阻燃温拌沥青混合料性能试验.doc

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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 值和烘烤残留物质量间接证

2、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前言青等 4 。国内外调查表明， 沥青路面不仅会参与火灾的产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、生和发展， 同时在火焰的炙烤下也会发生剧烈的性能温拌特性的沥青混合料进行了研究，并在工程中实际变化。例如， 1999 年 3 月 24 日，法国与意大利相连应用。其阻燃、温拌均通过添

3、加剂方式实现，阻燃采的 11km 的“勃朗峰公路隧道”发生火灾事故，大火用了重庆公路科学研究院研制的APFR 阻燃剂，温拌燃烧所产生的高温使路面沥青全部被烧成了泡沫翻液则是美德维时维克 （ Meadwestvaco ）公司的 DAT-F6，卷的粘稠浆体。 虽然水泥混凝土路面的耐火性能要高这些材料各自单独在我国均有一定的工程应用56 。于沥青混凝土路面，但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1阻燃、温拌添加剂相容性试验2000 年以后修建的高速公路隧道工程中，大多数也都选择的 APFR复合阻燃剂及 DAT-F6 温拌剂的化学选择了沥青路面。因此，沥青路面的防火

4、安全性是公成分复杂，无机物和有机物均有，有必要进行相容性路隧道防火安全的重要组成部分。工程上常采用加入研究， 确定两者混合情况下是否会发生性质变化，对阻燃剂的方式来实现，阻燃材料可以减缓燃烧让人们其使用效果产生影响。赢得时间，减少火灾的发生，防止小火发展成灾难性考虑到试验方法应简单易行，且能对应沥青混合的大火 12 。料中阻燃添加剂和F6 添加剂的实际使用状态，主要温拌技术是近年来起源于欧洲，并逐步在全球发从混合前后的pH 值及加热烘烤后的质量损失角度来展的一种沥青混合料施工技术，其主要发展目标是间接考察两者之间是否相容。“节能减排”，通过加入特殊的添加剂或水，或采用1.1 pH 值试验特殊的

5、材料加工工艺，降低沥青的粘性，使其可以在试验用材料用量以四个马歇尔试件用量为标准。较低的（相对于HMA）温度条件下压实成型，并具有称量：与其他条件相同的HMA基本一样甚至略有提升的路用阻燃剂质量m1=11.5g ；性能。温拌技术在隧道路面应用具有更独特的环境条F6 的质量2=2.0g ，体积2=1.5 ×10 -3 l ；mV件，隧道内因通风条件较差，沥青混合料施工中挥发水的质量3=10.1g ， 3=12.5 ×10 -3 l 。mV的气体难以消散，连续施工中，这些气体的积累会大1.1.1试验过程 1拌和 F6 水溶液，加热使其温度大危害施工人员的人身安全。因此，在隧道、

6、特别是保持在 60，测其pH 值为 7.20；长隧道应用温拌技术具有广阔的应用前景。温拌可以向 F6 水溶液中加入阻燃剂，用玻璃棒搅拌由不同的添加剂来实现3 ，如：壳牌的泡沫型温拌沥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；材料用量以车辙板试验用量为标准，这样各添加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 ，剂用量的计算如下：测其 pH 值为 8.25 。沥青用量 m=13500×5.0%=675g .11.1.2试验过程 2将 10.1g水和阻燃剂拌和并加F6 与水的用量m13500×5/95= 6

7、7.5g .2热，使其温度保持在60，测得其pH 值为 8.37 ；阻燃剂质量3675×5.0%=33.8g .m将 F6 加入上述配好的混合液，用玻璃棒搅拌F6 质量 m467.5 ×8.5%=5.7g .30s ，称其质量为33.5g ，并把拌和好的混合液放入试验过程：125烘箱中保温2h；(1) 秤取钢锅的质量563.6g ；秤取阻燃剂 33.8g ，取出混合液， 并向其中加入60的水， 使其总放入钢锅中；质量仍为 33.5g；(2) 秤取F6浓缩液5.7g ，加入水至总质量为静置使混合液的温度降为60，测得其pH 值67.5g ；为 8.26 。(3) 将 F6 与

8、水的混合溶液加入钢锅中，置于电炉1.1.3实验结果分析 pH -lgcH + ，由过程 1上进行烘烤， 边烤边搅拌，同时用红外温度仪检测温的 得 ： cH + 6.3 ×10 -8 mol/l， 这 样度，控制温度不得超过200；cOH- =1 ×10 -14 ÷(6.3 ×10 -8 )=1.59 ×10 -7，又 由(4) 待完全烘干之后，将钢锅降温至室温，秤取3-3l ，知-1.99 ×10-9mol。阻燃剂等连同钢锅的总重，扣除钢锅重后得到烘烤后V =12.5 ×10OH的物质量为由试验过程1的得出-阻燃剂、 F6

9、的总重为39.4g ；OH的物质量为为2.50 ×10 -8 mol ，这样得出由于阻燃剂的加入，而使得(5) 重复以上步骤得到第二次烘烤后阻燃剂、F6混合液中多出的-2.30 ×10-8mol 。的总重为 39.7g ；OH的物质的量为由试验过程2 的得 cH + 4.0 ×10 -9mol/l ，(6) 重复1 到 4 的步骤，得到第三次烘烤后阻燃-=2.5×10-6mol/l-剂、 F6 的总重为 39.9g 。这样 cOH。这样 OH的物质的量为10.1 ×10 -3 ×2.5 ×10 -6 mol=2.53 

10、15;10 -8 mol 。烘烤之前阻燃剂和F6 的总重为 39.5克，三次烘1.1.4实验结论从实验结果分析中可以看出，实验烤后其总重分别为39.4 ， 39.7 ， 39.9 克，可见烘烤的过程1 和过程2，由阻燃剂提供的-前后阻燃剂、F6 的总重基本没有发生变化。阻燃剂、OH的物质量分别为 2.30 ×10 -8 mol 和 2.53 ×10 -8 mol ；实验的过程 1 和F6 经烘烤之后不会发生质量损失。过程 2 最终得到的pH 值分别为8.25 和 8.26 。2阻燃温拌混合料性能试验单从 pH值考察F6 水溶液和阻燃剂的相容性可以2.1原材料及配比看出，它们

11、可相容，不会发生相互间的酸碱反应。2.1.1AC-20温拌沥青混凝土1.2烘烤试验表 1AC-20 温拌改性沥青混凝土级配范围粒径(mm)26.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过率10090-10078-9262-8050-7226-5616-4412-338-245-174-133-7(%)2.1.2AC-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)16.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075通过率 (%)10090-10068-8538-6824-5015-381

12、0-287-205-154-8拌等三种沥青混合料的高、低温性能试验78，考2.2性能试验对比察 F6 对混合料性能的影响。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，2.2.1高温性能比较主要进行车辙试验。 为了便于本研究中还另选了一种应用广泛的温拌添加材料比较， AC-20的油石比都为5.0 ，AC-13 的油石比都为Sasobit ，进行普通热拌、加F6 温拌、加 Sasobit 温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

13、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）49668.26AC-20（S）57646.00AC-2054596.50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。6000)5000mm/4000次(度 3000定稳 2000动1000AC-13（ S）54458.80AC-1349177.17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，以图形表示上述表格中的数据，见图 3、图 4。7000)60

14、00mm5000/次4000(度定 3000稳动200010000AC-13(F)AC-13(S)AC-13图 3 AC-13 的动稳定度比较108)%(0AC-20(F)AC-20(S)AC-20数系6图 1 AC-20 的动稳定度比较108)(6数系异 4变20AC-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 中可以看出， AC-20（ S

15、）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）64328.26异 4变20AC-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，

16、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-13（ 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-2089.079AC-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A

17、C-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-1384.591AC-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 的低温性能在三者中是最差的。2.2.3 对比结论 综合以上 F6 温拌、Sasobit 温拌和普通热拌混合料高、低温性能可以发现：高温性能：在AC-20、 AC-13 试验中，加入F6温拌液后， 混合料的高温性能既可能高于也可能低于普通热拌沥青混合

18、料，且增大（AC-13，30.8%）的幅度大于减小（AC-20，9.0%）的幅度，因此可以判断，F6 温拌液的加入对混合料的高温性能的影响以正面作用为主，但最后的影响还取决于混合料类型、级配等多种因素，因此，在混合料设计时，结合国外研究成果，将温拌混合料的高温性能与对应的非温拌普通温拌混合料同等看待；低温性能：在AC-20、AC-13 中加入F6 温拌液后，其冻融劈裂强度比总是大于等于对应的普通热拌混合料，因此，温拌液的加入对混合料的抗冻性有正面影响；与Sasobit比较：在AC-20、 AC-13 中加入Sasobit后，混合料的高温性能都得到了提升，这与Sasobit改善高温性能的已有研究

19、结论相吻合，但从本次试验结果来看，提高幅度不大（AC-205.6% ；AC-1310.7% ），这方面与 F6 相比优势不大；低温性能方面，因级配差异，冻融劈裂强度比有增大有减小，表明其对低温性能的影响不如F6。3 试验段工程3.1工程概况武吉高速九岭山隧道位于江西北部铜鼓县，地处九岭山脉主峰地段，隧道全长约5400m，最高海拔1275m，最大埋深800m，是目前江西境内高速公路建设的第一长大隧道，也是武吉高速公路全线关键控制性工程。因隧道长度大，洞内通风效果较差，在采用普通热拌沥青混合料时，易产生大量烟雾，给施工人员健康带来极大危害，也会严重影响洞内隧道沥青路面的铺设进度，特别是隧道中部，这

20、种情况更加显著，同时，因隧道长度较大，隧道内沥青路面的阻燃问题也更加突出， 采用阻燃温拌沥青混合料对于特殊条件下发生火灾时的安全有利。为此，考虑在隧道路面采用温拌、阻燃技术。隧道采用的路面结构如图5 所示。图 5隧道路面采用的路面结构形式其中， 6cmAC-20 采用温拌技术施工，4cmAC-13采用阻燃温拌技术施工。为保证隧道内施工的顺利进行，在隧道口以外进行了洞外施工工艺验证工作，进行施工配合比检验、试拌试铺等工作，确定具体施工技术方案是否可行，然后在总结经验的基础上，进行隧道内阻燃、温拌沥青路面施工。隧道内试验段在隧道中部，左、右幅各一段，长度为 2km。作为对比，靠近两个洞口的1.7k

21、m 左右仍采用普通热拌混合料。3.2施工中的情况图 6拌和出料时的情况（左：热拌；右：温拌）图 7摊铺时的情况（左：热拌；右：温拌）图 8碾压时的情况（左：热拌；右：温拌）3.3施工效果在施工中发现的主要问题如下：（ 1）阻燃温拌沥青混合料的降温速度比普通热拌要快，特别是隧道内调平层上施工。所以，该类型混合料的紧跟压实是关键；（ 2）在保证紧跟压实的情况下，压实过程与普通热拌沥青混合料没有明显差异，压实效果也基本相同。4结语本文针对阻燃温拌沥青混合料进行了试验研究，得出结论如下：1、阻燃、温拌沥青混合料采用的APFR和F6 两种添加剂之间没有相容性问题；2、阻燃温拌沥青混合料的性能与普通热拌沥

22、青混合料相比，没有显著的降低；3、在以上前提下，阻燃温拌沥青混合料提供了隧道内应用的良好适用性隧道内温拌施工的低排放和使用期的防火安全保证；4、通过试验段施工确定了阻燃温拌沥青混合料施工的关键是紧跟压实，试验段常规指标检测发现，阻燃温拌混合料实际检测指标与一般热拌差异不大。目前我国该类隧道路面沥青混合料的推广应用瓶颈在于添加剂价格，随着工程应用的增多、价格下降，该类混合料必将具有更大的应用空间。参考文献：1 张锐 , 黄晓明 . 新型无卤阻燃沥青的开发与性能试验 J. 公路交通科技， 2007 年 11 期 .2 陈辉强 , 陈仕周 . 沥青阻燃改性技术研究 J. 公路交通技术 , 2003,

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