某高速公路项目阻燃沥青性能研究

李文军 谢贵龙

摘要：文章结合河百高速公路某标段长隧道沥青路面工程，研究该项目阻燃沥青混凝土各方面的性能，并对比常规的改性沥青混凝土路面，从沥青至混合料成品，分别从各个阶段试验分析阻燃剂对于沥青路面的影响。

关键词：阻燃沥青;SBS改性沥青;三大指标;闪燃点;氧指数;烟密度等级;性能指标;阻燃效果

中图分类号：U416.217 文献标识码：A DOI：1O.13282/j.cnki.wccst.2019.07.01O

文章编号：1673-4874（2019）07-0028-04

0引言

我国山岭重丘较多，地形复杂，隧道工程在我国高速公路建设过程中有着不可忽视的地位。沥青混凝土路面由于其噪音小、维修方便、抗滑性好、行车舒适等优点而被广泛采用作为隧道路面结构层。然而隧道作为一个通风性能差、活动空间小的半封闭路段，一旦发生交通事故引起火灾，沥青在高温作用下会融化形成助燃剂并产生大量有毒有害气体，造成重大的人员伤亡。阻燃沥青的出现大大降低了隧道火灾过程中造成的损失，因此对于阻燃沥青各方面性能的探索也在不断进行中。

1工程背景

河百高速公路某标段共有三座长隧道，隧道内路面结构层为20cm混凝土基层+28cm混凝土面层+改性沥青粘结防水层+6cmAC-20C SBS改性沥青混凝土下面层+热沥青粘层+4cmAC-13C SBS改性阻燃沥青混凝土上面层。阻燃沥青采用AP复合阻燃剂，掺量为沥青含量的6%。沥青混凝土为连续级配骨架密实型的AC-13C;碎石采用辉绿岩母材生产，经过水洗及整形，确保碎石干净整洁、颗粒适宜;沥青使用壳牌SBS改性沥青。混合料的配合比为11～16：7～11：4～7：O～4：矿粉=30：34：8：25：3，生产配合比最佳油石比为4.8%。

2SBS改性沥青及阻燃沥青的技术性能研究

2.1阻燃沥青备制

本项目采用的阻燃剂为重庆伍圣建材有限公司生产的AP阻燃剂，呈白色粉末状，其主要成分为铝、硅结合的化合物。

称取沥青重量6%的阻燃剂进行阻燃沥青的备制，将SBS改性沥青加热至160℃～170℃，使沥青呈流动状态，将阻燃剂一边加入一边充分搅拌均匀，完全加入后再充分搅拌10min以上，制成阻燃沥青。

2.2阻燃沥青及SBS改性沥青三大指标检测

取适量的阻燃沥青及SBS改性沥青进行沥青三大指标检测。实验结果如表1所示。

根据表1中的数据可得出以下结论：

（1）针入度表征着沥青的稠度，采用针入度仪进行测试。针入度越大则表明沥青较软，稠度越小;针入度越小则表明沥青较硬，稠度越大。根据试验数据可得出结论：加入阻燃剂后的阻燃沥青针入度有小范围的降低，沥青的稠度有所增加，沥青有小幅度变硬。

（2）延度表征着沥青的塑性，即在恒定条件下，沥青能够拉伸的长度。延度采用延度仪进行测试，将沥青制作成8字形标准试件，在特定条件下进行拉伸，记录试件拉断时的拉伸长度。延度越大表示沥青的塑性越好，延度越小表示塑性越差。沥青的塑性体现为沥青的抗裂性能。根据试验数据可以得出结论：加入阻燃剂的阻燃沥青延度大幅度降低，降低比例高达36%，因此阻燃沥青的低温抗裂性能比SBS改性沥青的低温抗裂性能要差。

（3）软化点表征沥青的软化温度，即在特定条件下沥青达到一定黏度时的温度。软化点一般采用环球法软化点仪进行测定，将沥青试样放入规定尺寸的圆环中，在表面放置一颗标准重量的钢圆球，浸入水中，逐渐加热升温，圆球下落至固定位置时的温度即为软化点。软化点在一定程度上反映着沥青的高温稳定性。在针入度相等的情况下，软化点越低，表明沥青高温稳定性越差，反之亦然。根据试验数据得出结论：加入阻燃剂的阻燃沥青软化点小幅度增长，但是由于针入度也有小范围的降低，所以也不能断定其高温稳定性就有所增加。

2.3阻燃沥青及SBS改性沥青闪点和燃点检测

沥青的闪点指的是加热沥青至挥发出可燃气体和空气的混合物，在规定条件下与火焰接触，出现闪火时的沥青温度。

沥青的燃点指的是加热沥青产生的气体和空气，与火焰接触能持续燃烧5s以上时的沥青温度。

沥青闪点试验采用克利夫兰开口杯法，将沥青试样装入开口杯中按照一定的加热速率进行加热，在试样温度达到预期闪点前28℃开始每隔2s将点火器扫过开口杯，当出现一瞬即灭的蓝色火焰时的温度即为闪点。继续加热，当出现的蓝色火焰持续燃烧5s以上时的温度即为燃点。

采用SBS改性瀝青及阻燃沥青在同等条件下进行此试验，试验数据如表2所示。

根据表2数据可以得出结论：阻燃沥青相对于SBS改性沥青，在同等温度下基本上不占什么优势。温度达到一定程度时，阻燃沥青与普通的SBS改性沥青的性能基本一样。

2.4阻燃沥青及SBS改性沥青氧指数检测

沥青氧指数指的是在规定的条件下，材料在氮氧混合气体进行燃烧时氧气占混合气体的最低含量。沥青氧指数采用氧指数测试仪进行测试，将试样竖直固定在玻璃燃烧筒中，底座与产生氮氧混合气体的装置相连，在试样顶端点火，当火焰刚好熄灭的时候记录筒中的氧气浓度，此时氧气含量的比例即为氧指数。氧指数反映的是材料燃烧需要的最低氧气浓度，可以直接反映材料燃烧的难易程度。本项目采用SBS改性沥青及掺入阻燃剂的SBS改性沥青进行试验对比，试验数据如表3所示。

根据表3数据可以得出结论：加入阻燃剂后的改性沥青燃烧所需要的氧气含量大了一倍，较之普通的SBS改性沥青更难以燃烧，能达到良好的阻燃效果。

2.5阻燃沥青及SBS改性沥青烟密度等级检测

烟密度是指沥青在燃烧状态下产生的烟雾密度，通常以烟密度等级来表示，采用烟密度测试仪进行检测。

本项目对SBS改性沥青及掺入阻燃剂的SBS改性沥青进行试验对比，试验数据如表4所示。

根据试验数据可以得出结论：加入阻燃剂后的SBS改性沥青生烟量明显小于普通的SBS改性沥青。在同等燃烧条件下，阻燃沥青产生的烟雾量更小，对隧道发生火灾时的人员逃生更有利。

2.6阻燃沥青混凝土及SBS改性沥青混凝土混合料技术指标检测

根据上面层配合比拌制阻燃SBS改性沥青混凝土及SBS改性沥青混凝土混合料，并进行各方面技术指标检测，对比各项数据的差异性。试验依据为JTG E20-2011，判定依据为JTG F40-2004。检测结果如表5、表6所示。

通过对混合料进行全面试验检测分析得出结论：使用同样配合比拌制的阻燃沥青混凝土及普通SBS改性沥青混凝土混合料各方面技术指标均满足规范要求。混合料各项指标除了冻融劈裂强度比有所降低以外，其余指标基本没有变化。

冻融劈裂强度试验采用马歇尔试件进行试验。试件双面击实各50次，孔隙率控制在7%左右，采用抽真空法使水分全部进入试件内部，放入冰箱中冰冻16h使水分固结膨胀，再放入60℃恒温水箱中24h，最后放入25℃恒温水箱中保温2h后进行劈裂试验，测出劈裂强度。劈裂强度反映了在低温情况下的抗水毁能力。而劈裂强度比指的是未经过冻融的马歇尔试件劈裂强度与经过冻融的马歇尔试件劈裂强度的比值，这个比值越大，表明混合料经过冻融后的劈裂强度与未经过冻融的劈裂强度差距越小，混合料的抗低温水毁能力越强。根据试验检测数据可知，掺入阻燃剂的SBS改性沥青混合料相对于普通SBS改性沥青混合料冻融劈裂强度比下降4.6%，再一次验证了掺入阻燃剂后对沥青低温抗裂性的不利影响。

2.7阻燃瀝青阻燃效果研究

通过对普通的SBS改性沥青及阻燃SBS改性沥青的试验对比可知，阻燃沥青相对于改性沥青更难以燃烧且燃烧后的发烟量更小。但是此数据仅仅反映了阻燃沥青的阻燃性能，并不能直接反映阻燃沥青混凝土的阻燃效果，因此必须对阻燃沥青混凝土的阻燃效果进行试验研究。

将拌制好的阻燃沥青混凝土及SBS改性沥青混凝土混合料各取10kg，放置于托盘中，各倒入200mI酒精进行燃烧试验，记录各自的燃烧时间，共进行3组试验，相关试验数据如表7所示。

根据燃烧试验可得知，在相同条件下，阻燃沥青混凝土的燃烧时间比普通SBS改性沥青混凝土少了44%。此结果可以说明阻燃沥青的阻燃效果还是非常明显的，但是由于此次试验采用的混合料未碾压成型，与施工完成后的沥青混凝土路面实际情况不符，并不能完全反映沥青混凝土的阻燃效果。因此，为了更好地模拟阻燃沥青路面的实际阻燃效果，采用规格为300mm×300mm×50mnq的车辙板进行燃烧试验，酒精含量取200mI。燃烧时间数据如表8所示。

根据燃烧开始的火焰大小可以看出，在同等量燃料的前提下，阻燃沥青混凝土的火量远远少于普通的SBS改性沥青混凝土的火量。当隧道发生火灾时，阻燃沥青混凝土路面的初始火量少于普通的SBS改性沥青混凝土路面的，这就使洞内人员有足够多的逃生时间，增强了安全性。

根据车辙板的燃烧时间可以得知，在同等条件下，阻燃沥青混凝土路面的燃烧时间比普通的SBS改性沥青混凝土路面少了94%。此数据不但直接反映了阻燃沥青混凝土的防火性能，还在一定程度上说明了以下两个问题：

（1）同等量燃料的情况下，碾压过后的沥青混凝土燃烧时间远远低于松散的沥青混合料的，说明碾压过后的沥青混凝土一在定程度上可以减少燃烧的时间;

（2）同等量燃料的情况下，碾压过后的阻燃沥青混凝土的防火性能进一步得到提高，防火性能翻一番。

3结语

根据以上试验检测数据可以得出结论：由该阻燃剂制作的阻燃沥青混凝土各方面性能指标均满足施工规范要求。阻燃剂的掺入对混合料的低温抗裂性能有一定不利影响，但是在阻燃性能上有较大的提高，能极大地增加隧道内行车的安全性。在长隧道中使用阻燃沥青混凝土铺筑路面具有较大的社会效益，值得推广。