摘 要: 阻燃沥青混凝土在储运使用过程中常发生严重的离析问题, 通常储存时间不能超过48 h。且试验表明, 在沥青中加入阻燃剂后严重影响了沥青的性能。在沿江高速公路中有4 条隧道应用了一项隧道沥青混凝土路面新型阻燃改性技术, 将一种特制的阻燃改性剂直接添加到沥青混合料中, 并对其进行阻燃改性, 在不影响沥青混合料路用性能的基础上显著提高沥青混凝土路面的阻燃性能。
关键词: 阻燃沥青混凝土路面; 阻燃改性剂; 阻燃性; 路用性能
安徽沿江高速公路是国家和省重点建设工程,其中YJ 1- LM 02 合同段工程中, 共有4 条隧道(朱村隧道、梅冲É 号隧道、梅冲Ê 号隧道以及大尖山隧道) 做沥青混凝土路面铺筑。为了提高沥青混凝土路面在隧道中的阻燃防火性能, 此4 条隧道沥青混凝土路面的表面层施工中采用阻燃沥青混合料铺筑。
经调研得知, 传统阻燃沥青技术主要是借鉴高分子聚合物阻燃理论[ 1 ]——在沥青中添加有机卤素或磷酸盐类粉末阻燃剂来制备阻燃沥青, 或在改性沥青中加入阻燃剂制备阻燃改性沥青。但这种传统的阻燃沥青制备方法存在下列问题。
(1) 阻燃沥青大都利用粉末性阻燃剂, 加入沥青时容易飞散, 造成环境污染。
(2) 阻燃沥青制备的能源消耗较大; 在沥青中添加阻燃剂的工艺不但增加了生产环节的能源消耗,沥青的二次加热也会导致沥青性能的进一步劣化,且造成了沥青制备过程中有害气体的二次排放。
(3) 粉末状阻燃剂与沥青的密度差别大, 存在相容性差的问题, 使制备的阻燃沥青在储运使用过程中很容易发生离析。并且过多的阻燃剂可能降低沥青延度, 造成较明显的影响。因而为了保证沥青的延伸性, 阻燃剂的加入量势必会受到限制, 阻燃沥青混凝土路面的阻燃程度也就很难提高。
在沿江高速公路YJ 1- LM 02 合同段隧道工程中采用了一种对沥青混合料进行阻燃改性的颗粒状阻燃改性剂——FRMAXTM 环保型阻燃改性剂, 这种改性剂使用方便, 无需改变原有生产工序, 无需增加任何设备; 无需增加任何能源消耗, 在保证原沥青混合料路用性能的基础上显著提高了沥青混凝土路面的阻燃性。
1 沥青混合料路用性能试验结果对比
沿江高速公路YJ 1- LM 02 合同段隧道工程的独特之处在于使用了可以对沥青混合料进行阻燃改性的阻燃改性剂。阻燃改性剂添加到拌和锅后, 高温干拌过程中熔化粘附在石料表面, 在湿拌过程中熔化的阻燃改性剂与沥青相容, 从而起到了阻燃作用。
通过对现场的改性沥青混合料及阻燃改性沥青混合料进行路用性能检测, 对比检验结果可以看出阻燃改性剂对沥青混合料的影响。试验中仪器规格与试验方法严格遵守《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052—2000) 进行。
1．1 材料
(1) 沥青。
采用芜湖生产的SBS 成品改性沥青, 产品性能符合《安徽省沿江高速公路沥青路面上面层施工指导意见》中SBS 改性沥青的技术要求, 施工用沥青检测结果见表1。
(2) 阻燃剂。
FRMAXTM 环保型阻燃改性剂的添加量为沥青混合料质量的015% , 其性能指标见表2。
(3) 集料。
①粗集料: 玄武岩, 产地枞阳。
②细集料: 石灰岩机制砂, 产地徐岭。
③填料: 石灰矿粉, 产地远岭; 采用消石灰作为抗剥落剂, 产地滁洲。
1．2 沥青混合料矿料级配及沥青用量
沿江高速公路YJ 1- LM 02 合同段沥青混凝土路面上面层采用4 cm 厚AC213 改进型细粒式沥青混凝土抗滑表层。沥青混合料矿料级配见表3～ 表5。
1．3 AC213C 阻燃沥青混合料现场拌和
(1) 从拌和楼的观察窗将FRMAXTM 阻燃改性剂搂入拌和锅内, 使阻燃改性剂与矿料在185℃下进行干拌, 拌和时间在无阻燃添加剂的正常搅拌时间上适当增加3～ 5 s。
(2) 将已加热到175℃的热改性沥青按规定用量加入到拌和锅内, 湿拌时间比无阻燃添加剂的正常拌和时间降低3～ 5 s, 以拌和均匀一致、无花白料、沥青均匀裹覆集料为度。
(3) 摊铺碾压按常规施工要求进行。
1．4 AC－13 沥青混合料现场试验结果(以大尖山隧道为例, 具体见表6)
1．5 讨论
(1) 水稳定性: AC－13 改性沥青外加阻燃改性剂混合料的浸水稳定度高于AC213 改性沥青混合料, 冻融劈裂强度比略低于AC－13 改性沥青混合料, 但冻融劈裂抗拉强度高于AC213 改性沥青混合料。试验结果表明, 使用FRMAX 阻燃改性剂与沥青混合前后其水稳定性基本没发生变化。
(2) 高温稳定性: 由表6 可知,AC－13 改性沥青混合料与外加阻燃改性沥青混合料车辙动稳定度D S 值接近, 不仅满足了工程技术要求(≥2 800 次ömm ) , 而且均大于6 000 次ömm , 表明其高温性能较好。
2 阻燃性能测试
2．1 阻燃性能评价[3 ]
评价阻燃性的标准是极限氧指数(O I) , 定义为在规定条件下, 试样在N 2 和O 2 混合气体中, 维持平衡燃烧所需的最低氧气浓度。空气中的氧气浓度为21% , 当氧指数O I< 21%为易燃材料; 21%～ 27%为可燃材料; > 27% 为该材料在火中自行熄灭。日本J ISK7201[ 4 ]规定: 氧指数O I> 30%为难燃1 级; 27%～ 30% 为难燃2 级; 24%～ 27% 为难燃3 级; 24%～21% 为难燃4 级; < 21% 为难燃5 级。我国现阶段隧道沥青混凝土路面工程使用的阻燃沥青氧指数大都为23% 左右。
2．2 阻燃性能检测
经业主、监理和阻燃剂供应方共同现场取样, 送国家防火建筑材料质量监督检验中心检测。检测结果: 阻燃沥青的氧指数为2610%。此数据表明: 本项目用沥青混合料完全达到隧道沥青混凝土路面阻燃要求。
3 结论
通过沿江高速公路YJ 12LM 02 合同段隧道工程的隧道阻燃新技术的应用情况得出以下几点。
(1) 从根本上解决了阻燃剂在沥青中的沉淀问题和对沥青性能指标的影响, 在保证阻燃沥青混凝土路面路用性能的基础上提高了路面的阻燃性。
(2) 使用的阻燃沥青混合料生产工艺简单, 无需增加其他生产设备、不增加能耗、不增加施工成本、不增加有害气体的二次排放。
(3) 为阻燃剂在道路沥青材料中的应用另辟蹊径, 适合于在隧道沥青混凝土铺面工程中推广应用。
参考文献:
[1] 郭进存, 廖克俭, 戴跃铃. 阻燃沥青的研制[J ]. 辽宁石油化工大学学报, 2005, 25 (2) 1
[2] JTG F40- 2004, 公路沥青路面施工技术规范[S ]1
[3] 罗小锋, 于剑英, 吴少鹏1 阻燃沥青的制备与性能研究[J ]1 石油沥青, 2005, 19 (4) 1
[4] 李祖伟, 陈辉强, 牟建波, 陈仕周1 沥青阻燃改性技术及其阻燃机理[J ]1 长沙交通学院学报, 2002, 18 (4) 1
