CN100432001C - 无机阻燃剂与沥青玛蹄脂碎石混合的路面材料 - Google Patents

Abstract

无机阻燃剂与沥青玛蹄脂碎石混合的路面材料是一种用于隧道沥青路面的材料，尤其是一种解决高效阻燃问题的路面混合材料，该混合料的组分按占沥青混合料的总重量比例计：矿物纤维0.3%～0.5%；无机阻燃剂1.2%～1.5%；沥青5.5%～6.0%；碎石92.0%～93.0%。这种高效型沥青阻燃剂和矿物纤维应用在隧道SMA路面中，在不改变原沥青混合料各项路用性能的前提下，有效提高沥青混合料的阻燃性，从而解决隧道沥青路面防火安全问题。该种配方既不会影响原路面各种使用性能，又没有增加施工难度，所以，这种高效型隧道用阻燃沥青玛蹄脂碎石混合料具有较好的推广价值。

Description

无机阻燃剂与沥青玛蹄脂碎石混合的路面材料

技术领域

本发明是一种用于隧道沥青路面的材料，尤其是一种解决高效阻燃问题的路面混合材料，属于道路沥青路面材料制造的技术领域。

背景技术

隧道是高速公路的重要组成部分，且往往是高速公路公路的咽喉部位。大型隧道内由于相对封闭，隧道火灾不仅造成隧道设施和隧道结构的严重毁坏，引起短则数天，长则数十天甚至更长时间的道路交通中断，还会严重威胁人的生命、财产安全，造成无法估计的经济损失。隧道内一旦发生火灾，大量烟、热不易排除，洞内烟雾弥漫，照明破坏，能见度下降而且伴有高温和毒气，给安全疏散和援救带来很大困难。同时，由隧道外的快速车道上行来的车辆进入隧道后，横断面变小，车辆间距变短，行车视野变窄。若前面发生车辆事故，后面车上的驾驶员不易发现，从而造成大量车辆堵塞，加剧火灾的发展。特别是沥青混凝土隧道路面，沥青材料由于其本身具有明显的可燃性，并且在燃烧时产生大量烟雾，将对人身安全产生重大危害。近年来，由于国内外大型隧道中的火灾而引起的重大伤亡事故，使大型隧道的防火防灾受到普遍重视，这也成为推广隧道沥青路面必须跨越的巨大障碍。

调查结果表明，隧道火灾的自身特点也导致其破坏性比一般建筑火灾要大得多。火灾一旦发生，很短时间内就达到很高的温度，使人员难以迅速逃生，不仅能引燃隧道内部的沥青路面、洞壁装修，而且对衬砌产生巨大的损坏，致使结构的承载力降低或完全丧失，破坏隧道防水体系，造成隧道不同程度的渗漏水，以致影响隧道的正常运营；火灾时产生的大量有毒烟雾，降低隧道内的能见度，影响入员和车辆的逃生以及救援工作的开展。因而，一般发生大规模的隧道火灾，都会造成大量的人员伤亡和财产损失。如何根据隧道火灾事故的特点，尽量减少隧道火灾的发生，选择合理的路面结构及材料，使其具有抗滑、阻燃性能具有重要的意义。

由于我国修建大型公路隧道的历史较短，我国对隧道路面结构和材料的研究比较薄弱，隧道路面大多采用水泥混凝土路面，结构型式单一。一方面是因为水泥混凝土路面强度高、使用寿命较长，比较符合隧道内不宜经常施工的需要，而且路面颜色浅，行车可视性高；另一方面则是由于水泥混凝土路面的防火性能比较好，优质沥青产量较少，大部分需要进口，造价高。同时，20世纪90年代在欧洲长大隧道中曾发生火灾，出于安全考虑，促使人们更多的选用水泥混凝土路面。

但是，水泥混凝土路面存在接缝，表面不平整，引起行车颠簸，舒适性差，工期长，维修困难等缺点；水泥路面的耐磨性差，表面抗滑性能较差，常引起隧道内的交通事故。据测定隧道内的水泥混凝土路面在潮湿状态下，其摩擦系数仅为干燥状态下的40％，仅是沥青混凝土路面的25％；由于长大隧道是相对封闭的管状结构，隧道内的噪音要远高于隧道外的噪声，噪声在隧道内会产生共振、叠加现象，使得隧道内噪声更大，且隧道内噪声持续时间更长，不易消散，噪音影响了隧道的运行环境。为了提高表面抗滑性和行驶舒适性，降低噪音，有时在原水泥混凝土路面加铺沥青混凝土表面层或在新建隧道中铺设沥青混凝土路面。

国内早期修建的隧道路面中大多数为水泥混凝土路面，但是，近年来随着科技的进步、施工技术的发展及沥青阻燃技术的发展，使得沥青混凝土的耐火性能有了长足的进步，再加上人们对隧道内行驶舒适性要求的不断提高，沥青混凝土路面又逐渐为人们所青睐。自2001年以后已开始有部分长大隧道开始采用沥青混凝土路面，2003年开通的雁门关隧道长5300m，采用了沥青混凝土路面，为沥青混凝土路面在超长隧道中的应用积累了经验。据调查，国外的隧道路面广泛采用沥青路面。欧洲的大部分国家和美国在隧道中主要采用沥青混凝土路面，如16km长的意大利勃朗峰隧道、6.4km长的奥地利托恩隧道、14km长的奥地利Arberg隧道、17km长的瑞士圣哥达隧道等均采用了沥青路面结构形式。德国、日本的隧道路面普遍采用浇注式沥青混凝土结构型式，为了提高路面的抗滑性和亮度，在浇注式沥青混凝土表面还撒布一层煅烧白色燧石，使其路面的使用功能优良，照明度良好，使用寿命延长，是一种较为理想的隧道路面结构型式。

为了达到抗滑、降噪、舒适、耐久的要求，隧道沥青路面常常选用SMA(沥青玛蹄脂碎石混合料)路面。该种路面是由沥青、纤维稳定剂、矿粉和少量的细集料组成的间断级配混合料铺筑而成，具有优良的高温稳定性(抗车辙性能)、耐久性(包括水稳定性、耐疲劳性和抗老化性能)、表面抗滑性、低噪音等特点。但是，SMA路面沥青用量比一般沥青路面高1％以上，而且掺加0.3％左右(同集料重量比)的可燃性木质素纤维作为稳定剂，在隧道沥青路面发生火灾燃烧时，沥青和木质素纤维均会起到助燃的作用，增加了隧道火灾救援的难度，造成了更大的损失。

由此可见，隧道路面采用沥青路面已成为一种发展趋势，且常常选用SMA路面，但是，如何防止沥青路面在隧道火灾时燃烧需要进一步研究。

沥青燃烧的过程，首先熔融、滴落、流淌，接着是熔珠燃烧、再由燃烧的熔珠洒落、流淌，造成火势蔓延扩大，酿成火灾。沥青的燃烧是一个放热、分解的物理化学过程，燃烧中分解出氢、甲烷、苯及烷烃类易燃气体。这些气体的燃烧又进一步加快了沥青的热分解。所以沥青火灾的特点是来势猛、扩展快、范围广、损失大。

沥青的阻燃研究，是在化工材料的阻燃研究基础之上发展起来的，我国较早的就制定了各类化工材料的燃烧性能规范，如纺织品燃烧性能试验(GB T 5454-1997)、玻璃纤维增强塑料燃烧性能试验(GB 8924-1988)、橡胶燃烧性能测定(GB10707-1989)、绝缘液体燃烧性能试验方法(GB T 16581-1996)、塑料燃烧性能试验(GB 2406-1980)等。

目前常用的阻燃剂可分为有机类、无机类和复合类。常用的有机阻燃剂有磷酸三(β-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)、磷酸三(2，3-二氯丙基)酯(TDCPP)等；常用的无机阻燃剂包括氢氧化铝、硼酸锌、三氧化二锑等；复合阻燃剂是有多种阻燃剂复合而成，可发挥各阻燃剂的优点，从而起到良好的效果。已有的试验结果表明，阻燃剂的加入，对沥青混合料的路用性能的影响较小，但可有效提高沥青的氧指数，从而起到阻燃作用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种无机阻燃剂与沥青玛蹄脂碎石混合的路面材料，该阻燃混合料能高效阻止隧道沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)路面的燃烧。

技术方案：为了克服在隧道沥青路面发生火灾燃烧时，SMA隧道路面中沥青和木质素纤维均会起到助燃的缺点。为了有效阻止隧道发生火灾时SMA路面燃烧，从两个方面来阻止SMA路面燃烧。一方面在SMA隧道路面施工时采用不燃的矿物纤维代替助燃的木质素纤维；另一方面，在沥青中添加高效型无机阻燃剂，对沥青进行阻燃改性。上述技术方案不改变原来SMA路面的使用性能。本发明矿物纤维、无机阻燃剂按照如下比例添加：

矿物纤维占SMA沥青混合料的总重量比例范围：0.3％～0.5％；

无机阻燃剂占SMA沥青混合料的总重量比例范围：1.2％～1.5％；

沥青占SMA沥青混合料的总重量比例范围：5.5％～6.0％；

碎石占SMA沥青混合料的总重量比例范围：92.0％～93.0％。

各组分最佳比例为：矿物纤维∶无机阻燃剂∶沥青∶碎石＝0.4％∶1.3％∶5.7％∶92.6％。

矿物纤维应满足的技术要求为：

密度≥2.5g/cm³；

抗拉强度3500MPa；

弹性模量85GPa；

断裂延伸率2.5％；

最高工作温度500℃；

长度≯6mm。

无机阻燃剂应满足的技术要求为：

密度0.9～1.7g/cm³；

有效含量≥85％；

熔融温度≥120℃；

含水率＜5％。

有益效果：矿物纤维具有耐高温(可达650℃以上)、隔热效果好、无熔融滴落、无热收缩、极限氧指数大于68等优点，采用其取代原来SMA路面中可燃的木质素纤维，可以起到一定阻燃效果；无机阻燃剂消灭(捕捉)烃类氧化初期产生的活性很强的自由基(HO.和H-)，抑制连锁反应的发生；在沥青表面形成被膜，切断热能、可燃性气体、氧气(空气)向沥青内的传递；促进碳化物生成，在燃烧表面形成稳定的碳化层，使燃烧终止，产生自熄现象，达到阻燃、抑烟的目的。这种高效型沥青阻燃剂和矿物纤维应用在隧道SMA路面中，在不改变原沥青混合料各项路用性能的前提下，有效提高沥青混合料的阻燃性，从而解决隧道沥青路面防火安全问题。该种配方既不会影响原路面各种使用性能，又没有增加施工难度，所以，这种高效型隧道用阻燃沥青玛蹄脂碎石混合料具有较好的推广价值。

具体实施方式

无机阻燃剂包括氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、三氧化二锑。

矿物纤维包括玄武岩纤维。

沥青包括该性沥青、普通沥青。

碎石包括玄武岩碎石、辉绿岩碎石。

(1)根据拌和楼每盘生产能力，计算每盘需要阻燃剂和矿物纤维的用量，然后将阻燃剂和矿物纤维分别制成小包装，用人工或传送带投递到拌和楼的拌缸内；

(2)先将加热到180～190℃的各种规格的碎石按照一定的级配经称量后自动放入拌和楼的拌缸内干拌约5秒，再将阻燃剂和矿物纤维加入到拌缸内，进行干拌约10秒，使阻燃剂和矿物纤维均匀分布在碎石中；

(3)将已加热到160～170℃的热沥青按照设计用量加入到拌缸内进行搅拌约40秒，直到碎石上裹满沥青，无花白料、均匀为止。

(4)放料：控制混合料的出场温度在170～180℃之间，不得高于185℃。到现场的摊铺温度不得低于160℃。

应用实例：

实例1：矿物纤维∶无机阻燃剂∶沥青∶碎石＝0.4％∶1.3％∶5.7％∶92.6％，

实例2：矿物纤维∶无机阻燃剂∶沥青∶碎石＝0.5％∶1.2％∶5.8％∶92.5％，

实例3：矿物纤维∶无机阻燃剂∶沥青∶碎石＝0.3％∶1.4％∶6.0％∶92.3％，

实例4：矿物纤维∶无机阻燃剂∶沥青∶碎石＝0.4％∶1.3％∶5.6％∶92.7％，

实例5：矿物纤维∶无机阻燃剂∶沥青∶碎石＝0.5％∶1.2％∶5.5％∶92.8％。

矿物纤维应满足的技术要求为：

密度≥2.5g/cm³；

抗拉强度3500MPa；

弹性模量85GPa；

断裂延伸率2.5％；

最高工作温度500℃；

长度≯6mm。

无机阻燃剂应满足的技术要求为：

密度0.9～1.7g/cm³；

有效含量≥85％；

熔融温度≥120℃；

含水率＜5％。

Claims (1)

1.一种无机阻燃剂与沥青马蹄脂碎石混合的路面材料，其特征在于该混合料的组分按占沥青混合料的总重量比例计：矿物纤维0.3％～0.5％；无机阻燃剂1.2％～1.5％；沥青5.5％～6.0％；碎石92.0％～93.0％；

矿物纤维应满足的技术要求为：

密度≥2.5g/cm³；

抗拉强度3500MPa；

弹性模量85GPa；

断裂延伸率2.5％；

最高工作温度500℃；

长度≯6mm；

无机阻燃剂应满足的技术要求为：

密度0.9～1.7g/cm³；

有效含量≥85％；

熔融温度≥120℃；

含水率＜5％。