郭瑞+謝寧+王歡+范志新+秦琦

（鄭州大學(xué) 450001）

摘 要：當(dāng)前，瀝青路面在公路隧道工程建設(shè)中大量使用，而瀝青易燃的危險(xiǎn)性也引起了各國(guó)專家的重視。因此，為了解決瀝青的易燃性問(wèn)題，驗(yàn)證阻燃瀝青及其混合料性質(zhì)，本文通過(guò)開展極限氧指數(shù)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)阻燃瀝青的阻燃性能，通過(guò)車轍實(shí)驗(yàn)、浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)和凍融實(shí)驗(yàn)分別研究了阻燃瀝青的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性。結(jié)果表明，阻燃劑顯著地提高了瀝青的阻燃性能，在阻燃劑最佳摻量下，阻燃瀝青的高溫穩(wěn)定性得到了較大提高，而水穩(wěn)定性在滿足規(guī)范的前提下略有降低，但仍符合規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：阻燃瀝青；最佳摻量；極限氧指數(shù)；路用性能；

本文采用山東某公司生產(chǎn)的成品復(fù)配阻燃劑，采用干拌法直接制得阻燃瀝青。通過(guò)對(duì)制備好的阻燃瀝青進(jìn)行瀝青技術(shù)指標(biāo)及其極限氧指數(shù)試驗(yàn)測(cè)試，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定阻燃劑的最佳摻量。在阻燃劑的最佳摻量下，通過(guò)車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)以及凍融試驗(yàn)研究阻燃瀝青的路用性能，以分析其在隧道中應(yīng)用的可行性。

一、原材料及其物理性質(zhì)

（1）瀝青

試驗(yàn)采用70#道路石油瀝青，各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1，符合JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》的技術(shù)要求。

（2）阻燃劑

實(shí)驗(yàn)采用的阻燃劑屬于膨脹型阻燃劑，其包含三種成分，成炭劑季戊四醇，脫水劑聚磷酸銨以及發(fā)泡劑三聚氰胺。各成分的技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

（3）集料

集料的技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

（4）礦粉

礦粉的技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

二、阻燃瀝青技術(shù)性質(zhì)

（1）阻燃瀝青阻燃性能評(píng)價(jià)

本文采用極限氧指數(shù)評(píng)價(jià)阻燃瀝青的阻燃性能。極限氧指數(shù)是指規(guī)定條件下，試件在氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w中維持平衡燃燒所需最低的氧氣濃度。一般空氣中的氧氣濃度為21%。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

從表5數(shù)據(jù)可以看出，隨著阻燃劑的摻量增加，阻燃瀝青的極限氧指數(shù)增大。阻燃劑的增加可以顯著增加阻燃瀝青的阻燃性能，在阻燃劑摻量為8%時(shí)，極限氧指數(shù)可達(dá)到25.3%。

（2）阻燃瀝青基本性質(zhì)

瀝青三大指標(biāo)是劃分粘稠石油瀝青的重要技術(shù)指標(biāo)，對(duì)瀝青路面的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗疲勞能力、水穩(wěn)定性和耐久性有影響。另外，布氏旋轉(zhuǎn)粘度是路面一個(gè)重要的力學(xué)指標(biāo)，與瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度有很大的相關(guān)性。

石油瀝青在加入阻燃劑之后，三大指標(biāo)以及布氏旋轉(zhuǎn)粘度將產(chǎn)生變化，試驗(yàn)采用《瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 20E-20-2011），分別測(cè)定了阻燃劑摻量為5%、6%、7%和8%的阻燃瀝青的三大指標(biāo)和粘度。

基質(zhì)瀝青在加入阻燃劑后，隨著阻燃劑摻量增加，針入度值降低且速度趨緩，可見分散在瀝青中的阻燃劑細(xì)小顆粒使瀝青的針入度變小，而其摻量增多對(duì)其針入度的影響在減弱。阻燃劑的摻量增加會(huì)使阻燃瀝青的軟化點(diǎn)升高，且幅度均勻。對(duì)于瀝青延度，阻燃劑摻量的增加會(huì)使阻燃瀝青的延度減小，它的變化趨勢(shì)為隨著阻燃劑摻量增加，延度減小的趨勢(shì)越來(lái)越緩和。分析阻燃劑的摻入對(duì)阻燃瀝青粘度的影響，可以發(fā)現(xiàn)隨著阻燃劑的摻加量增大，阻燃瀝青的粘度呈增加的趨勢(shì)。

（3）阻燃劑最佳摻量

根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，極限氧指數(shù)隨著阻燃劑摻量的提高而提高，僅從這一個(gè)因素分析，阻燃劑摻量越大，阻燃效果越好，但是過(guò)多的阻燃劑，將無(wú)法充分溶解在瀝青中，給瀝青的物理性能造成很大的影響，使針入度、延度以及粘度降低，軟化點(diǎn)升高，這是由于阻燃劑的加入使石油瀝青的鏈段自由活動(dòng)的能力減弱，瀝青變稠。在摻量為7%時(shí)，針入度和延度趨向穩(wěn)定，軟化點(diǎn)有急劇上升的趨勢(shì)，另外考慮經(jīng)濟(jì)因素，阻燃劑的最佳摻量為7%。

三、阻燃瀝青混合料路用性能研究

（1）級(jí)配和最佳油石比

根據(jù)集料在試驗(yàn)室內(nèi)的篩分結(jié)果，參照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中的級(jí)配范圍，本文在試驗(yàn)時(shí)選取了AC-16C這種級(jí)配進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)。AC-16C的級(jí)配范圍、合成級(jí)配及其級(jí)配曲線如圖1所示。

在確定最佳油石比時(shí)，選取3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%四個(gè)油石比，每個(gè)油石比成型4個(gè)馬歇爾試件，按《瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG 20E-20-2011）中試驗(yàn)方法測(cè)定體積參數(shù)、穩(wěn)定度、流值，取平均值計(jì)算混合料最佳油石比。

以油石比為橫坐標(biāo)，以馬歇爾試驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)為縱坐標(biāo)，將試驗(yàn)結(jié)果繪成圓滑的曲線，從而確定相應(yīng)于密度最大值的油石比a1=4.2，相應(yīng)于穩(wěn)定度最大值的a2=4.9，目標(biāo)空隙率對(duì)應(yīng)的的油石比a3=4.0，相應(yīng)于瀝青飽和度范圍中值的油石比a4=4.0，OACmin=3.4，OACmax=4.4。

OAC1=1/4（a1+a2+a3+a4）=4.275

OAC2=1/2（OACmin+OACmax）=4.4

OAC=1/2（OAC1+OAC2）=4.3375，取為4.34

因此，通過(guò)馬歇爾方法確定阻燃瀝青的最佳油石比為4.34%。

（2）高溫穩(wěn)定性

根據(jù)規(guī)范T 0719測(cè)得的混合料動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果如表8所示。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，由于阻燃劑的摻入，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度增大。這是因?yàn)樽枞紕┑膿饺朐龃罅藶r青的粘度和軟化點(diǎn)，改善了瀝青的抗高溫能力，從而提高了混合料的車轍動(dòng)穩(wěn)定度，進(jìn)而提高了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

（3）水穩(wěn)定性

在阻燃劑摻量為最佳摻量7%的條件下，本文用浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)研究阻燃瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，分別進(jìn)行了4組平行試驗(yàn)。

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）規(guī)定，普通瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度比不能低于75%，和殘留強(qiáng)度比均不能低于70%。試驗(yàn)結(jié)果表明，盡管阻燃劑的摻入影響了瀝青混合料的水穩(wěn)定性，但由于阻燃劑的摻量較小，瀝青膜的厚度減小有限，阻燃瀝青混合料仍然具有良好的水穩(wěn)定性。

結(jié)論：

a.阻燃劑顯著提高了普通瀝青的阻燃性，阻燃劑摻量為8%時(shí)，普通瀝青的極限氧指數(shù)可達(dá)到25.3%。

b.阻燃劑增大了瀝青的粘度和軟化點(diǎn)，使針入度和延度減小。

c.由于瀝青的軟化點(diǎn)和粘度的提高，阻燃瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性得到了提高，而阻燃劑影響了瀝青膜厚度，從而使水穩(wěn)定性略有降低，但仍滿足規(guī)范要求。

d.本文研究結(jié)果是建立在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，與實(shí)際應(yīng)用情況存在一定的差異，應(yīng)推廣阻燃瀝青與阻燃瀝青混合料的應(yīng)用，并長(zhǎng)期觀測(cè)其使用性能，為其路用性能作出參考。

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作者簡(jiǎn)介：

郭瑞，1994年5月，男，漢族，安徽省安慶市人；職稱：學(xué)生；單位：鄭州大學(xué)；專業(yè)：道路橋梁與渡河工程。

謝寧，1994年11月，女，漢族，山東省泰安市人；職稱：學(xué)生；單位：鄭州大學(xué)；專業(yè)：道路橋梁與渡河工程。

王歡，1995年9月，女，漢族，山西省運(yùn)城市人；職稱：學(xué)生；單位：鄭州大學(xué)；專業(yè)：道路橋梁與渡河工程。

范志新，1994年4月，男，漢族，河南省信陽(yáng)市人；職稱：學(xué)生；單位：鄭州大學(xué)；專業(yè)：道路橋梁與渡河工程。

秦琦，1995年1月，男，漢族，河南省鶴壁市人；職稱：學(xué)生；單位：鄭州大學(xué)；專業(yè)：道路橋梁與渡河工程。