隧道阻燃沥青混合料路用性能研究

陈金梅

摘要：阻燃沥青混合料能够减少铺筑施工过程中及运营过程中废气和有毒气体的排放，降低道路火灾险情程度。文章提出阻燃沥青混合料的选材要求，通过室内试验研究了阻燃沥青混合料的路用性能，并结合工程实践介绍其施工工艺，对阻燃沥青路面的使用性能进行检测。结果表明：阻燃沥青混合料的MS、TSR均>90%，-10℃、O℃及5℃的劲度模量分别为2191MPa、1553MPa及713MPa，动稳定度为2011次/mm，阻燃沥青混合料的水稳定性能、低温抗裂性能及高温性能均优于基质沥青混合料;阻燃沥青路面的IRI及BPN均能满足规范要求，具有较好的使用性能。

关键词：沥青路面;阻燃沥青混合料;路用性能;IRI;BPN

中图分类号：U454 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.08.022

文章编号：1673-4874（2019）08-0080-04

0引言

公路承担着经济建设的运输任务，是国家的经济命脉。随着西部大开发战略不断深入和“一带一路“经济走廊的开拓，高等级公路迅速从东部平原微丘地带向西南西北重丘山岭地带延伸。高等级公路要求平面线型长直无突变、纵坡平缓，因此我国山区高速公路大量采用隧道方案，且隧道可最大程度缩短公路里程、节约土地用量。据国家统计局数据显示，截至2016年底我国公路隧道为15181处。大量的隧道沥青路面面临着严峻问题：由于隧道内封闭的环境，沥青路面铺筑施工过程中高温混合料产生的废气或汽车轮胎与路面摩擦导致路面高温使其产生的有害气体不能排除，影响工程技术人员或驾乘人员的身体健康;发生火灾险情时不能及时有效控制。显然，隧道沥青路面的降烟阻燃成为亟待解决的问题。

目前已有许多学者为改善隧道内部行车条件作出相关研究。王心对阻燃温拌沥青混合料技术进行研究，对比多家厂家的阻燃剂路面应用性能，依据氧指数、烟密度等指标确定最佳抑烟阻燃效果的阻燃剂掺量。高启聚等采用不同阻燃剂和温拌剂掺量制备多种温拌阻燃SBS改性沥青混合料，并发现其与未掺改性剂的普通SBS沥青混合料的水稳定性能差异较小，但高低温性能差异较大。盛燕萍等对阻燃剂表面改性剂进行研究，并将其用于制备阻燃沥青，发现阻燃剂掺量<8%时，可有效改善沥青的阻燃性能和高温性能，但对沥青低温性能和存储稳定性改善效果不明显。

综上所述，国内外对阻燃沥青混合料已经开展大量研究，但对于阻燃沥青的路用性能和施工工艺的研究较少。本文将开展室内试验研究阻燃沥青混合料的高低温性能、水稳定性能，并结合实际工程对其使用性能进行分析。

1原材料

1.1集料

沥青混合料中粗集料形成骨架，细集料填充空隙，其结构强度取决度于混合料内摩擦角和粘聚力。因此粗集料要求具有高抗压强度、形状规则无针片状石料，表面干燥无风化，且与沥青粘附性较好;细集料要求具有良好的颗粒形状、无风化无杂质。本工程粗集料采用云南大理产石灰岩，细集料采用石料生产过程中的石屑与再加工的机制砂，参考《公路工程集料试验规程》（JTG-E42-2005）测定其基本性能指标，结果如表1所示。

1.2沥青

沥青作为沥青混合料的粘结剂，其品质直接影响混合料路用性能。本工程采用壳牌公司生产的70#沥青，依据《公路工程沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011）对其性能指标进行检验，试验结果如表2所示。

1.3阻燃改性剂

本工程阻燃剂采用智祥公司生产的FRMAXTM环保型阻燃改性剂，其外观为3×5mm红色柱状颗粒，阻燃改性剂性能指标如表3所示。采用阻燃改性剂制备阻燃沥青时，先将沥青加热至170℃左右，使其呈液态，再掺入阻燃改性剂，在高速剪切机下以2000rmp转速剪切40min，剪切完成后再将其置于180℃烘箱中热涨10h制得阻燃沥青。

2隧道阻燃沥青混合料路用性能研究

2.1水稳定性能

隧道内部环境封闭潮湿且容易积水，阻燃沥青混合料应具有较好的抗水损害能力。抗水损害能力决定路面水稳定性能。本文依据《公路工程沥青及沥青混合料試验规程》（JTG E20-2001）对采用基质沥青混合料和阻燃沥青混合料成型的标准马歇尔试件进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，试验结果见表4。

由表4可知，两种混合料的MS和TSR均能满足规范要求，但阻燃沥青混合料具有更优良的水稳定性能。未掺阻燃剂的基质沥青混合料MS和TSR分别为88.4%、85.5%，阻燃沥青混合料MS和TSR分别为95.1%、92.6%。从水稳定性试验结果可以看出：阻燃沥青混合料比未掺阻燃剂的混合料水稳性能要好，阻燃剂能够提高沥青混合水稳定性能。

2.2低温抗裂性能

弯曲劲度模量是描述沥青混合料在不同温度下变形特性的指标。本文参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2001）进行低温小梁试验，采用劲度模量评价沥青混合料的低温抗裂性能。试件采用轮碾成型车辙板切割而成的（250×30×35）mm小梁，试验条件选择为-10℃、0℃、15℃，试验结果如表5所示。

分析表5试验结果可知：阻燃沥青混合料的低温抗裂性能优于未掺阻燃剂的基质沥青混合料。基质沥青混合料和阻燃沥青混合料在-10℃条件的弯曲劲度模量分别为2894MPa、2191MPa;0℃条件下分别为1974MPa、1553MPa;15℃条件下分别为919MPa、713MPa。随着温度降低，弯曲劲度增大，混合料变形能力下降，说明其低温抗裂性能降低，这是因为混合料中沥青随着温度降低，黏度增大，沥青变脆变硬，使混合料变形能力降低;同一温度下阻燃沥青混合料的弯曲劲度模量明显低于未掺阻燃剂的基质沥青混合料，说明阻燃剂有效提高混合料的低温性能。

2.3高温稳定性能

沥青路面由于高温引起的车辙问题在道路病害中非常突出，车辙病害不仅影响行车舒适性，同时还直接影响行车安全性。本文参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2001）采用车辙试验，利用动稳定度DS和车辙深度对未掺阻燃剂的基质沥青混合料和阻燃沥青进行高温性能评价，试验结果如表6所示。

由表6可知，两种混合料的动稳定度均>800次/mm但阻燃沥青混合料的动稳定度明显高于普通混合料，这说明阻燃剂能够一定程度上提高混料的高温性能。

3工程实践

3.1工程概况

为探索阻燃沥青混合料施工工艺，验证其路用性能，在某山区高速公路隧道路面采用阻燃沥青混合料进行铺筑，并在铺筑完成后对路面进行相关检测，检验其路况使用品质。

3.2施工工艺

3.2.1生产拌合

阻燃沥青混合料生产拌合采用2500型间歇式拌合机，并要求随拌随用。拌合机配备计算机结合拌合机内部的多功能传感器测定集料及沥青用量、单次拌合量、拌合温度，拌合全过程逐盘打印所有拌合参数，以精确控制拌合条件。拌合机必须配备有除尘装置，除尘过程中造成的矿粉损失应补充等量新矿粉。沥青混合料拌合时间根据试拌时沥青与集料的裹覆程度决定，但每盘的生产周期应≥45s，其中干拌时间必须>10s。拌合结束后，混合料可存储于有良好保温性能的成品储料仓，但储存时间应≤1d，存储过程混合料温降≤10℃，并保证混合料出厂温度达到150℃～165℃。

3.2.2运输

阻燃沥青混合料运输采用15t以上的自卸汽车，运输车底板和四侧应抹一层隔离剂，但不得见可游离余液。从拌合机向运料车上装料时，自卸汽车应前后移动位置，使混合料落入汽车料仓成“山”字型，减少混合料离析。运输时，在车厢顶部覆盖保温、防水、防污染毡布，汽车行驶过程中避免急刹车，应尽量保持平稳行驶并在出料后1h内到达现场。运料车到达现场后在摊铺机前10～30cm处停住，摊铺机缓缓靠近接触卸料车料斗，由摊铺机推动汽车前进并开始卸料。

3.2.3摊铺

摊铺机在摊铺施工前1h小时应将熨平板加热，使其温度≥100℃～120℃。为防止沥青混合料粘结在收料斗和送料板上，应在其上涂刷植物油隔离剂，并通过调整摊铺机夯锤振动频率高于熨平板振幅，提高混合料摊铺后的初始压实度。根据拌合机的生产量、摊铺厚度及摊铺宽度确定摊铺速度，但速度应控制在3～6km/h。摊铺机后设专人观测已摊铺的混合料是否存在局部离析现象，在局部离析的位置应人工找补或者更换混合料。在摊铺施工过程下雨时，应立即停止施工，清除未压实成型的混合料，同时联系搅拌站停止或减量生产沥青混合料。

3.2.4碾压

混合料初压采用双轴双钢轮压路机，紧跟摊铺机后≤100m进行碾压，碾压速度控制在2～4km/h，相邻碾压带应重叠30cm，碾压过程中不得产生推移、开裂，并保证初压温度≥150℃。复压采用双钢轮振动压路机，在高频低幅振动模式下碾压3～5遍，碾压速度控制在3～5km/h。終压采用胶轮压路机碾压1～2遍，目的为消除轮迹，提高路面平整度，碾压速度控制在3～6km/h。压路机碾压过程应遵循从外侧低处向中心高处碾压的原则，最后直到碾压至路中及全幅宽度为一遍。

3.3路面检测

道路施工完成后，采用激光惯性高速平整度仪和摆式仪对路面国际平整度指数/RI和摆值BPN进行测定，摆值每一横断面选取4个测点，试验结果取平均值。检测结果见表7。

由表7可知，路面国际平整度指数均<2，BPN均>45，说明路面平整性较好，并具有较好的抗滑性能，说明阻燃沥青混合料具有较好的应用效果，路面质量优良。

4结语

由于隧道沥青路面处于相对封闭的环境，这就要求沥青混合料具有较好的抑烟阻燃性能。本文提出阻燃沥青混合料选材要求，通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温弯曲蠕变试验对阻燃沥青混合料的路用性能进行研究，发现掺入阻燃剂后制备的阻燃混合料的水稳定性能、低温抗裂性能和高温稳定性均有一定程度改善，并结合工程实践研究阻燃沥青混合料的施工工艺，对阻燃沥青路面的平整度和摩擦系数进行测定，结果均能满足规范要求，说明阻燃沥青混合料具有较好的路用性能及较好的推广应用前景。