专利名称：环保型隧道用阻燃沥青玛蹄脂碎石混合料的制作方法
技术领域：
本发明是一种用于隧道沥青路面的材料，尤其是一种解决阻燃及环保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：
1.隧道火灾事故调查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。
据调查，近年来国内曾发生多起因公路隧道火灾而引发的沥青路面燃烧的事故。2002年1月10日，一辆河南的东风大货车满载皮鞋、打火机和透明胶片等杂货由南朝北行驶，行至浙江甬台温高速公路猫狸岭隧道左洞(上行线)距隧道出口780m附近时，发生火灾，整个火灾持续时间约2小时，虽无人员伤亡，但造成交通中断18天，造成巨大直接与间接经济损失；2003年9月5日，一辆从习水开往贵阳的大客车驶到贵遵路53公里处，和前面一辆装满黄磷的货车发生追尾，车上黄磷着火燃烧起来引起路面燃烧；2004年3月19日，位于高速公路北京方向塔山服务区附近一辆满载25吨燃料油的油罐车与前方行驶的货车追尾发生火灾，火势燃烧猛烈，路面燃烧面积达400平方米；2005年2月22日一辆满载着600啤酒瓶箱子的平头加长卡车，行驶在民吉高速公路12公里处时忽然起火，损失十几万元，约3平方米的高速公路路面被烧毁。
公路隧道中的火灾事故是个国际性的问题，在国外也时有发生，从上世纪80年代以来，在世界上许多国家均发生过非常严重的隧道火灾事故。
1991年，日本大坂至名古屋的高速公路上，是日本的大动脉，全长2045米，里面设施齐全而先进，有电视监控系统，1000多只水喷淋，40多个消火栓，300多个探测器。但是发生火灾后，水喷淋工作80分钟后就停止喷水，高温使电视监控系统失去作用，产生的大量浓烟超过了通风系统的排烟能力；1995年4月10日奥地利Phaender隧道车祸并起火造成3人死亡；1996年11月18目的火灾事故发生在法国和英国之间的英法海底隧道；1996年3月18日意大利Palemo隧道油罐车爆炸造成5人死亡；1999年3月24日发生在法国与意大利之间的勃朗峰(Mont-B工anc)隧道，死亡41人，36辆汽车被毁，燃烧了53小时；1999年5月29日奥地利中部穿越阿尔卑斯山的陶恩隧道(Tauern Motorway Tunnel)火灾，由于后方的大货车高速撞在前方停放的小汽车上而导致大火，灭火措施均告失败，火灾造成了14辆货车、26辆小汽车烧毁，12人死亡，49人受伤；2001年10月24日，世界最长的运营公路隧道之一的瑞士St Gothard隧道发生火灾，造成11人死亡，事故发生在距隧道南口1.5km处，一辆行驶的货车由于轮胎爆裂而突然转向逆行车道，并与对面驶来的货车相撞起火，其中一辆车上所载的轮胎使火灾情况更加严重，在200m的范围内，大火的温度高达1200摄氏度，引起隧道顶板大块坍塌；2003年6月6日上午9时10分左右，韩国首都汉城弘智门隧道发生一辆公共汽车与一辆吉普车在隧道里相撞并引起大火，约30人受伤。
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。
造成隧道火灾事故的原因是多方面的，归纳起来有如下四个方面首先，是汽车本身发生火灾引起隧道火灾。引起汽车火灾的原因是电气线路老化，发动机部位有混合气体泄漏，从而引起短路起火、汽化器起火，载重汽车气动系统起火。如1964年日本关门隧道大火就是汽车电气线路故障引起的。据资料分析，汽车大约每行车1000万公里平均发生0.5～1.5次火灾。
其次，货车上的货物引起火灾。隧道内各种车辆通过，它们所载货物有的是可燃或易燃物品，遇明火发生燃烧或自燃。如1949美国纽约“荷兰”隧道火灾，1977年日木都夫良野隧道火灾，是由于货物遇火种引起燃烧造成的。
第三，车辆互相撞击起火。隧道内由于道路比较狭小，能见度较差，情况比较复杂，容易发生车辆相撞事故。如1978年荷兰凡尔逊隧道火灾，1979年日本烧津隧道火灾，都是由于在隧道内发生交通事故、车辆互相撞击引起的。
最后，隧道内电气线路或电器设备短路起火。近年来交通密度增大，危险品运输量增多，车辆行驶速度加快隧道的数量和长度在不断增加是隧道火灾发生的一个诱因。
2.隧道路面类型发展的趋势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。而且一般阻燃剂在高温的环境下，会产生大量的烟雾和有毒气体，不仅阻止了救援工作开展，还严重污染了环境。
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及环保问题需要进一步研究。
3.阻燃沥青的应用沥青燃烧的过程，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环保型隧道用阻燃沥青玛蹄脂碎石混合料，该阻燃混合料能有效阻止隧道沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)路面的燃烧，同时具有环保的作用。
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，从两个方面来组织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，在沥青中添加环保型有机阻燃剂，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、有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％；有机阻燃剂占SMA沥青混合料的总重量比例范围1.0％～1.2％；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92.3％～93.2％。
各组分最佳比例为矿物纤维∶有机阻燃剂∶沥青∶碎石＝0.4％∶1.1％∶5.7％∶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。
有机阻燃剂应满足的技术要求为密度1.2～2.0g/cm3；有效含量≥70％；熔融温度≥120℃；含水率＜5％；燃点≥260℃。
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；有机阻燃剂消灭(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。这种环保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，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及环保问题。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，这种环保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。
具体实施例方式
本发明的环保型隧道用阻燃沥青玛蹄脂碎石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％；有机阻燃剂1.0％～1.2％；沥青5.5％～6.0％；碎石92.3％～93.2％。
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。
有机阻燃剂应满足的技术要求为密度1.2～2.0g/cm3；有效含量≥70％；熔融温度≥120℃；含水率＜5％；燃点≥260℃。
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∶有机阻燃剂∶沥青∶碎石＝0.3％∶1.2％∶5.8％∶92.7％，实例2矿物纤维∶有机阻燃剂∶沥青∶碎石＝0.5％∶1.0％∶5.9％∶92.6％，实例3矿物纤维∶有机阻燃剂∶沥青∶碎石＝0.4％∶1.1％∶5.7％∶92.8％，实例4矿物纤维∶有机阻燃剂∶沥青∶碎石＝0.3％∶1.1％∶5.9％∶92.7％。
权利要求
1.一种环保型隧道用阻燃沥青玛蹄脂碎石混合料，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％；有机阻燃剂1.0％～1.2％；沥青5.5％～6.0％；碎石92.3％～93.2％。
2.根据权利要求1所述的环保型隧道用阻燃沥青玛蹄脂碎石混合料，其特征在于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。
3.根据权利要求1所述的环保型隧道用阻燃沥青玛蹄脂碎石混合料，其特征在于有机阻燃剂应满足的技术要求为密 度1.2～2.0g/cm3；有效含量≥70％；熔融温度≥120℃；含水率＜5％；燃 点≥260℃。
全文摘要
环保型隧道用阻燃沥青玛蹄脂碎石混合料是一种解决阻燃及环保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％；有机阻燃剂1.0％～1.2％；沥青5.5％～6.0％；碎石92.3％～93.2％，矿物纤维应满足的技术要求为密度≥2.5g/cm
文档编号C04B14/04GK101062855SQ20071002145
公开日2007年10月31日 申请日期2007年4月13日 优先权日2007年4月13日
发明者黄晓明, 赵永利, 李昶 申请人:东南大学