摘要：文章通過正交試驗分析溫拌劑和阻燃劑摻量、制備溫度對溫拌阻燃SBS復合改性瀝青的三大指標、極限氧指數(shù)的影響，確定復合改性瀝青最優(yōu)制備方案為A3B3C 并采用一系列室內試驗分別驗證了溫拌劑和阻燃劑對于復合改性瀝青混合料性能的影響。結果表明，溫拌劑、阻燃劑不但能夠提高SBS改性瀝青混合料的高溫抗車轍能力和低溫抗裂性，而且可以明顯提高復合改性瀝青混合料的阻燃性能、強度和穩(wěn)定性，但會降低其水穩(wěn)定性。

關鍵詞：隧道工程；溫拌阻燃技術；復合改性；瀝青混合料；路用性能

中圖分類號：U416.217

0 引言

隨著高等級公路的快速發(fā)展，公路隧道在經驗技術、規(guī)模等方面也有了很大的突破，目前我國已成為世界上隧道最多的國家［1-3］。在山區(qū)修建高速公路時，由于平面線形及縱坡度的要求較為嚴格，在不采用隧道通過時會產生巨大的土石方量，而且還會破壞已有的生態(tài)環(huán)境，因此多采用修建隧道方式［4-6］。由于瀝青路面具備良好的抗滑降噪和行車舒適性，且容易養(yǎng)護等優(yōu)點，隧道路面已經從傳統(tǒng)的水泥混凝土路面逐漸轉變?yōu)闉r青路面，但由于長隧道內空間較小，通風較差，瀝青路面材料在高溫環(huán)境中釋放的廢氣及施工過程中產生的粉塵和施工車輛的尾氣會在隧道內難以排出，而且瀝青是一種可燃物，燃燒過程中會釋放大量有毒有害氣體，在封閉的空間內極易引發(fā)火災［7-8］。為解決這一難題，科研人員不斷探索，采用溫拌技術和阻燃技術達到降低施工溫度、減少煙塵、廢氣和降低瀝青材料的燃燒性能，保證隧道在施工過程和運營期間的防火安全的目的。

龍云霄等［9］分析了Evotherm溫拌劑對瀝青性能的影響和降溫效果研究，并評價了溫拌劑阻燃劑對于改性瀝青混合料的綜合使用性能，結果發(fā)現(xiàn)摻加溫拌劑阻燃劑后能夠提高瀝青混合料的高溫、低溫和阻燃性能，但同時降低了其水穩(wěn)定性。侯寧寧［10］采用不同的試驗方法對瀝青的阻燃性能、不同級配類型的瀝青混合料路用性能及社會經濟效益展開研究，結果表明無機系與膨脹系的阻燃劑阻燃效果均較好，且阻燃劑溫拌劑加入后對于改性瀝青混合料的高低溫和水穩(wěn)定性均有一定改善作用；針對級配類型，SMA抑煙效果較佳，而OGFC級配在降低熱量釋放方面更好，且溫拌劑與阻燃劑加入后能夠有效降低有害氣體排放量，在加熱階段溫拌劑可節(jié)省燃油23.7%。結合已有研究［11-12］，本文將溫拌技術與阻燃技術結合在一起，進一步分析溫拌阻燃劑對于SBS改性瀝青混合料綜合性能的影響，為實際工程提供理論參考。

1 原材料性能與配合比設計

1.1 原材料

選用殼牌SBS（I-D型）改性瀝青，改性瀝青技術性能見表1。溫拌劑采用EC-120，常溫為微黃色顆粒狀，其135 ℃黏度為12 cp，凝固點為100 ℃，這種溫拌劑不但會降低瀝青的高溫黏度，而且不會對低溫黏度產生不利影響，能夠明顯降低瀝青混合料的拌和、壓實溫度。阻燃劑采用FRMAXTM高效阻燃劑。

用于驗證瀝青混合料性能的粗集料采用玄武巖碎石（1#9.5～16 mm、2#4.75～9.5 mm），細集料為石灰?guī)r機制砂（3#0～2.36 mm），填料為石灰?guī)r礦粉，礦料的各項技術性能都滿足規(guī)范要求。

1.2 外摻劑用量的確定

為確定溫拌劑與阻燃劑的合理摻量及制備溫度，采用正交試驗設計方法，將溫拌劑摻量、阻燃劑摻量和制備溫度作為3因素，每個因素對應3個水平，分析不同因素對溫拌阻燃SBS改性瀝青3大指標、極限氧指數(shù)的影響，其正交試驗結果見表 極差分析結果見表3。

根據(jù)K值大小，可以看出針入度、軟化點、延度和氧指數(shù)試驗結果分別對應的最優(yōu)組合是A3B3C1、A3B3C2、A1B3C1、A2B3C3。結合極差R計算結果，溫拌劑摻量變化對于針入度、軟化點的影響較大，而對于延度和氧指數(shù)的影響比較小，制備溫度對于3大指標和氧指數(shù)的影響均是最小的，且考慮到溫度過高容易使瀝青老化，綜合考慮，本次最優(yōu)制備方案采用A3B3C1。

1.3 瀝青混合料配合比設計

已有研究表明［13］，添加阻燃劑后的SMA級配在抑煙方面表現(xiàn)更好，且在高溫抗車轍能力和低溫抗裂性、抗水損害性能方面優(yōu)勢明顯，因此本研究采用SMA-13礦料級配驗證復合改性瀝青混合料性能。粗細集料及礦粉組成為1#∶2#∶3#∶礦粉=53∶22∶15∶10，其合成級配見表4。通過測試馬歇爾物理力學指標及與油石比的關系，確定出溫拌阻燃SBS改性瀝青混合料最佳油石比為5.86%、SBS改性瀝青混合料最佳油石比為5.63%。

2 路用性能

2.1 高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定性是表征瀝青混合料在高溫條件下抵抗流動變形能力的一項重要指標。用于評價瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的試驗方法較多，但目前主要是采用車轍試驗，主要是由于車轍試驗與車輛在路面上運行的實際狀況很相符，而且操作相對簡單，與路面的實際抗車轍性能具有較高的相關性。本文采用普通車轍試驗對溫拌阻燃SBS改性瀝青混合料高溫性能進行評價，試驗溫度為60 ℃，試驗結果見表5。

由表5可知，熱拌SBS瀝青混合料的動穩(wěn)定度平均值為4 485次/mm，而溫拌阻燃SBS復合改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度平均值為5 272次/mm，溫拌阻燃SBS改性瀝青混合料動穩(wěn)定度比熱拌SBS改性瀝青混合料高17.55%，說明溫拌劑和阻燃劑增加了改性瀝青的回彈變形能力，提高了SBS改性瀝青混合料的高溫抗車轍能力。

2.2 低溫抗裂性能

瀝青路面結構在低溫條件下不發(fā)生開裂是瀝青混合料低溫性能較好的評判依據(jù)。隨著外界環(huán)境溫度的不斷降低，路面材料也在持續(xù)收縮，路面內部溫度應力不斷增大，當降到瀝青路面材料所能承受的溫度時便產生溫縮裂縫。本次采用低溫小梁彎曲試驗對（250×30×35） mm小梁試件進行加載，試驗環(huán)境溫度為-10 ℃，得到試驗結果見表6。

從表6可以看出，相對于熱拌SBS，溫拌阻燃SBS復合改性瀝青混合料的彎拉應變相對較大，彎拉強度和彎曲勁度模量較小，說明加入溫拌劑和阻燃劑后有效增強了改性瀝青的柔韌性，提升了改性瀝青混合料發(fā)生低溫破壞所需的能量，大幅改善了低溫抗裂性能；也可能是由于熱拌SBS改性瀝青混合料在拌和攤鋪過程中較高的溫度中存在瀝青老化，增加了瀝青的黏度，對應的低溫脆性有所增大，相對于溫拌阻燃SBS的低溫性能有所下降。

2.3 水穩(wěn)定性

一般情況下隧道內富含地下水，當路面內積水時在車輛荷載和水壓力的雙重耦合作用下集料表面瀝青逐漸脫落，形成水損害。本次采用國內推薦的浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗對溫拌阻燃SBS改性瀝青混合料的抗水損害性能進行評價，試驗結果見表7。

從表7可以看出，相對于熱拌SBS，溫拌阻燃SBS改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比相對較低，但均在規(guī)范要求值范圍內。溫拌劑或阻燃劑加入后在一定程度降低了改性瀝青混合料的抗水損害能力，可能是由于在較低的拌和溫度下集料或瀝青中的水分無法完全消除，而且溫拌劑的加入對于瀝青與集料界面的粘附性存在不利影響，在動水壓力反復作用下，瀝青膜逐漸從集料表面剝落發(fā)生水損害。

2.4 阻燃性能

由于隧道出入口的黑洞效應，車輛都會在進出洞口時做加減速操作，出入口處的車輛密度會較大，也很容易發(fā)生交通事故。當隧道內發(fā)生事故導致車輛燃燒或發(fā)生其他火災時，隧道內空間狹小且通風較差，產生的大量煙霧或有毒害氣體會迅速充滿隧道，不但會對隧道結構安全產生威脅，甚至會造成人身及財產損失。本文通過試件燃燒試驗，利用燃燒時間及試件燃燒前后的質量損失和殘留動穩(wěn)定度進行評價，試驗共進行6組，取6組平均值作為試驗結果，見表8。

從表8可以看出，溫拌阻燃SBS改性瀝青混合料的試件燃燒時間明顯小于熱拌SBS，大約比熱拌SBS減少了10%，其質量損失也較溫拌SBS低了3.3%，而且殘留動穩(wěn)定度也比溫拌SBS高，說明阻燃劑在瀝青混合料中起到了良好的阻燃效果，不僅降低了試件燃燒時間，還保證了改性瀝青混合料的強度和穩(wěn)定性。

3 結語

（1）利用三因素三水平正交試驗設計，分析溫拌劑摻量、阻燃劑摻量和制備溫度等三因素對溫拌阻燃SBS改性瀝青混合料三大指標、極限氧指數(shù)的影響，通過極差分析，得到最優(yōu)制備方案采用A3B3C1。

（2）通過一系列室內試驗分析溫拌阻燃SBS復合改性瀝青混合料路用性能，發(fā)現(xiàn)溫拌劑和阻燃劑提高了SBS改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，并提高了復合改性瀝青混合料的阻燃性能、強度和穩(wěn)定性，但溫拌劑或阻燃劑在一定程度上降低了復合改性瀝青混合料的抗水損害能力。

參考文獻

［1］劉佩冬.城市道路基坑開挖對臨近地鐵隧道影響研究［J］.粘接，202 49（6）：133-137.

［2］方 正，劉俊巖，劉 燕.雙線盾構隧道下穿既有樁基橋梁變形影響分析［J］.科技通報，2023，39（5）：96-101.

［3］劉廣進，彭亞雄，蘇 瑩，等.基于AHP-云模型的隧道斷層破碎帶施工風險評價［J］.安全與環(huán)境工程，2023，30（3）：118-128.

［4］朱 穎，錢曉華，曾長女，等.地鐵隧道列車循環(huán)荷載下粉砂地基長期沉降研究［J］.合肥工業(yè)大學學報（自然科學版），2023，46（5）：652-658，708.

［5］趙 帥，徐新興，劉 鵬.隧道地質條件對開挖變形的影響及臺階法施工數(shù)值模擬優(yōu)化分析［J］.粘接，2023，50（5）：170-173.

［6］喬建剛，尹朋招，李志剛，等.公路隧道溫拌阻燃瀝青路面阻燃效果仿真研究［J］.中外公路，2023，43（1）：168-172.

［7］蘭 滔.特長公路隧道單層溫拌阻燃瀝青路面鋪裝技術研究［D］.重慶：重慶交通大學，2022.

［8］劉光輝.復合阻燃劑對SBS改性瀝青混合料路用性能的影響［J］.公路與汽運，2022（5）：116-119.

［9］龍云霄，陳輝強，文中秋，等.基于表面改性的溫拌阻燃瀝青的制備及性能研究［J］.公路，202 66（10）：296-301.

［10］候寧寧.隧道溫拌阻燃抑煙瀝青混合料技術性能研究［D］.西安：長安大學，2018.

［11］高 燕.高分子復合材料的制備及阻燃性能研究［J］.合成材料老化與應用，202 50（6）：97-99.

［12］李紅剛，季學文，王麗麗，等.新型溫拌阻燃改性SMA-13在隧道施工中的應用［J］.公路工程，202 47（3）：63-68，124.

［13］蔣定然，徐建暉，賈向波，等.高性能隧道明色化彩色瀝青及其路用性能研究［J］.新型建筑材料，2020，47（9）：85-88.

收稿日期：2023-10-19

作者簡介：何德?。?986—），工程師，主要從事交通機電設備管理與應用工作。