥青混合料；温拌沥青混合料；应用0 前 言国内外调查表明，沥青路面不仅会参与火灾的产生和发展，同时在火焰的炙烤下也会发生剧烈的性能变化。例如，1999 年 3 月 24 日，法国与意大利相连的 11km 的“勃朗峰公路隧道”发生火灾事故，大火燃烧所产生的高温使路面沥青全部被烧成了泡沫翻卷的粘稠浆体。虽然水泥混凝土路面的耐火性能要高于沥青混凝土路面，但
3、由于沥青路面具有优良的综合路用性能，是高等级公路的首选路面结构形式。我国 2000 年以后修建的高速公路隧道工程中，大多数也都选择了沥青路面。因此，沥青路面的防火安全性是公路隧道防火安全的重要组成部分。工程上常采用加入阻燃剂的方式来实现，阻燃材料可以减缓燃烧让人们赢得时间，减少火灾的发生，防止小火发展成灾难性的大火 12。温拌技术是近年来起源于欧洲，并逐步在全球发展的一种沥青混合料施工技术，其主要发展目标是“节能减排” ，通过加入特殊的添加剂或水，或采用特殊的材料加工工艺，降低沥青的粘性，使其可以在较低的（相对于 HMA）温度条件下压实成型，并具有与其他条件相同的 HMA 基本一样甚至略有提升
4、的路用性能。温拌技术在隧道路面应用具有更独特的环境条件，隧道内因通风条件较差，沥青混合料施工中挥发的气体难以消散，连续施工中，这些气体的积累会大大危害施工人员的人身安全。因此，在隧道、特别是长隧道应用温拌技术具有广阔的应用前景。温拌可以由不同的添加剂来实现 3，如：壳牌的泡沫型温拌沥青等 4。本文结合江西省武吉高速公路九岭山隧道工程特点，针对 5.4km 隧道中部沥青路面，对兼具阻燃、温拌特性的沥青混合料进行了研究，并在工程中实际应用。其阻燃、温拌均通过添加剂方式实现，阻燃采用了重庆公路科学研究院研制的 APFR 阻燃剂，温拌液则是美德维时维克（Meadwestvaco）公司的DAT-F6，这
5、些材料各自单独在我国均有一定的工程应用 56。1 阻燃、温拌添加剂相容性试验选择的 APFR 复合阻燃剂及 DAT-F6 温拌剂的化学成分复杂，无机物和有机物均有，有必要进行相容性研究，确定两者混合情况下是否会发生性质变化，对其使用效果产生影响。考虑到试验方法应简单易行，且能对应沥青混合料中阻燃添加剂和 F6 添加剂的实际使用状态，主要从混合前后的 pH 值及加热烘烤后的质量损失角度来间接考察两者之间是否相容。1.1 pH 值试验试验用材料用量以四个马歇尔试件用量为标准。称量：阻燃剂质量 m1=11.5g；F6 的质量 m2=2.0g，体积 V2=1.510-3l；水的质量 m3=10.1g，
6、 V3=12.510-3l。1.1.1 试验过程 1 拌和 F6 水溶液，加热使其温度保持在 60，测其 pH 值为 7.20；向 F6 水溶液中加入阻燃剂，用玻璃棒搅拌30s，称其质量为 62.4g。把拌和好的混合液放入125的烘箱中恒温 2h；取出混合液静置使其温度为 60；向其中加入 60的水，使其总质量仍为62.4g，测其 pH 值为 8.25。1.1.2 试验过程 2 将 10.1g 水和阻燃剂拌和并加热，使其温度保持在 60，测得其 pH 值为 8.37；将 F6 加入上述配好的混合液，用玻璃棒搅拌30s，称其质量为 33.5g，并把拌和好的混合液放入125烘箱中保温 2h；取出混
7、合液，并向其中加入 60的水，使其总质量仍为 33.5g；静置使混合液的温度降为 60，测得其 pH 值为 8.26。1.1.3 实验结果分析 pH-lgcH +，由过程 1的得：cH +6.310 -8mol/l，这样 cOH-=110-14(6.310-8)=1.5910-7，又由V3=12.510-3l，知 OH-的物质量为 1.9910-9mol。由试验过程 1 的得出 OH-的物质量为为2.5010-8mol，这样得出由于阻燃剂的加入，而使得混合液中多出的 OH-的物质的量为 2.3010-8mol。由试验过程 2 的得 cH+4.010 -9mol/l，这样 cOH-=2.510-
8、6 mol/l。这样 OH-的物质的量为 10.110-32.510-6mol=2.5310-8mol。1.1.4 实验结论 从实验结果分析中可以看出，实验的过程 1 和过程 2，由阻燃剂提供的 OH-的物质量分别为 2.3010-8mol 和 2.5310-8mol；实验的过程1 和过程 2 最终得到的 pH 值分别为 8.25 和 8.26。单从 pH 值考察 F6 水溶液和阻燃剂的相容性可以看出，它们可相容，不会发生相互间的酸碱反应。1.2 烘烤试验材料用量以车辙板试验用量为标准，这样各添加剂用量的计算如下：沥青用量 m1=135005.0%=675g.F6 与水的用量 m2135005
9、/95= 67.5g.阻燃剂质量 m36755.0%=33.8g.F6 质量 m467.58.5%=5.7g.试验过程：(1)秤取钢锅的质量 563.6g；秤取阻燃剂33.8g，放入钢锅中；(2)秤取 F6 浓缩液 5.7g，加入水至总质量为67.5g；(3)将 F6 与水的混合溶液加入钢锅中，置于电炉上进行烘烤，边烤边搅拌，同时用红外温度仪检测温度，控制温度不得超过 200；(4)待完全烘干之后，将钢锅降温至室温，秤取阻燃剂等连同钢锅的总重，扣除钢锅重后得到烘烤后阻燃剂、F6 的总重为 39.4g；(5)重复以上步骤得到第二次烘烤后阻燃剂、F6的总重为 39.7g；(6)重复 1 到 4 的
10、步骤，得到第三次烘烤后阻燃剂、F6 的总重为 39.9g。烘烤之前阻燃剂和 F6 的总重为 39.5 克，三次烘烤后其总重分别为 39.4，39.7，39.9 克，可见烘烤前后阻燃剂、F6 的总重基本没有发生变化。阻燃剂、F6 经烘烤之后不会发生质量损失。2 阻燃温拌混合料性能试验2.1 原材料及配比2.1.1AC-20 温拌沥青混凝土表 1 AC-20 温拌改性沥青混凝土级配范围粒径 (mm) 26.5 19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075通过率(%)100 90-100 78-92 62-80 50-72 26-56 16
11、-44 12-33 8-24 5-17 4-13 3-72.1.2AC-13 阻燃温拌沥青混凝土表 2 AC-13 温拌阻燃改性沥青混凝土级配范围粒径 (mm) 16.0 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075通过率 (%) 100 90-100 68-85 38-68 24-50 15-38 10-28 7-20 5-15 4-82.2 性能试验对比DAT-F6 温拌液在美国、法国、加拿大都有较广泛的应用，为分析该温拌液对沥青混合料性能的影响，本研究中还另选了一种应用广泛的温拌添加材料 Sasobit，进行普通热拌、加 F6 温拌、加Sasobi
12、t 温拌等三种沥青混合料的高、低温性能试验78，考察 F6 对混合料性能的影响。2.2.1 高温性能比较 主要进行车辙试验。为了便于比较，AC-20 的油石比都为 5.0，AC-13 的油石比都为 4.1。AC-20 的车辙性能比较：由前期的实验，得表 3。表中 AC-20（F）表示加入的温拌材料是 F6，AC-20（S）表示加入的温拌材料是 Sasobit，AC-20 则是采用普通热拌方式沥青混合料。表 3 热拌、不同温拌 AC-20 的车辙性能比较材料种类 动稳定度（次 /mm） 变异系数 (%)AC-20（ F） 4966 8.26AC-20（ S） 5764 6.00AC-20 545
13、9 6.50为了更加清楚的比较加入不同温拌材料的沥青混合料的车辙性能，以图形表示上述表格中的数据，见图 1、图 2。0100020003000400050006000动稳定度(次/mm)AC-20(F) AC-20(S) AC-20图 1 AC-20 的动稳定度比较0246810变异系数()AC-20(F) AC-20(S) AC-20图 2 AC-20 的车辙试验的变异系数比较从图 1 中可以看出， AC-20（S）的高温性能最好，其动稳定度比热拌的情况还要稍好。加入 F6 的AC-20 的高温稳定性稍差。不过就是 F6 的动稳定度也达到了 4966，比规范的 2800 要大很多。从图 2
14、中可以看出，AC-20（S）的变异系数最小，热拌次之，AC-20（F）最大。这说明 AC-20（S）高温性能最稳定，热拌次之，AC-20（F）不及前两种。AC-13 的车辙性能比较：由前期实验得表 4。表中 AC-13（F）表示加入F6 温拌，AC-13（S）表示加入的温拌材料是Sasobit， AC-13 表示采用普通热拌方式。表 4 热拌、不同温拌 AC-13 的车辙性能比较材料种类 动稳定度（次 /mm） 变异系数 (%)AC-13（ F） 6432 8.26AC-13（ S） 5445 8.80AC-13 4917 7.17为了更加清楚的比较加入不同温拌材料的沥青混合料的车辙性能，以图
15、形表示上述表格中的数据，见图 3、图 4。0100200300400500600700动稳定度(次/mm)AC-13(F) AC-13(S) AC-13图 3 AC-13 的动稳定度比较0246810变异系数(%)AC-13(F) AC-13(S) AC-13图 4 AC-13 的车辙试验的变异系数比较从图 3 中可以看出，AC-13（F）的抗车辙性能最好，AC-13（S）的抗车辙性能次之，AC-13 的最差。不过从图中的绝对数值仍然可以看出，就是 AC-13的动稳定度也达到了 4917，满足规范的要求。从图 4 中可以看出，AC-13 的变异系数最小，AC-13（F）的变异系数次之，AC-1
16、3（S）的最大。2.2.2 低温性能比较 AC-20 的冻融劈裂性能比较：表 5 热拌、不同温拌 AC-20 的冻融劈裂性能比较材料类型 冻融劈裂强度比（）AC-20（ F） 89.070AC-20（ S） 86.095AC-20 89.079AC-20 的冻融劈裂数据汇总在表 5。从表 5 中可以看出，AC-20（F）的低温性能最好，AC-20（S）的甚至比 AC-20 还稍差。（2）AC-13 的冻融劈裂性能比较：表 6 热拌、不同温拌 AC-13 的冻融劈裂性能比较材料类型 冻融劈裂强度比（）AC-13（ F） 96.150AC-13（ S） 95.238AC-13 84.591AC-13 的冻融劈裂数据汇总在表 6。从表 6 可以看出，AC-13（F）的低温性能最好，AC-13（S）次之，AC-13 的低温性能在三者
