專利名稱：環(huán)保型隧道用阻燃瀝青瑪蹄脂碎石混合料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于隧道瀝青路面的材料，尤其是一種解決阻燃及環(huán)保問(wèn)題的路面混合材料，屬于道路瀝青路面材料制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1.隧道火災(zāi)事故調(diào)查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(nèi)由于相對(duì)封閉，隧道火災(zāi)不僅造成隧道設(shè)施和隧道結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重毀壞，引起短則數(shù)天，長(zhǎng)則數(shù)十天甚至更長(zhǎng)時(shí)間的道路交通中斷，還會(huì)嚴(yán)重威脅人的生命、財(cái)產(chǎn)安全，造成無(wú)法估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失。隧道內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)，大量煙、熱不易排除，洞內(nèi)煙霧彌漫，照明破壞，能見(jiàn)度下降而且伴有高溫和毒氣，給安全疏散和援救帶來(lái)很大困難。同時(shí)，由隧道外的快速車道上行來(lái)的車輛進(jìn)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(fā)生車輛事故，后面車上的駕駛員不易發(fā)現(xiàn)，從而造成大量車輛堵塞，加劇火災(zāi)的發(fā)展。特別是瀝青混凝土隧道路面，瀝青材料由于其本身具有明顯的可燃性，并且在燃燒時(shí)產(chǎn)生大量煙霧，將對(duì)人身安全產(chǎn)生重大危害。近年來(lái)，由于國(guó)內(nèi)外大型隧道中的火災(zāi)而引起的重大傷亡事故，使大型隧道的防火防災(zāi)受到普遍重視，這也成為推廣隧道瀝青路面必須跨越的巨大障礙。
據(jù)調(diào)查，近年來(lái)國(guó)內(nèi)曾發(fā)生多起因公路隧道火災(zāi)而引發(fā)的瀝青路面燃燒的事故。2002年1月10日，一輛河南的東風(fēng)大貨車滿載皮鞋、打火機(jī)和透明膠片等雜貨由南朝北行駛，行至浙江甬臺(tái)溫高速公路貓貍嶺隧道左洞(上行線)距隧道出口780m附近時(shí)，發(fā)生火災(zāi)，整個(gè)火災(zāi)持續(xù)時(shí)間約2小時(shí)，雖無(wú)人員傷亡，但造成交通中斷18天，造成巨大直接與間接經(jīng)濟(jì)損失；2003年9月5日，一輛從習(xí)水開(kāi)往貴陽(yáng)的大客車駛到貴遵路53公里處，和前面一輛裝滿黃磷的貨車發(fā)生追尾，車上黃磷著火燃燒起來(lái)引起路面燃燒；2004年3月19日，位于高速公路北京方向塔山服務(wù)區(qū)附近一輛滿載25噸燃料油的油罐車與前方行駛的貨車追尾發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)燃燒猛烈，路面燃燒面積達(dá)400平方米；2005年2月22日一輛滿載著600啤酒瓶箱子的平頭加長(zhǎng)卡車，行駛在民吉高速公路12公里處時(shí)忽然起火，損失十幾萬(wàn)元，約3平方米的高速公路路面被燒毀。
公路隧道中的火災(zāi)事故是個(gè)國(guó)際性的問(wèn)題，在國(guó)外也時(shí)有發(fā)生，從上世紀(jì)80年代以來(lái)，在世界上許多國(guó)家均發(fā)生過(guò)非常嚴(yán)重的隧道火災(zāi)事故。
1991年，日本大坂至名古屋的高速公路上，是日本的大動(dòng)脈，全長(zhǎng)2045米，里面設(shè)施齊全而先進(jìn)，有電視監(jiān)控系統(tǒng)，1000多只水噴淋，40多個(gè)消火栓，300多個(gè)探測(cè)器。但是發(fā)生火災(zāi)后，水噴淋工作80分鐘后就停止噴水，高溫使電視監(jiān)控系統(tǒng)失去作用，產(chǎn)生的大量濃煙超過(guò)了通風(fēng)系統(tǒng)的排煙能力；1995年4月10日奧地利Phaender隧道車禍并起火造成3人死亡；1996年11月18目的火災(zāi)事故發(fā)生在法國(guó)和英國(guó)之間的英法海底隧道；1996年3月18日意大利Palemo隧道油罐車爆炸造成5人死亡；1999年3月24日發(fā)生在法國(guó)與意大利之間的勃朗峰(Mont-B工anc)隧道，死亡41人，36輛汽車被毀，燃燒了53小時(shí)；1999年5月29日奧地利中部穿越阿爾卑斯山的陶恩隧道(Tauern Motorway Tunnel)火災(zāi)，由于后方的大貨車高速撞在前方停放的小汽車上而導(dǎo)致大火，滅火措施均告失敗，火災(zāi)造成了14輛貨車、26輛小汽車燒毀，12人死亡，49人受傷；2001年10月24日，世界最長(zhǎng)的運(yùn)營(yíng)公路隧道之一的瑞士St Gothard隧道發(fā)生火災(zāi)，造成11人死亡，事故發(fā)生在距隧道南口1.5km處，一輛行駛的貨車由于輪胎爆裂而突然轉(zhuǎn)向逆行車道，并與對(duì)面駛來(lái)的貨車相撞起火，其中一輛車上所載的輪胎使火災(zāi)情況更加嚴(yán)重，在200m的范圍內(nèi)，大火的溫度高達(dá)1200攝氏度，引起隧道頂板大塊坍塌；2003年6月6日上午9時(shí)10分左右，韓國(guó)首都漢城弘智門(mén)隧道發(fā)生一輛公共汽車與一輛吉普車在隧道里相撞并引起大火，約30人受傷。
調(diào)查結(jié)果表明，隧道火災(zāi)的自身特點(diǎn)也導(dǎo)致其破壞性比一般建筑火災(zāi)要大得多?；馂?zāi)一旦發(fā)生，很短時(shí)間內(nèi)就達(dá)到很高的溫度，使人員難以迅速逃生，不僅能引燃隧道內(nèi)部的瀝青路面、洞壁裝修，而且對(duì)襯砌產(chǎn)生巨大的損壞，致使結(jié)構(gòu)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(yùn)營(yíng)；火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的大量有毒煙霧，降低隧道內(nèi)的能見(jiàn)度，影響入員和車輛的逃生以及救援工作的開(kāi)展。因而，一般發(fā)生大規(guī)模的隧道火災(zāi)，都會(huì)造成大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。如何根據(jù)隧道火災(zāi)事故的特點(diǎn)，盡量減少隧道火災(zāi)的發(fā)生，選擇合理的路面結(jié)構(gòu)及材料，使其具有抗滑、阻燃性能具有重要的意義。
造成隧道火災(zāi)事故的原因是多方面的，歸納起來(lái)有如下四個(gè)方面首先，是汽車本身發(fā)生火災(zāi)引起隧道火災(zāi)。引起汽車火災(zāi)的原因是電氣線路老化，發(fā)動(dòng)機(jī)部位有混合氣體泄漏，從而引起短路起火、汽化器起火，載重汽車氣動(dòng)系統(tǒng)起火。如1964年日本關(guān)門(mén)隧道大火就是汽車電氣線路故障引起的。據(jù)資料分析，汽車大約每行車1000萬(wàn)公里平均發(fā)生0.5～1.5次火災(zāi)。
其次，貨車上的貨物引起火災(zāi)。隧道內(nèi)各種車輛通過(guò)，它們所載貨物有的是可燃或易燃物品，遇明火發(fā)生燃燒或自燃。如1949美國(guó)紐約“荷蘭”隧道火災(zāi)，1977年日木都夫良野隧道火災(zāi)，是由于貨物遇火種引起燃燒造成的。
第三，車輛互相撞擊起火。隧道內(nèi)由于道路比較狹小，能見(jiàn)度較差，情況比較復(fù)雜，容易發(fā)生車輛相撞事故。如1978年荷蘭凡爾遜隧道火災(zāi)，1979年日本燒津隧道火災(zāi)，都是由于在隧道內(nèi)發(fā)生交通事故、車輛互相撞擊引起的。
最后，隧道內(nèi)電氣線路或電器設(shè)備短路起火。近年來(lái)交通密度增大，危險(xiǎn)品運(yùn)輸量增多，車輛行駛速度加快隧道的數(shù)量和長(zhǎng)度在不斷增加是隧道火災(zāi)發(fā)生的一個(gè)誘因。
2.隧道路面類型發(fā)展的趨勢(shì)由于我國(guó)修建大型公路隧道的歷史較短，我國(guó)對(duì)隧道路面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)型式單一。一方面是因?yàn)樗嗷炷谅访鎻?qiáng)度高、使用壽命較長(zhǎng)，比較符合隧道內(nèi)不宜經(jīng)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(yōu)質(zhì)瀝青產(chǎn)量較少，大部分需要進(jìn)口，造價(jià)高。同時(shí)，20世紀(jì)90年代在歐洲長(zhǎng)大隧道中曾發(fā)生火災(zāi)，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(zhǎng)，維修困難等缺點(diǎn)；水泥路面的耐磨性差，表面抗滑性能較差，常引起隧道內(nèi)的交通事故。據(jù)測(cè)定隧道內(nèi)的水泥混凝土路面在潮濕狀態(tài)下，其摩擦系數(shù)僅為干燥狀態(tài)下的40％，僅是瀝青混凝土路面的25％；由于長(zhǎng)大隧道是相對(duì)封閉的管狀結(jié)構(gòu)，隧道內(nèi)的噪音要遠(yuǎn)高于隧道外的噪聲，噪聲在隧道內(nèi)會(huì)產(chǎn)生共振、疊加現(xiàn)象，使得隧道內(nèi)噪聲更大，且隧道內(nèi)噪聲持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，不易消散，噪音影響了隧道的運(yùn)行環(huán)境。為了提高表面抗滑性和行駛舒適性，降低噪音，有時(shí)在原水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土表面層或在新建隧道中鋪設(shè)瀝青混凝土路面。
國(guó)內(nèi)早期修建的隧道路面中大多數(shù)為水泥混凝土路面，但是，近年來(lái)隨著科技的進(jìn)步、施工技術(shù)的發(fā)展及瀝青阻燃技術(shù)的發(fā)展，使得瀝青混凝土的耐火性能有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，再加上人們對(duì)隧道內(nèi)行駛舒適性要求的不斷提高，瀝青混凝土路面又逐漸為人們所青睞。自2001年以后已開(kāi)始有部分長(zhǎng)大隧道開(kāi)始采用瀝青混凝土路面，2003年開(kāi)通的雁門(mén)關(guān)隧道長(zhǎng)5300m，采用了瀝青混凝土路面，為瀝青混凝土路面在超長(zhǎng)隧道中的應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。據(jù)調(diào)查，國(guó)外的隧道路面廣泛采用瀝青路面。歐洲的大部分國(guó)家和美國(guó)在隧道中主要采用瀝青混凝土路面，如16km長(zhǎng)的意大利勃朗峰隧道、6.4km長(zhǎng)的奧地利托恩隧道、14km長(zhǎng)的奧地利Arberg隧道、17km長(zhǎng)的瑞士圣哥達(dá)隧道等均采用了瀝青路面結(jié)構(gòu)形式。德國(guó)、日本的隧道路面普遍采用澆注式瀝青混凝土結(jié)構(gòu)型式，為了提高路面的抗滑性和亮度，在澆注式瀝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(yōu)良，照明度良好，使用壽命延長(zhǎng)，是一種較為理想的隧道路面結(jié)構(gòu)型式。
為了達(dá)到抗滑、降噪、舒適、耐久的要求，隧道瀝青路面常常選用SMA(瀝青瑪蹄脂碎石混合料)路面。該種路面是由瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉和少量的細(xì)集料組成的間斷級(jí)配混合料鋪筑而成，具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性(抗車轍性能)、耐久性(包括水穩(wěn)定性、耐疲勞性和抗老化性能)、表面抗滑性、低噪音等特點(diǎn)。但是，SMA路面瀝青用量比一般瀝青路面高1％以上，而且摻加0.3％左右(同集料重量比)的可燃性木質(zhì)素纖維作為穩(wěn)定劑，在隧道瀝青路面發(fā)生火災(zāi)燃燒時(shí)，瀝青和木質(zhì)素纖維均會(huì)起到助燃的作用，增加了隧道火災(zāi)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(huán)境下，會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧和有毒氣體，不僅阻止了救援工作開(kāi)展，還嚴(yán)重污染了環(huán)境。
由此可見(jiàn)，隧道路面采用瀝青路面已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，且常常選用SMA路面，但是，如何防止瀝青路面在隧道火災(zāi)時(shí)燃燒及環(huán)保問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。
3.阻燃瀝青的應(yīng)用瀝青燃燒的過(guò)程，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(shì)蔓延擴(kuò)大，釀成火災(zāi)。瀝青的燃燒是一個(gè)放熱、分解的物理化學(xué)過(guò)程，燃燒中分解出氫、甲烷、苯及烷烴類易燃?xì)怏w。這些氣體的燃燒又進(jìn)一步加快了瀝青的熱分解。所以瀝青火災(zāi)的特點(diǎn)是來(lái)勢(shì)猛、擴(kuò)展快、范圍廣、損失大。
瀝青的阻燃研究，是在化工材料的阻燃研究基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的，我國(guó)較早的就制定了各類化工材料的燃燒性能規(guī)范，如紡織品燃燒性能試驗(yàn)(GB T 5454-1997)、玻璃纖維增強(qiáng)塑料燃燒性能試驗(yàn)(GB 8924-1988)、橡膠燃燒性能測(cè)定(GB10707-1989)、絕緣液體燃燒性能試驗(yàn)方法(GB T 16581-1996)、塑料燃燒性能試驗(yàn)(GB 2406-1980)等。
目前常用的阻燃劑可分為有機(jī)類、無(wú)機(jī)類和復(fù)合類。常用的有機(jī)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(wú)機(jī)阻燃劑包括氫氧化鋁、硼酸鋅、三氧化二銻等；復(fù)合阻燃劑是有多種阻燃劑復(fù)合而成，可發(fā)揮各阻燃劑的優(yōu)點(diǎn)，從而起到良好的效果。已有的試驗(yàn)結(jié)果表明，阻燃劑的加入，對(duì)瀝青混合料的路用性能的影響較小，但可有效提高瀝青的氧指數(shù)，從而起到阻燃作用。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)保型隧道用阻燃瀝青瑪蹄脂碎石混合料，該阻燃混合料能有效阻止隧道瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)路面的燃燒，同時(shí)具有環(huán)保的作用。
技術(shù)方案為了克服在隧道瀝青路面發(fā)生火災(zāi)燃燒時(shí)，SMA隧道路面中瀝青和木質(zhì)素纖維均會(huì)起到助燃的缺點(diǎn)。為了有效阻止隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)SMA路面燃燒，從兩個(gè)方面來(lái)組織SMA路面燃燒。一方面在SMA隧道路面施工時(shí)采用不燃的礦物纖維代替助燃的木質(zhì)素纖維；另一方面，在瀝青中添加環(huán)保型有機(jī)阻燃劑，對(duì)瀝青進(jìn)行阻燃改性。上述技術(shù)方案不改變?cè)瓉?lái)SMA路面的使用性能。本發(fā)明礦物纖維、有機(jī)阻燃劑按照如下比例添加，礦物纖維占SMA瀝青混合料的總重量比例范圍0.3％～0.5％；有機(jī)阻燃劑占SMA瀝青混合料的總重量比例范圍1.0％～1.2％；瀝青占SMA瀝青混合料的總重量比例范圍5.5％～6.0％；碎石占SMA瀝青混合料的總重量比例范圍92.3％～93.2％。
各組分最佳比例為礦物纖維∶有機(jī)阻燃劑∶瀝青∶碎石＝0.4％∶1.1％∶5.7％∶92.8％。
礦物纖維應(yīng)滿足的技術(shù)要求為密度≥2.5g/cm3；抗拉強(qiáng)度3500MPa；彈性模量85GPa；斷裂延伸率2.5％；
最高工作溫度500℃；長(zhǎng)度≯6mm。
有機(jī)阻燃劑應(yīng)滿足的技術(shù)要求為密度1.2～2.0g/cm3；有效含量≥70％；熔融溫度≥120℃；含水率＜5％；燃點(diǎn)≥260℃。
有益效果礦物纖維具有耐高溫(可達(dá)650℃以上)、隔熱效果好、無(wú)熔融滴落、無(wú)熱收縮、極限氧指數(shù)大于68等優(yōu)點(diǎn)，采用其取代原來(lái)SMA路面中可燃的木質(zhì)素纖維，可以起到一定阻燃效果；有機(jī)阻燃劑消滅(捕捉)烴類氧化初期產(chǎn)生的活性很強(qiáng)的自由基(HO.和H-)，抑制連鎖反應(yīng)的發(fā)生；在瀝青表面形成被膜，切斷熱能、可燃性氣體、氧氣(空氣)向?yàn)r青內(nèi)的傳遞；促進(jìn)碳化物生成，在燃燒表面形成穩(wěn)定的碳化層，使燃燒終止，產(chǎn)生自熄現(xiàn)象，達(dá)到阻燃、抑煙的目的。這種環(huán)保型瀝青阻燃劑和礦物纖維應(yīng)用在隧道SMA路面中，在不改變?cè)瓰r青混合料各項(xiàng)路用性能的前提下，提高瀝青混合料的阻燃性，從而解決隧道瀝青路面防火安全及環(huán)保問(wèn)題。該種配方既不會(huì)影響原路面各種使用性能，又沒(méi)有增加施工難度，所以，這種環(huán)保型隧道用阻燃瀝青瑪蹄脂碎石混合料具有較好的推廣價(jià)值。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的環(huán)保型隧道用阻燃瀝青瑪蹄脂碎石混合料的組分按占瀝青混合料的總重量比例計(jì)礦物纖維0.3％～0.5％；有機(jī)阻燃劑1.0％～1.2％；瀝青5.5％～6.0％；碎石92.3％～93.2％。
礦物纖維應(yīng)滿足的技術(shù)要求為密度≥2.5g/cm3；抗拉強(qiáng)度3500MPa；彈性模量85GPa；斷裂延伸率2.5％；最高工作溫度500℃；長(zhǎng)度≯6mm。
有機(jī)阻燃劑應(yīng)滿足的技術(shù)要求為密度1.2～2.0g/cm3；有效含量≥70％；熔融溫度≥120℃；含水率＜5％；燃點(diǎn)≥260℃。
1)根據(jù)拌和樓每盤(pán)生產(chǎn)能力，計(jì)算每盤(pán)需要阻燃劑和礦物纖維的用量，然后將阻燃劑和礦物纖維分別制成小包裝，用人工或傳送帶投遞到拌和樓的拌缸內(nèi)；2)先將加熱到180～190℃的各種規(guī)格的碎石按照一定的級(jí)配經(jīng)稱量后自動(dòng)放入拌和樓的拌缸內(nèi)干拌約5秒，再將阻燃劑和礦物纖維加入到拌缸內(nèi)，進(jìn)行干拌約10秒，使阻燃劑和礦物纖維均勻分布在碎石中；3)將已加熱到160～170℃的熱瀝青按照設(shè)計(jì)用量加入到拌缸內(nèi)進(jìn)行攪拌約40秒，直到碎石上裹滿瀝青，無(wú)花白料、均勻?yàn)橹埂?br> 4)放料?？刂苹旌狭系某鰣?chǎng)溫度在170～180℃之間，不得高于185℃。到現(xiàn)場(chǎng)的攤鋪溫度不得低于160℃。
應(yīng)用實(shí)例實(shí)例1礦物纖維∶有機(jī)阻燃劑∶瀝青∶碎石＝0.3％∶1.2％∶5.8％∶92.7％，實(shí)例2礦物纖維∶有機(jī)阻燃劑∶瀝青∶碎石＝0.5％∶1.0％∶5.9％∶92.6％，實(shí)例3礦物纖維∶有機(jī)阻燃劑∶瀝青∶碎石＝0.4％∶1.1％∶5.7％∶92.8％，實(shí)例4礦物纖維∶有機(jī)阻燃劑∶瀝青∶碎石＝0.3％∶1.1％∶5.9％∶92.7％。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)保型隧道用阻燃瀝青瑪蹄脂碎石混合料，其特征在于該混合料的組分按占瀝青混合料的總重量比例計(jì)礦物纖維0.3％～0.5％；有機(jī)阻燃劑1.0％～1.2％；瀝青5.5％～6.0％；碎石92.3％～93.2％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型隧道用阻燃瀝青瑪蹄脂碎石混合料，其特征在于礦物纖維應(yīng)滿足的技術(shù)要求為密 度≥2.5g/cm3；抗拉強(qiáng)度3500MPa；彈性模量85GPa；斷裂延伸率2.5％；最高工作溫度500℃；長(zhǎng)度≯6mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)保型隧道用阻燃瀝青瑪蹄脂碎石混合料，其特征在于有機(jī)阻燃劑應(yīng)滿足的技術(shù)要求為密 度1.2～2.0g/cm3；有效含量≥70％；熔融溫度≥120℃；含水率＜5％；燃 點(diǎn)≥260℃。
全文摘要
環(huán)保型隧道用阻燃瀝青瑪蹄脂碎石混合料是一種解決阻燃及環(huán)保問(wèn)題的路面混合材料，該混合料的組分按占瀝青混合料的總重量比例計(jì)礦物纖維0.3％～0.5％；有機(jī)阻燃劑1.0％～1.2％；瀝青5.5％～6.0％；碎石92.3％～93.2％，礦物纖維應(yīng)滿足的技術(shù)要求為密度≥2.5g/cm
文檔編號(hào)C04B14/04GK101062855SQ20071002145
公開(kāi)日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
發(fā)明者黃曉明, 趙永利, 李昶 申請(qǐng)人:東南大學(xué)