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原文传递长大隧道低温阻燃沥青混凝土及其应用研究

论文题名：	长大隧道低温阻燃沥青混凝土及其应用研究
关键词：	长大隧道;阻燃沥青;沥青混凝土路面;热拌沥青混合料;橡胶沥青混凝土;低温施工;温度范围;试验;添加剂;沥青路面;阻燃性能;燃烧性能;测试;粘度;压实;标准;摊铺温度;热拌沥青混凝土;碾压;水损坏
摘要：	长大隧道沥青混凝土路面铺筑施工目前使用的是温度较高的热拌沥青混凝土技术。长大公路隧道中摊铺常规热拌沥青路面对现场施工设备、人员以及沥青路面质量都提出了严峻的挑战。高温沥青混合料在长大隧道相对封闭的空间内必然释放、聚集大量的热量和有害气体。高温容易导致摊铺设备和碾压设备无法正常工作，而沥青高温状态下所释放出的有害气体和辐射热又严重威胁着现场施工人员的身体健康。因此，如果在不牺牲沥青路面长期路用性能的前提下，能采用大幅低于常规热拌沥青混合料的摊铺温度和碾压温度进行隧道沥青路面的摊铺和碾压，将大大改善长大隧道沥青路面的施工环境，对于构建以人为本的和谐社会具有重要现实意义。　　本文在试验研究的基础上，分别从沥青结合料在施工温度范围内的粘度、沥青混合料压实成型过程中的压实能量指数CEI和密实曲线斜率k1、剪应力指标角度解释了掺加低温添加剂的沥青混合料更容易压实的机理。热拌沥青混凝土在较低温度下施工的机理是加入的添加剂能降低沥青结合料在一定温度范围内（拌和温度、摊铺温度或碾压温度范围）的粘度，从而实现在低于热拌沥青混合料的拌和温度、摊铺温度或者碾压温度下进行拌和、摊铺或碾压，这在一定程度上解决了较低温度下沥青混凝土路面碾压不实的工程问题。掺加DAT的沥青混合料的密实曲线斜率k1值比不掺加DAT沥青混合料的密实曲线斜率k1值大，即掺加DAT的沥青混合料比不掺加DAT的沥青混合料在施工过程中更加容易压实。同样地，掺加DAT的沥青混合料的压实能量指数CEI比不掺加DAT沥青混合料的压实能量指数CEI小，也说明了掺加DAT的沥青混合料比不掺加DAT的沥青混合料在施工阶段更加容易压实。　　在压实机理研究的基础上，本文全面分析了目前常用的低温施工沥青混凝土技术，对各种技术沥青混凝土的主要路用性能做了试验研究分析。得出低温施工添加剂SA、SW、SZ的降粘效果与沥青品种或类型有关。SA、SW可以明显降低试验所用基质沥青的粘度，SZ对基质沥青和SBS改性沥青粘度的降低效果较差。三种添加剂SA、SW和SZ可以明显降低橡胶沥青在较高温度和较低温度下粘度的同时，均可以增加橡胶沥青的软化点，使对应橡胶沥青的高温性能得以改善。相比之下，SZ可以更明显降低橡胶沥青在较低施工温度下的粘度，同时可以大幅度提高橡胶沥青的软化点。在降粘方面，SA掺量并不是越高越好，而是存在一个经济掺量(1.5％)即可达到降粘目的。尽管低温施工添加剂SA、SW对基质沥青和SBS改性沥青的降粘效果较SZ好，但SA、SW容易引起沥青混合料抗水损坏性能的下降。SZ和DAT几乎不会降低沥青混合料的抗水损坏性能。室内沥青结合料的降粘试验和橡胶沥青混凝土低温施工模拟试验表明，橡胶沥青更适合于低温施工，其适合的添加剂为SZ或DAT。其中，SZ在大幅降低橡胶沥青粘度的同时，可以大幅提高橡胶沥青混凝土的高温性能，这可以同时解决当前橡胶沥青混凝土施工温度过高、试验检测或设计中橡胶沥青混凝土抗车辙性能差的问题。室内试验和现场试验路表明DAT低温施工技术可以适用于隧道环境施工。　　同时，由于目前阻燃沥青和阻燃沥青混凝土阻燃性能的测试手段和评价方法主要借鉴化工领域的测试方法和标准。沥青路面阻燃性能的评价还没有独立的标准和试验规范，将目前的试验方法和标准应用到沥青混凝土路面阻燃性能的测试和评价方面还存在一定的问题，甚至有些方法根本不适用于阻燃沥青或阻燃沥青混凝土阻燃性能的测试和评价。对于沥青混凝土路面使用的沥青和沥青混合料来说，制定出相应的试验规范和标准，为沥青混凝土路面阻燃性能的评价提供必要的检测评价方法，在公路建设飞速发展的今天具有重要的现实意义。所以，本文接着通过其他行业现有阻燃测试评价方法和标准在沥青方面的应用分析，得出塑料、橡胶和纺织品三种燃烧性能测试标准不适用于沥青燃烧性能的测试，主要是因为现有测试标准在试样尺寸和点火时间上存在较大的差异。通过试验测试分析，提出了沥青阻燃（或燃烧）性能测试方法及其试样的尺寸、点火时间、放置时间要求，沥青阻燃试验的沥青试样尺寸宜取80mm×7mm×4mm或80mm×6mm×4mm，沥青试样点火时间宜大于30s，建议取40s。　　然后，根据隧道低温阻燃沥青混凝土的要求，分析了添加剂SA、SW、SZ、DAT对沥青和阻燃沥青的燃烧性能的影响，得出各种低温添加剂对沥青或沥青混凝土的燃烧性能无不利影响。在沥青中加入SA、SW、SZ、DAT，在不改变沥青燃烧性能的情况下，有效地降低了沥青的粘度，有利于在隧道环境的施工应用。鉴于SA、SW容易引起沥青混合料抗水损坏性能的降低，使用时还应考察相应沥青混凝土的抗水损坏性能。　　最后，通过试验发现沥青混凝土中正常含量矿粉的加入会大幅影响沥青的燃烧特性，加入矿粉形成的沥青胶浆，其氧指数可超过25，达到甚至超过市场上一般阻燃沥青产品的阻燃效果。提出了应重新审视沥青的阻燃标准。
作者：	彭建康
专业：	交通运输规划与管理
导师：	刘小明
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京工业大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文