劉 鑫

(河南宛龍高速公路有限公司，河南 舞鋼 462532)

0 引言

橡膠復(fù)合改性瀝青能夠消耗大量廢舊橡膠輪胎，是廢舊輪胎無(wú)害化、資源化應(yīng)用的重要途徑，且橡膠復(fù)合改性瀝青制備的混合料路用性能優(yōu)良。因此，充分利用橡膠復(fù)合改性瀝青混合料對(duì)公路建設(shè)和環(huán)境保護(hù)均具有重要意義[1-3]。但橡膠復(fù)合改性瀝青較普通改性瀝青黏度較大，施工溫度較高，橡膠復(fù)合改性瀝青混合料在拌和、運(yùn)輸和碾壓過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的刺激性有毒氣體[4-6]。尤其是在長(zhǎng)大隧道內(nèi)，施工空間小、通風(fēng)不良，且要求路面具有一定的阻燃性能，橡膠復(fù)合改性瀝青較高的施工溫度和大量有害氣體排放，不僅造成施工難度增加、危險(xiǎn)性提高，對(duì)施工人員健康也造成較大傷害[7-9]。因此，亟需研究開(kāi)發(fā)溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料，降低施工溫度，減少有害煙塵排放，以適應(yīng)長(zhǎng)大隧道等特殊應(yīng)用場(chǎng)景。

基于此，本文對(duì)溫拌劑和阻燃劑在不同摻量下的溫拌阻燃功效，以及溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料性能及在長(zhǎng)大隧道工程的應(yīng)用效果進(jìn)行分析研究，以期為橡膠復(fù)合改性瀝青混合料進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供參考。

1 原材料

1.1 橡膠復(fù)合改性瀝青

橡膠復(fù)合改性瀝青采用工廠化制備完成的成品，由30～40目橡膠粉、少量SBS改性劑與70#道路石油瀝青摻配而成。橡膠復(fù)合改性瀝青性能指標(biāo)出廠檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，滿足《廢胎膠粉復(fù)合改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(DB41/T 1286-2016)的要求。

表1 橡膠復(fù)合改性瀝青性能

1.2 溫拌劑

溫拌劑采用新型聚烯烴類(lèi)改性劑Sasobit型，白色固體小顆粒，熔點(diǎn)約99℃。將溫拌劑作為改性劑直接加入橡膠復(fù)合改性瀝青，溫拌劑熔化后改變橡膠復(fù)合改性瀝青的粘溫曲線，降低高溫黏度和生產(chǎn)溫度[10-11]。

1.3 阻燃劑

采用瀝青專(zhuān)用阻燃劑AH-251型，日照路源筑路材料有限公司生產(chǎn)。外觀為白色粉末狀，中位粒徑D50為10.0μm。阻燃劑阻燃機(jī)理為受熱分解時(shí)吸收大量熱量，降低瀝青及混合料表面溫度，同時(shí)產(chǎn)生大量不易燃燒的氣體，減少瀝青及混合料與氧氣接觸，發(fā)揮阻燃功效。

2 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青阻燃效果

溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青采用濕法制備，將成品橡膠復(fù)合改性瀝青加熱至165℃～175℃，然后分別逐步加入設(shè)定劑量的溫拌劑和阻燃劑，再用高速攪拌機(jī)剪切攪拌30min～50min，得到溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青。

參照《瀝青混合料改性添加劑第3部分：阻燃劑》(JT/T 860.3-2014)試驗(yàn)方法及要求，采用氧指數(shù)和煙密度兩個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青的阻燃效果。不同溫拌劑和阻燃劑摻量下的阻燃效果如圖1所示。

圖1 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青阻燃效果

由圖1可見(jiàn)，相同溫拌劑摻量下，在0%～6.5%范圍內(nèi)，隨著阻燃劑摻量的增加，氧指數(shù)逐漸增加，煙密度逐漸減小，表明橡膠復(fù)合改性瀝青阻燃效果增強(qiáng)。相同阻燃劑摻量下，在0%～3.5%范圍內(nèi)，隨著溫拌劑摻量的增加，氧指數(shù)逐漸減小，煙密度逐漸增加，表明橡膠復(fù)合改性瀝青阻燃效果略微減弱，添加溫拌劑對(duì)阻燃效果不利，溫拌劑對(duì)阻燃功效有一定抑制作用。當(dāng)溫拌劑摻量為3%，阻燃劑摻量為6%時(shí)，橡膠復(fù)合改性瀝青氧指數(shù)為31.6%，煙密度為59.7%，滿足JT/T 860.6-2016氧指數(shù)≥25%、煙密度≤75%的要求。

3 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青溫拌效果

3.1 基于黏度的溫拌效果

黏度是評(píng)價(jià)瀝青溫度敏感性和黏滯性的重要指標(biāo)。溫拌劑發(fā)揮溫拌效果的一個(gè)重要途徑是降低瀝青的高溫黏度[12-13]。加入溫拌劑后瀝青在較低溫度下即可達(dá)到未加溫拌劑瀝青較高溫度時(shí)的黏度，從而降低瀝青混合料的拌和溫度。因此可通過(guò)測(cè)定溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青在不同溫度下的黏度，評(píng)價(jià)其溫拌效果。不同溫拌劑和阻燃劑摻量下的橡膠復(fù)合改性瀝青在不同溫度下的黏度如圖2所示。

圖2 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青黏度

由圖2分析可知，阻燃劑摻量一定時(shí)，在0%～3.5%范圍內(nèi)，隨著溫拌劑摻量增加，橡膠復(fù)合改性瀝青黏度逐漸下降，表明溫拌劑可明顯降低橡膠復(fù)合改性瀝青黏度。溫拌劑摻量一定時(shí)，在0%～6.5%范圍內(nèi)，隨著阻燃劑摻量增加，橡膠復(fù)合改性瀝青黏度呈略微增加的趨勢(shì)，表明阻燃劑對(duì)橡膠復(fù)合改性瀝青溫拌效果不利。當(dāng)阻燃劑和溫拌劑摻量一定時(shí)，隨著溫度降低，橡膠復(fù)合改性瀝青黏度逐漸增大。在175℃時(shí)，未摻加溫拌劑和阻燃劑的橡膠復(fù)合改性瀝青黏度為2.1Pa·s；在155℃時(shí)，當(dāng)溫拌劑摻量為3%、阻燃劑摻量為6%，橡膠復(fù)合改性瀝青黏度為2.2Pa·s，與未摻加溫拌劑和阻燃劑情況下，175℃時(shí)黏度基本相當(dāng)。該黏度可滿足施工要求。因此從黏度指標(biāo)考慮，摻加3%溫拌劑和6%阻燃劑，溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青可降低施工溫度約20℃。

3.2 基于壓實(shí)特征的溫拌效果

添加溫拌劑后瀝青混合料黏度降低，施工和易性提高，更容易拌和、壓實(shí)。對(duì)于特定配比的混合料，理論最大密度為固定值，壓實(shí)后混合料空隙率是壓實(shí)特征的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，因此可采用空隙率評(píng)價(jià)瀝青混合料壓實(shí)特征，進(jìn)而評(píng)價(jià)溫拌劑溫拌效果。

溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料采用相同的級(jí)配和油石比，每個(gè)溫拌劑和阻燃劑摻量下，分別在175℃、165℃、155℃、145℃溫度下按現(xiàn)行規(guī)范方法擊實(shí)成型馬歇爾試件，然后測(cè)試每個(gè)試件的毛體積密度，結(jié)合理論最大密度，得到不同擊實(shí)溫度下試件的空隙率(圖3)。

耕地是人類(lèi)賴(lài)以生存的基本條件，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，而且土地資源本身具備一定的環(huán)境修復(fù)功能，對(duì)地球表層的生態(tài)系統(tǒng)改造有很大影響。中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，但是耕地總面積較少，加上近年來(lái)城市化、工業(yè)化發(fā)展，導(dǎo)致一部分耕地資源逐漸變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，加大了糧食安全生產(chǎn)壓力。

圖3 不同擊實(shí)溫度下溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料空隙率

由圖3分析可知，相同成型溫度下，阻燃劑摻量一定時(shí)，在0%～3.5%范圍內(nèi)，隨著溫拌劑摻量增加，橡膠復(fù)合改性瀝青空隙率逐漸下降，這主要是溫拌劑發(fā)揮溫拌降黏作用。溫拌劑摻量一定時(shí)，在0%～6.5%范圍內(nèi)，隨著阻燃劑摻量增加，橡膠復(fù)合改性瀝青空隙率呈增加趨勢(shì)，表明阻燃劑對(duì)橡膠復(fù)合改性瀝青溫拌效果不利。當(dāng)阻燃劑和溫拌劑摻量一定時(shí)，隨著溫度降低，橡膠復(fù)合改性瀝青空隙率逐漸增大。

在155℃，溫拌劑摻量為3%、阻燃劑摻量為6%時(shí)，橡膠復(fù)合改性瀝青空隙率為4.2%。在175℃下，未摻加溫拌劑和阻燃劑的空隙率為4.1%。根據(jù)《瀝青混合料改性添加劑第6 部分：溫拌劑》(JT/T 860.6-2016)，添加溫拌劑后采用擊實(shí)方法成型的混合料試件，其空隙率要求比原熱拌瀝青混合料空隙率不大于0.5%。因此，根據(jù)壓實(shí)后空隙率指標(biāo)，當(dāng)溫拌劑摻量為3%、阻燃劑摻量為6%時(shí)，155℃下?lián)魧?shí)效果與未摻加溫拌劑的原混合料基本相當(dāng)。

根據(jù)上述不同溫拌劑和阻燃劑摻量下的橡膠復(fù)合改性瀝青溫拌阻燃效果，確定溫拌劑摻量為3%、阻燃劑摻量為6%?；旌狭峡稍?55℃下施工，比原混合料施工溫度降低約20℃。

4 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青性能

采用濕法制備溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青，阻燃劑摻量為3%，溫拌劑摻量為6%，按現(xiàn)行規(guī)范方法檢測(cè)其各項(xiàng)性能指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青性能

由表2可見(jiàn)，摻加溫拌劑和阻燃劑后橡膠復(fù)合改性瀝青性能仍滿足《廢胎膠粉復(fù)合改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(DB41/T 1286-2016)和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F 40-2004)的要求，與原橡膠復(fù)合改性瀝青性能基本相當(dāng)，性能良好。

5 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料性能

參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)相關(guān)試驗(yàn)方法，成型不同檢驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的試件，溫拌劑摻量均為3%，阻燃劑摻量均為6%，不同性能檢測(cè)試件成型溫度均為155℃。溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料性能實(shí)測(cè)結(jié)果如表3所示。由表3可見(jiàn)，溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料性能良好，均滿足《廢胎膠粉復(fù)合改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(DB41/T 1286-2016)和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F 40-2004)的要求。

表3 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料性能

6 工程應(yīng)用

濟(jì)陽(yáng)高速公路(濟(jì)源-陽(yáng)城)濟(jì)源段地處山區(qū)，地形復(fù)雜，多次穿越隧道。太行隧道總長(zhǎng)6 130延米，是濟(jì)陽(yáng)高速公路最長(zhǎng)的隧道。隧道內(nèi)路面要求采用橡膠復(fù)合改性瀝青，為減少施工中瀝青煙排放，保證通車(chē)后行車(chē)安全，避免隧道火災(zāi)，該隧道內(nèi)采用溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青，溫拌劑摻量為3%，阻燃劑摻量為6%。施工完成后檢測(cè)路面性能，檢測(cè)結(jié)果如表4所示。由表4分析可知，溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青路面性能良好，滿足《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)第一冊(cè)土建工程》(JTG F80/1-2017)及設(shè)計(jì)要求。

表4 溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青性能檢測(cè)結(jié)果

7 結(jié)論

(1)在0%～6.5%范圍內(nèi)，隨著阻燃劑摻量增加，氧指數(shù)逐漸增加，煙密度逐漸減小，表明橡膠復(fù)合改性瀝青阻燃效果增強(qiáng)。當(dāng)溫拌劑摻量為3%、阻燃劑摻量為6%時(shí)，橡膠復(fù)合改性瀝青氧指數(shù)為31.6%，煙密度為59.7%，滿足JT/T 860.6-2016氧指數(shù)≥25%、煙密度≤75%的要求。

(2)在0%～3.5%范圍內(nèi)，隨著溫拌劑摻量的增加，橡膠復(fù)合改性瀝青黏度逐漸下降，表明橡膠復(fù)合改性瀝青溫拌效果增強(qiáng)。從黏度指標(biāo)考慮，摻加3%溫拌劑和6%阻燃劑，溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青可降低施工溫度約20℃。

(3)相同成型溫度下，在0%～3.5%范圍內(nèi)，隨著溫拌劑摻量增加，橡膠復(fù)合改性瀝青混合料擊實(shí)后空隙率逐漸下降。根據(jù)空隙率指標(biāo)，當(dāng)溫拌劑摻量為3%、阻燃劑摻量為6%時(shí)，溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料可降低施工溫度約20℃。

(4)溫拌劑和阻燃劑有一定的相互抑制作用，為保證總體溫拌阻燃性能，溫拌劑和阻燃劑摻量均不宜過(guò)高。

(5)阻燃劑摻量為3%、溫拌劑摻量為6%時(shí)，溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青及混合料性能良好，滿足規(guī)范要求。

(6)溫拌阻燃橡膠復(fù)合改性瀝青混合料在長(zhǎng)大隧道路面工程中應(yīng)用效果良好，關(guān)鍵指標(biāo)均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。