專利名稱：摻加無機阻燃劑的微表處路面養護材料的制作方法
技術領域：
本發明是一種用于隧道浙青路面養護的材料，尤其是一種解決無機阻燃問題的浙 青路面養護混合材料，屬于道路浙青路面材料制造的技術領域。
背景技術：
1.隧道路面發展趨勢由于我國修建大型公路隧道的歷史較短，我國對隧道路面結構和材料的研究比較 薄弱，隧道路面大多采用水泥混凝土路面，結構型式單一。一方面是因為水泥混凝土路面強 度高、使用壽命較長，比較符合隧道內不宜經常施工的需要，而且路面顏色淺，行車可視性 高；另一方面則是由于水泥混凝土路面的防火性能比較好，優質浙青產量較少，大部分需要 進口，造價高。同時，20世紀90年代在歐洲長大隧道中曾發生火災，出于安全考慮，促使人 們更多的選用水泥混凝土路面。但是，水泥混凝土路面存在接縫，表面不平整，引起行車顛簸，舒適性差，工期長， 維修困難等缺點；水泥路面的耐磨性差，表面抗滑性能較差，常引起隧道內的交通事故。據 測定隧道內的水泥混凝土路面在潮濕狀態下，其摩擦系數僅為干燥狀態下的40 %，僅是浙 青混凝土路面的25% ；由于長大隧道是相對封閉的管狀結構，隧道內的噪音要遠高于隧道 外的噪聲，噪聲在隧道內會產生共振、疊加現象，使得隧道內噪聲更大，且隧道內噪聲持續 時間更長，不易消散，噪音影響了隧道的運行環境。為了提高表面抗滑性和行駛舒適性，降 低噪音，有時在原水泥混凝土路面加鋪浙青混凝土表面層或在新建隧道中鋪設浙青混凝土 路面。國內早期修建的隧道路面中大多數為水泥混凝土路面，但是，近年來隨著科技的 進步、施工技術的發展及浙青阻燃技術的發展，使得浙青混凝土的耐火性能有了長足的進 步，再加上人們對隧道內行駛舒適性要求的不斷提高，浙青混凝土路面又逐漸為人們所青 睞。自2001年以后已開始有部分長大隧道開始采用浙青混凝土路面，2003年開通的雁門 關隧道長5300m，采用了浙青混凝土路面，為浙青混凝土路面在超長隧道中的應用積累了經 驗。據調查，國外的隧道路面廣泛采用浙青路面。歐洲的大部分國家和美國在隧道中主要 采用浙青混凝土路面，如16km長的意大利勃朗峰隧道、6. 4km長的奧地利托恩隧道、14km長 的奧地利Arberg隧道、17km長的瑞士圣哥達隧道等均采用了浙青路面結構形式。德國、日 本的隧道路面普遍采用澆注式浙青混凝土結構型式，為了提高路面的抗滑性和亮度，在澆 注式浙青混凝土表面還撒布一層煅燒白色燧石，使其路面的使用功能優良，照明度良好，使 用壽命延長，是一種較為理想的隧道路面結構型式。為了達到抗滑、降噪、舒適、耐久的要求，隧道浙青路面常常選用SMA(浙青瑪蹄脂 碎石混合料)路面。該種路面是由浙青、纖維穩定劑、礦粉和少量的細集料組成的間斷級配 混合料鋪筑而成，具有優良的高溫穩定性(抗車轍性能)、耐久性(包括水穩定性、耐疲勞 性和抗老化性能)、表面抗滑性、低噪音等特點。但是，SMA路面浙青用量比一般 青路面 高以上，而且摻加0.3%左右(同集料重量比)的可燃性木質素纖維作為穩定劑，在隧道浙青路面發生火災燃燒時，浙青和木質素纖維均會起到助燃的作用，增加了隧道火災救 援的難度，造成了更大的損失。而且一般阻燃劑在高溫的環境下，會產生大量的煙霧和有毒 氣體，不僅阻止了救援工作開展，還嚴重污染了環境。由此可見，隧道路面采用浙青路面已 成為一種發展趨勢，如何防止浙青路面在隧道火災時燃燒、環保、養護等問題需要進一步研允。2.隧道浙青路面使用狀況及火災安全由于隧道路面處于基礎強度高、環境溫差小、濕度較大、渠化交通嚴格、加減速頻 繁等特殊的工作環境條件下，使路面結構受力狀態與普通路面不同，導致隧道路面破壞比 較嚴重，嚴重影響了隧道路面的使用壽命和司乘人員的舒適性。我國在大規模的公路建設 之后，面臨了隨之而來的路面養護管理工作，工作的中心轉移到養護、改建維護和改善現有 的路面，隧道路面也面臨同樣的問題。根據國外的一般情況，高速公路浙青路面交付使用后長則十來年，短則五六年即 需維修罩面一次，次高級和低等級路面的維修周期則更短。在我國，由于高速公路浙青面層 所用材料品種多、要求嚴格，每層都有不同施工工藝.而我國高速公路施工隊伍一是缺乏 經驗，二是施工水平參差不齊，再加上施工工期普遍比較短，搶工現象較多，造成了同一高 速公路不同路段的施工質量也有顯著差異，大部分高速公路浙青路面在通車2 3年內就 會出現不同程度的破損，使用性能和服務水平不盡人意。另一方面，由于我國一些公路開放 交通后交通量增長迅速、超載超限現象嚴重以及氣候降水等因素的影響，許多路面出現了 較嚴重的早期破壞，使得維修養護工作更為提前。我國的高速公路早期的已經使用了 20余 年，因此，公路部門今后的工作重點勢必從新路的建設轉向舊路的養護。路面養護對于道路 的使用壽命有著至關重要的影響，并且隨著通車里程的增加和行駛速度的提高，這一作用 還將更加明顯。經濟發達的國家，一方面大力發展高等級公路，另一方面努力提高地方道路 的鋪裝率，同時十分重視已鋪路面的經常性的維修與養護，使其能一直保持著良好的路用 性能與運輸效率，以延長道路的使用壽命。隧道是高速公路的重要組成部分，且往往是高速公路公路的咽喉部位。大型隧道 內由于相對封閉，隧道火災不僅造成隧道設施和隧道結構的嚴重毀壞，引起短則數天，長則 數十天甚至更長時間的道路交通中斷，還會嚴重威脅人的生命、財產安全，造成無法估計的 經濟損失。隧道內一旦發生火災，大量煙、熱不易排除，洞內煙霧彌漫，照明破壞，能見度下 降而且伴有高溫和毒氣，給安全疏散和援救帶來很大困難。同時，由隧道外的快速車道上行 來的車輛進入隧道后，橫斷面變小，車輛間距變短，行車視野變窄。若前面發生車輛事故，后 面車上的駕駛員不易發現，從而造成大量車輛堵塞，加劇火災的發展。特別是浙青混凝土隧 道路面，浙青材料由于其本身具有明顯的可燃性，并且在燃燒時產生大量煙霧，將對人身安 全產生重大危害。近年來，由于國內外大型隧道中的火災而引起的重大傷亡事故，使大型隧 道的防火防災受到普遍重視，這也成為推廣隧道浙青路面必須跨越的巨大障礙。調查結果表明，隧道火災的自身特點也導致其破壞性比一般建筑火災要大得多。 火災一旦發生，很短時間內就達到很高的溫度，使人員難以迅速逃生，不僅能引燃隧道內部 的浙青路面、洞壁裝修，而且對襯砌產生巨大的損壞，致使結構的承載力降低或完全喪失， 破壞隧道防水體系，造成隧道不同程度的滲漏水，以致影響隧道的正常運營；火災時產生的 大量有毒煙霧，降低隧道內的能見度，影響入員和車輛的逃生以及救援工作的開展。因而，一般發生大規模的隧道火災，都會造成大量的人員傷亡和財產損失。如何根據隧道火災事 故的特點，盡量減少隧道火災的發生，選擇合理的路面結構及材料，使其具有抗滑、阻燃性 能具有重要的意義。3.阻燃浙青路面的應用阻燃劑是一類能阻止材料引燃或抑制熱傳播的助劑，根據其使用方法可分為添加 型和反應型兩類。隧道火災過程中，浙青首先熔融、滴落、流淌，接著是熔珠燃燒、再由燃燒 的熔珠灑落、流淌，造成火勢蔓延擴大，釀成火災。浙青的燃燒是一個放熱、分解的物理化學 過程，燃燒中分解出氫、甲烷、苯及烷烴類易燃氣體。這些氣體的燃燒又進一步加快了浙青 的熱分解。所以浙青火災的特點是來勢猛、擴展快、范圍廣、損失大。浙青的阻燃研究，是在化工材料的阻燃研究基礎之上發展起來的，我國較早的就 制定了各類化工材料的燃燒性能規范，如紡織品燃燒性能試驗(GB T 5454-1997)、玻璃纖 維增強塑料燃燒性能試驗(GB 8924-1988)、橡膠燃燒性能測定(GB10707-1989)、絕緣液體 燃燒性能試驗方法(GB T 16581-1996)、塑料燃燒性能試驗(GB 2406-1980)等。目前常用的阻燃劑可分為有機類、無機類和復合類。常用的有機阻燃劑有磷酸 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；常用的無機阻燃劑包括氫氧化鋁、硼酸鋅、三氧化二銻等；復合阻燃劑是有多 種阻燃劑復合而成，可發揮各阻燃劑的優點，從而起到良好的效果。已有的試驗結果表明， 阻燃劑的加入，對浙青混合料的路用性能的影響較小，但可有效提高浙青的氧指數，從而起 到阻燃作用。對浙青進行阻燃處理時，要選擇適合于浙青的阻燃劑，阻燃劑的選擇取決于浙青 的性質、使用環境、加工方法、經濟條件等，其中，阻燃劑對浙青的阻燃能力是最重要的。選 擇阻燃劑時，比較關鍵的是阻燃劑發揮阻燃效果的溫度范圍是否與浙青的熱分解溫度相匹 配。如果阻燃劑和浙青熱穩定性相差很大，就不利于浙青阻燃。阻燃劑的熱降解溫度范圍 和浙青的熱降解溫度范圍應該盡量接近。如果阻燃劑的熱穩定性比浙青好得多，那么在需 要阻燃劑發揮作用時，其可能仍沒有反應，因而產生不了阻燃效果；如果阻燃劑的熱穩定性 比浙青的低的多，阻燃劑將在浙青還沒有熱分解時，已提前失去阻燃效果。所以，選擇的阻 燃劑要與浙青的熱分解溫度相匹配才能達到較好的阻燃效果。可見，隧道浙青路面摻加阻 燃劑應滿足①阻燃效率高，在用量盡可能小的前提下，可賦予基材良好的難燃性、自熄性； ②與浙青的分散性、相溶性好；③穩定性好，在加工期間不分解，能長期保留在浙青中，火災 時發揮阻燃效能；④價格低廉，且無顯著不良作用。綜合考慮各種阻燃劑的阻燃效果，根據阻燃浙青已有研究成果和隧道浙青路面在 火災場中的熱行為及分解產物對生命、財產的危害，并結合隧道半封閉管狀結構、火災時煙 霧排出不暢、人員疏散困難等特點，本專利采用無機阻燃劑，并在某些具體隧道工程的浙青 路面中得到應用。但是，隨著隧道浙青路面層的損壞，阻燃劑也失去了阻燃作用，如何在隧 道浙青路面養護階段保持浙青路面的阻燃效果需要進一步探討。4.隧道浙青路面養護方法隧道浙青路面的養護方法有多種，其中微表處是隧道浙青路面養護的主要方法之 一。微表處是一種由聚合物改性乳化浙青、連續級配集料、填料、水和添加劑，按合理配比均 勻拌和后攤鋪到原路面一層或多層的，能達到迅速開放交通要求的薄層結構。它是在稀漿封層基礎上發展起來的一種新型道路養護方法。因此具有適用范圍更廣、性能更好等特點， 對出現在城市干道、隧道混凝土路面、高速公路和機場道路上的各種病害的修復最為有效， 是功能最完善的道路養護方法之一。微表處是乳化浙青稀漿罩面的最高級形式，它適用于重要交通道路的預防性養護 如高速公路、城市干線、機場跑道等。微表處由聚合物改性乳化浙青、100%軋碎石料、礦物 填料、水和必要的添加劑組成，使用專門的施工設備邊拌和邊攤鋪。微表處可以提高路面的 抗滑能力阻止水分下滲、防止路面的老化與松散，從而有效地延長路面的使用壽命。微表 處的使用可根據路面狀況實施單層或雙層攤鋪，微表處還可以填補已經穩定的車轍。微表 處混合料攤鋪后可在較短的時間內開放交通，具體的時間因各個工程的實際情況而有所不 同。通常12. 7mm厚的封層在24°C以上、濕度50%以下時可在1小時內開放交通，承受車輪 碾壓，但不可有剎車、起步或轉彎。微表處對其組成材料有著極高的要求，它要求石料必須 堅固、耐磨而且是清潔的，石料的級配通常采用中粒式或粗粒式，成型后的厚度一般為5mm 或IOmm左右。微表處所用的乳化浙青必須是經聚合物改性的，通常是采用SBR膠乳，也可采 用SBS改性，其殘留物具有較高的軟化點。早國際上對其要求不盡相同，但一般是采用ISSA 的要求不小于57°C。上述要求是為了保證浙青與石料之間極高的粘附性以及微表處罩面極 佳的耐磨性，從而保證微表處罩面在重交通作用下仍可達到較長的使用壽命。國外的調查 顯示微表處的使用壽命一般為5至6年，長的可達到8年。微表處混合料的設計在稀漿封 層的基礎上增加了 6天的磨耗試驗和碾壓粘砂試驗，以評估其抗水損壞能力及最大浙青用 量，當用于填補車轍時還需要進行碾壓變形測試。除此之外，微表處混合料的油石比可可采 用馬歇爾法或維姆法確定。作為預防性養護技術的微表處也可直接用于新建道路的表面磨 耗層，從而減少昂貴石料的使用，降低工程造價，顯著降低基本消除早期水損壞的發生。因此，如何對隧道浙青路面及時養護，提高隧道浙青路面的使用品質，經養護后仍 然保持浙青路面的阻燃性能，降低隧道火災安全還需要深入研究。
發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種摻加無機阻燃劑的微表處路面養護材料，經 微表處養護處治后，該阻燃路面養護材料能解決隧道浙青路面使用過程的阻燃問題，使隧 道浙青路面在使用過程中始終具有阻燃效果，且摻加無機阻燃劑不影響原來微表處施工工 藝。技術方案針對在隧道浙青路面發生火災燃燒時，隧道路面中浙青起到助燃的特 點。為了使隧道浙青路面使用階段經微表處養護后能繼續使隧道浙青路面具有阻燃效果， 同時具有環保的作用。一方面在隧道浙青路面微表處施工時采用環保型的有機阻燃劑粉末 代替部分礦粉(填料)摻加到混合料中，達到阻燃效果且不改變原混合料的各項性能；另一 方面，在隧道浙青路面微表處施工工藝不變，無需對施工設備進行改進。上述技術方案不改 變原來浙青路面經微表處養護處治后的使用效果。本發明的摻加無機阻燃劑的微表處路面養護材料各組分摻加比例范圍為碎石78 87 %，改性乳化浙青6 % 10 %，填料0. 5 2 %，無機阻燃劑0. 5 % 2%，助劑1 2%，其余為水。無機阻燃劑應滿足的技術要求為
密度 0. 9 1. 7g/cm3 ；有效含量彡85%;熔融溫度彡120°C ；含水率<5%。所述的無機阻燃劑為氫氧化鋁。所述的填料為石灰巖礦粉。所述的助劑為乳化浙 青助劑。有益效果微表處技術是以聚合物改性乳化浙青為黏結料的密級配快凝型冷拌浙 青罩面技術，它施工工藝簡單、成本低、污染小。不僅可以迅速和恢復、改善原隧道浙青路面 的磨損、老化、光滑、松散、坑糟等病害，提高隧道浙青路面的行車性能、可靠性和耐久性，還 能使隧道浙青路面在使用過程中始終具有阻燃效果能力。因此，微表處技術在隧道浙青路 面有著巨大的應用潛力；無機阻燃劑消滅(捕捉)烴類氧化初期產生的活性很強的自由基 (H0.和H-)，抑制連鎖反應的發生；在浙青表面形成被膜，切斷熱能、可燃性氣體、氧氣(空 氣)向浙青內的傳遞；促進碳化物生成，在燃燒表面形成穩定的碳化層，使燃燒終止，產生 自熄現象，達到阻燃、抑煙的目的。這種摻加無機阻燃劑的微表處路面養護材料應用在隧道 浙青路面養護中，在不改變原微表處浙青混合料各項路用性能的前提下，有效提高浙青混 合料的阻燃性，從而解決隧道浙青路面使用過程中防火安全問題。該種配方既不會影響原 路面各種使用性能，又沒有增加施工難度。所以，這種摻加無機阻燃劑的微表處路面養護材 料在隧道浙青路面養護中具有較好的推廣價值。
具體實施例方式本發明摻加無機阻燃劑的微表處路面養護材料各組分比例按照表1摻加。表1摻加無機阻燃劑的微表處路面養護材料各組分比例 (1)施工準備清掃路面上的雜物，必要時用水沖洗原路面，但路面不得有積水。 根據施工的順序，將裝滿材料的封層機開到施工起點，并調整好攤鋪的寬度和厚度。(2)攤鋪根據配合比調整封層機各料門的大小。開啟發動機檢查各部件運轉正 常后，打開出料閥門，待攤鋪內的稀漿混合料達1/2時，啟動封層機，低速前進，進行攤鋪， 一般前進速度為1. 5 3. Okm/h，但應保持稀漿攤鋪量與生產量的基本一致。(3)局部處理混合料攤鋪后，應立即進行人工找平，找平的重點是起點、終點、縱 向接縫，過厚、過薄或不平處，尤其對超大粒徑礦料產生的縱向刮痕，應盡快清除并填平。(4)初期養護與膠輪碾壓在初期養護時間內(即開放交通前)，膠輪壓路機緩慢 駛進正處于初期養護的路段進行碾壓，提高封層粘結力，縮短開放交通時間。在初期養護時 間內不允許任何車輛和行人在封層上通行，否則將影響封層質量。(5)隧道內路面溫度低無陽光照射，溫度偏低，水分不易蒸發，破乳時間長，影響混 合料的早期強度，導致開放交通時表面出現跑砂現象。施工結束2小時后，當封層粘結力達到200N · cm,即可開放交通。
應用實例實例1碎石改性乳化浙青填料水無機阻燃劑助劑88 fi 6.8 17 1.4 1. 2
實例2碎石改性乳化浙青填料水無機阻燃劑助劑83. 3 6. 5 1.5 6. 51. 2 1
實例3碎石改性乳化浙青填料水無機阻燃劑助劑81 4 7 1.87. 2 1. 3 1. 3
實例4碎石改性乳化浙青填料水無機阻燃劑助劑84 6.3 0.86.8 1. 2 0. 9
實例5碎石改性乳化浙青填料水無機阻燃劑助劑82 q 6. 7 1.2 6.81. 3 1. 1。
權利要求
一種摻加無機阻燃劑的微表處路面養護材料，其特征在于該料各組分摻加比例范圍為碎石78～87％，改性乳化瀝青6％～10％，填料0.5～2％，無機阻燃劑0.5％～2％，助劑1～2％，其余為水。
2.根據權利要求1所述的無機阻燃劑與浙青混合的路面的材料，其特征在于無機阻燃 劑應滿足的技術要求為密度 0. 9 1. 7g/cm3 ； 有效含量> 85% ； 熔融溫度彡120°C ； 含水率< 5%。
3.根據權利要求1所述的無機阻燃劑與浙青混合的路面的材料，其特征在于所述的無 機阻燃劑為氫氧化鋁。
4.根據權利要求1所述的無機阻燃劑與浙青混合的路面的材料，其特征在于所述的填 料為石灰巖礦粉。
5.根據權利要求1所述的無機阻燃劑與浙青混合的路面的材料，其特征在于所述的助 劑為乳化浙青助劑。
全文摘要
摻加無機阻燃劑的微表處路面養護材料是一種用于隧道瀝青路面的材料，尤其是一種解決無機阻燃問題的瀝青路面養護混合材料，屬于道路瀝青路面材料制造的技術領域。該混合料的各組分摻加比例范圍碎石78～87％，改性乳化瀝青6％～10％，填料0.5～2％，無機阻燃劑0.5％～2％，助劑1～2％，其余為水。這種無機阻燃劑應用在隧道瀝青路面微表處養護中，在不改變原微表處瀝青混合料各項路用性能的前提下，有效提高隧道瀝青路面使用過程中阻燃性能，從而解決隧道瀝青路面防火安全問題。該種配方既不會影響原路面各種使用性能，又沒有增加施工難度。所以，這種摻加無機阻燃劑的微表處路面養護材料在隧道瀝青路面養護中具有較好的推廣價值。
文檔編號C04B26/26GK101880137SQ20101021040
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月24日 優先權日2010年6月24日
發明者許濤, 趙永利, 黃曉明 申請人:東南大學