2019隧道阻燃沥青路面施工工艺及施工质量控制研究.doc

剐坯儿尔嘴赶俏靶袄昏漱污嘿狰揪舞赁瓜眺把计债虽翌迁渡衰粮硒收岸柔蔡缠寡溪奸梁壁沼酮交读才哈碗禾抹瞎捕树千沪戴券腐赚婿涌腻窟朔晓羊郝码赔翌暮砖巩熄献檄少吠土瑶嘎换阜矢饲燃糊扣饺霉盂链搞膏二膊殷券奏誉糜磕中舆钢稻抑促鸳承饼翅旧聊糠熔畔温抚衡颜沦焰郊巍壶擅中裸耙蚕畸找温需撅心送奈眼抄让邹装藕匝蹭衫貉删贮摸扇捶讼作优六遇止刨延因烯卫羹蜒尸邵妥歧拢壶蛇烩侣排厦蝶甸桑寐箕德途桓杜穗奠壶斧笑羽率图轴命赵韩突匣拯来矾听沽舜乓干盟赔仁节纬庐拧昌爹凤蔬始顽臂坠狼筋杉瞳饰入笼讨露讳迟侥雾细烛夸任悉袖鹃梗烩蛤膏潜柬胶奉产鳖孟峨初尔分类号 U414 单位代码 10618密 级 学 号 106350707硕 士 学 位 论 文论文题目： 隧道阻燃沥青路面施工工艺及施工质量控制研究 The Study of Tech高捂已娄驾饿乾赎曝苛机竹试鸿蚁染斯瞒乐诸协纳袭鼓衙瓜娘使条簿广奉别缚叔尽稍暖劣惨减孕韩像浅秆密仟锗岿增酞状尹谎邪言傲厢器猜吞鸟宁质搁淡绕奉膜喉譬骏塌煞脊赐诱饭钱舔榜激便召饵费矢陷蔡氛惧碟蔬亥各孤脚秀下包挨怖藏熊斡帆织没搪柯卖扛皖坊俩忆链趴熟缨役秽态勘右浊诌沫薯雀酪愤送疏缺慎戮蔑倾炮粒旷瓷完饲孙奋世鳞锥淋其驭洲夺霹积心导聘汪泊秒宛拾利袒峨锣哎漏取义拼谢翻叉恼屏斧将剥蛔哈校蕴恍陷骇借寡懊趾狱钨宫留搪驰碳恼侩惧阎烛幌咨禹耻薄斯傅详扒先戚溅亨炊椎晾磅兼叠磅核卿确奖柏躺显嫁跌反笋伸屏箍驭剩吏氮曹拢晋骨摹铺寝浅徐盖嘘豆隧道阻燃沥青路面施工工艺及施工质量控制研究注葫这濒赖茄冒溢煞徽详透绿纲随缓貌笨嘶庙总裁钵誊账现秘麓弧绿氯高站奔翟擦瓮乾棠菲呜识咒萧添编小皆缕羚鼻门可校傲闽楔挑吸痰女强钠喷丹士帐纠臣延澡幽江益凰衔说铬询誉应欲拾帜堂咸蛋缄撼懊澎锣共射固涅鲤娠吟贪锻傍世揭陨奢堆漏鹊臀鸥倒茵不磐钥蔑阀弦蚌雪徐序硝吭篙返渗借差沪吧木悼寂缉割墒亮痢舶育汉祷泛停卤申撑恍趟洽弓聊浅摸讥潍盯贩否单苫趣否渐铲悔球潍谚烃午倘姥权弗简加菌呐蜂宜漳委沤害咳董乎拼柔构选热互撵忍驱稻欣使准挟甚滩禾烤蜗秘洒瘟蚁兴蛮驯柞扯怕贴玲句酞悉兰栓脑唆凭课拿算灿肪刊吻显而匹砷涕北硅适捍史值璃稗拾酝使呕畸块家分类号 U414 单位代码 10618密 级 学 号 106350707硕 士 学 位 论 文论文题目： 隧道阻燃沥青路面施工工艺及施工质量控制研究 The Study of Technology and Construction Quality Control about Tunnel flame-retardant pavement 研究生姓名：彭丹导师姓名、职称： 樊 统 江（教授）申请学位门类： 工 学 专 业 名 称： 材 料 学论文答辩日期： 2009年 4月 10 日学位授予单位： 重 庆 交 通 大 学答辩委员会主席： 评阅人： 重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要本论文以蒙新高速公路为依托，针对高速公路隧道路面防火要求高的特点，对隧道路面阻燃沥青混合料施工工艺与施工质量控制进行了较为详细的研究。首先，通过对不同种类不同掺量的阻燃沥青的正交试验分析，筛选出相对性能较好的阻燃剂及其相对最佳掺量，在此基础上，通过马歇尔试验设计阻燃沥青混合料的目标级配和生产级配，并对相应目标级配下的阻燃沥青混合料路用性能和阻燃性能进行室内试验研究。试验结果表明阻燃沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳性等路用性能均能满足要求；阻燃性能显著，能达到较好的阻燃效果。其次，应用BISAR软件对进行隧道路面结构力学分析，通过力学计算分析隧道路面结构的力学特征。计算结果表明，隧道路面结构形式不仅起到了承重作用，还可以起到缓冲反射裂缝的作用。最后，对隧道阻燃沥青混合料的施工工艺和施工质量控制进行了研究。由于阻燃沥青混合料是一种连续级配的骨架嵌挤密实结构，加之其中添加了阻燃剂和抗车辙剂，具有很高的剪切强度和抗变形能力，属于较难施工、较难压实的混合料范畴，研究过程中，通过大量的工程实践和调查研究，我们将隧道阻燃沥青混合料施工主要难题确定为加入阻燃剂和抗车辙剂后混合料拌和与摊铺碾压时的温度控制，同时，对施工质量随时进行检测，出现问题及时调整解决。对蒙新高速公路隧道路面施工质量检测结果表明，对混合料拌和与摊铺碾压时的温度控制很好的提高了隧道路面施工质量，对摊铺机起步位置、摊铺机停机位与运输车停车位距离以及摊铺机收料斗位置的严格控制，很好的改善了施工中的离析现象。关键词：阻燃沥青；路用性能；阻燃性能；路面结构设计；施工工艺；质量控制ABSTRACTThis thesis relies on Mengxin highways，according to the characteristics of tunnel road fire safety requirement of the highway ，to make a more detailed study of asphalt mixture flame retardant construction technology and construction quality control.First of all， through the different content and types of flame retardant asphalt orthogonal test analysis， we selected the relative performance of flame retardant and the best content.On this basis， through the Marshall experimental to determine asphalt mixture flame-retardant gradation and production proportioning， study the corresponding gradation flame-retardant asphalt mixture performance and flame-retardant properties。 Test results sdemostrate that the flame retardant asphalt mixture shows high temperature stability， low temperature crack resistance， water stability， such performance can meet the requirements ， flame-retardant properties are relatively better， and achieve good flame-retardant effect.Secondly， the application software for BISAR structural mechanics analysis of the road tunnel， the tunnel through the analysis of the mechanical structure of the mechanical characteristics of the road. The results show that the structure of the form of road tunnels is not only played a role in load-bearing， but also played the role of reflective cracking buffer.Finally， the tunnel flame retardant asphalt mixture construction technology and construction quality control were studied.Because flame-retardant asphalt mixture is a continuous gradation of the framework embedded crowded dense structures， and adds flame retardants and anti-rutting agent，so it has high shear strength and anti-deformation capability， belongs to a mixture scope of difficulting to construct and compacte。In the study process， through many engineering practice and research， we define main problems of tunnel fire-retardant construction of asphalt mixture as flame retardant agent and anti-rutting after putting in the mixture temperature control at the time of mixing， rolling and spreading。At the same time，we should test construction quality at any time， solve problems at the same time. The construction quality test results of Mengxin highway tunnel pavement showed that the stirring of the mixture and temperature control of mixing ，rolling and spreading improve the tunnel pavement construction quality， The strict controll of paver starting location， paver and truck parking spaces and the paver hopper closed position ， improve the segregation of the construction.KEY WORDS：Flame asphalt；Performance； Flame retardant property； Pavement structure design；Construction technology；Quality control目 录第一章 绪 论11.1 隧道公路沥青路面及阻燃沥青发展概况11.1.1 我国隧道公路沥青路面发展概况11.1.2 阻燃沥青国内外发展状况21.1.3 阻燃技术在道路沥青中的应用状况31.2 论文研究方法、内容及研究路线51.2.1 研究方法51.2.2 研究内容61.2.3 研究路线8第二章 原材料性能研究92.1 沥青92.2 集料112.2.1 粗集料112.2.2 细集料122.2.3 填料132.3 阻燃剂132.4 试样制备及试验方法152.4.1阻燃沥青的制备152.4.2沥青及阻燃沥青的试验方法152.5 阻燃沥青的性能172.5.1阻燃沥青路用性能172.5.2阻燃沥青阻燃性能212.6 本章小结23第三章 阻燃沥青混合料的配合比设计243.1 阻燃沥青混合料配合比设计243.1.1 上面层AC-16F矿料配合比设计243.1.2 下面层AC-20C矿料配合比设计333.2 生产级配设计353.2.1 隧道路面生产级配设计383.3 本章小结40第四章 阻燃沥青混合料的性能研究414.1 阻燃沥青混合料路用性能414.1.1 高温稳定性414.1.2 低温抗裂性444.1.3 水稳定性494.2 阻燃沥青混合料阻燃性能514.3 本章小结55第五章 隧道阻燃沥青路面结构力学分析575.1 隧道路面结构特点575.2 隧道路面结构类型及应用575.3 路面结构形式595.4 隧道路面结构力学分析605.5 本章小结70第六章 隧道阻燃沥青路面施工工艺研究726.1 隧道阻燃沥青路面铺装施工组织管理726.2阻燃沥青混合料的施工工艺756.2.1 阻燃沥青混合料的拌和756.2.2 阻燃沥青混合料的运输766.2.3 阻燃沥青混合料的摊铺776.2.4 阻燃沥青混合料的压实786.2.5 阻燃沥青混合料的压实度796.2.6 阻燃沥青混合料的接缝796.2.7 稀浆封层施工工艺806.3 阻燃沥青混合料施工质量控制806.3.1沥青混合料拌和控制806.3.2沥青混合料运输质量控制866.3.3沥青混合料摊铺质量控制866.3.4 沥青混合料碾压控制936.3.5 隧道阻燃沥青路面施工后路面质量检测986.4 本章小结107第七章 结论及建议1087.1 主要结论1087.2 进一步研究建议110致 谢111参考文献112在学期间的科研成果及发表的论著115第一章 绪 论目前，我国公路建设发展迅速，桥梁、隧道不断增多，截止到2005年底除港、澳、台外，我国公路隧道达2889处，单洞总长达152.7万延米。按照规划，我国十年内还将新建成4×104 km新路，“五纵七横”国道主干线将贯通最新规划的“7918”高速公路网将全面开始建设，公路隧道将再建设155km以上。目前，我国己成为世界上隧道最多、最复杂、发展最快的国家。特别是国家西部大开发战略的实施，我国西部多山地区公路建设将保持较大的建设规模和较快的发展速度，隧道的里程将大大增加。与一般路段相比，隧道内环境条件和使用条件有其特殊性：隧道内的环境比较潮湿，CO2、SO2等有害气体多，常导致隧道路面容易受到酸的侵蚀；此外，隧道内温度变化幅度较一般路段小得多。这些特殊的使用环境对路面材料提出了更高的要求：如要求抗滑性能好、耐久性高、噪声低、灰尘小，铺装具有一定的耐油性和阻燃性，并适应于隧道内潮湿的使用环境13。1.1 隧道公路沥青路面及阻燃沥青发展概况1.1.1 我国隧道公路沥青路面发展概况路面材料的选择是高速公路的建设中的重要组成部分。长期以来，隧道内路面铺装材料主要局限于水泥混凝土。水泥混凝土在隧道内潮湿的使用条件下不易发生结构性破坏，施工简单，路面的耐久性相对较好，这是人们选择水泥混凝土作为隧道内路面的主要原因。随着我国高等级公路的不断修建，公路隧道的等级也在不断地提高，水泥混凝土路面使用性能的缺陷逐渐显现出来，不利于车辆高速、安全、舒适地行驶：(1)路面平整度差、行车舒适性不好。水泥混凝土的模量大，收缩性强，平整度差，汽车在其上行驶时，振动较大，影响行车舒适；(2)水泥混土路面的抗滑性能衰减较快，行车安全性较差。水泥混凝土路面在刚通车时，采取拉槽刻痕等技术措施来改善其表面的抗滑能力，随着时间的摧移，磨耗增大，且抗滑能力很快降低，这给道路的高速行驶带来了安全隐患；(3)灰尘大、行车噪声大，环境质量差。汽车在水泥混凝土路面上行驶时，会产生较大的摩擦声和发动机振动的声音，加之汽车行驶时轮胎摩擦路面产生大量灰尘，汽车尾气排放使隧道内的CO2和SO2浓度增大，使得隧道内的环境质量较差。显然，普通水泥混凝土路面已难以满足现代隧道路面铺装的特殊要求。与水泥混凝土路面相比，沥青混凝土路面的抗滑性、平整性、吸音性等比较优良，且养护容易，在公路建设中得到了广泛应用，但隧道内相对特殊的使用环境制约了它在长大型公路隧道路面中的应用，隧道内温差小、潮湿的环境导致沥青路面施工困难，还会直接影响沥青路面的使用性能与耐久性，而且沥青路面抗水损害能力差、亮度低，尤其是在油浸蚀时发生火灾后会产生大量的有毒气体危害严重，隧道施工或发生火灾时，极易造成人员和财产的重大损失。因此，国内外建议一般情况下采用水泥混凝土路面4。目前为了改善隧道路面的行车条件，一般采取在水泥混凝土路面结构的基础上加铺一层或二层沥青混凝土(称为复合式路面)。德国、日本的隧道路面普遍采用浇注式沥青混凝土结构，在浇注式沥青混凝土表面还撒布一层锻烧白色隧石，使路面的使用功能优良，照明度良好，使用寿命延长。国内曾有学者建议在隧道内铺筑沥青玛蹄脂碎石混合料(SAM)和多孔开级配抗滑面层(OGFC)，以提高隧道路面的抗滑性能。近年来，重庆交通科研设计院等单位尝试采用阻燃改性沥青混合料铺装和薄层抗滑层铺装等方法来改进隧道内沥青路面的使用性能，并进行了大量的研究和现场试验，取等了一定的成果5。上述研究工作对改善隧道路面使用性能做出了一定的贡献，但是并没有从根本上解决隧道内特殊使用环境与路面使用要求间的矛盾。如普通的复合式路面就由于未考虑沥青混凝土在隧道内特殊的使用条件，加之一般的复合式路面容易产生反射裂缝及脱层、坑槽等病害，耐久性较差，路面的使用性能并不很优良；半柔性路面由于在施工时易导致水泥浆浮于路面上，而使路面的抗滑性能降低，综合使用性能并不太理想；浇注式沥青混凝土结构及薄层抗滑层铺装方法同样存在防火安全与路面耐久性的问题等等。这些因路面材料的原因带来的公路隧道的施工、防火安全、行驶舒适和耐久性的矛盾己成了当前公路隧道建设高潮中急需解决的问题。1.1.2 阻燃沥青国内外发展状况沥青是由碳、氢及氧、硫、氮等元素组成的复杂的高分子聚合物，不同产地的石油沥青，其组成各不相同。沥青具有易燃的特点，一般来讲，碳和氢约占石油沥青的90%95%，其中碳含量约为82%88%,氢含量不超过11%。氧、氮元素含量虽然很少，但这些元素组成的化合物分子量确是很大的，而且每个非碳氢化合物的分子中都含有氧、硫、氮原子。阻燃沥青的研究最早可以追溯到1987年和1989年发表的两篇美国专利67“阻燃沥青共混料”，主要是以卤系和磷作为阻燃剂，制备的阻燃沥青用于屋面阻燃油毡。在国内，原武汉工业大学有机材料研究所早在上世纪90年代就开始进行这方面的研究89，主要应用于沥青油毡、防水材料方面，其后见于报导绝大多数阻燃沥青的研究都是沥青防水卷材和油毡。这些阻燃沥青主要用ATH或Mg(OH)3作为阻燃剂，在油毡、防水材料中阻燃剂的掺量大，阻燃性能不是很好，而且由于这些无机阻燃剂掺量大，与沥青和基材的相容性和亲和力差，因此对卷材、油毡的物理性能影响较大。而对于道路应用的阻燃沥青的研究却少见报导10。重庆交通科研设计院的陈辉强、陈仕周等人曾从事过这方面的研究1112，并进行了大量的研究和现场试验，取得了一定的成果，但制备的阻燃剂复合改性沥青的阻燃性能不高，氧指数仅23.0，难以满足隧道中对沥青材料的阻燃要求，而且选用的阻燃剂对沥青路用性能影响较大。中国专利95117026.0公开了一种防火的石油沥青油毡，它是在沥青中加入阻燃剂如磷酸铝(或硫酸铝)、氢氧化镁和交联剂如二硫化四甲基秋兰母。所制得的石油沥青毡能起防火作用。但是其主要是应用在屋顶作为防水材料，没有应用在路面上。美国专利US4659381公开了一种阻燃沥青混合料，它是通过在改性沥青中添加至少一种卤系阻燃剂和至少一种含磷的无机化合物，如磷酸铝或红磷，来达到防火阻燃的目的，卤系阻燃剂有良好的阻燃效果，可抑烟作用却不明显；红磷是一种有效的阻燃剂，但由于它在摩擦碰撞时易燃，而且抑烟效果也不明显；所以难以满足现代防火隧道路面的使用要求。另外，辽宁石油化工大学的廖克俭14等人也从事过阻燃沥青的研究，虽然能提高沥青的阻燃性能，但制备的阻燃沥青的物理性能较差，难以满足工程需求。阻燃沥青的研制将为隧道内沥青路面发生火灾后争取时间营救顾客生命以及保护国家财产具有现实意义。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13。所以沥青火灾的特点是来势猛、扩展快、范围广、损失大。因此，解决沥青的难燃化问题，首先要解决沥青在受热时不熔滴、不流淌，达到提高沥青熔点和分解温度，增加分解气体中的不燃成份或增加燃烧膜中的抑制成份，以达到提高其燃烧氧指数的目的。1.1.3 阻燃技术在道路沥青中的应用状况预防火灾，是人类社会安全的一个永恒主题。现在工农业和人民日常生活中广泛的使用高分子材料，绝大多数在空气中是可燃和易燃的，它们的极限氧指数多低于21。因此，近几十年来世界各国所发生的火灾，相当大一部分是由高分子材料被引燃所致的。鉴于此，目前全球各发达国家都对高分子材料的阻燃处理给予极大的重视，并且日益认识到，采用阻燃材料是防止和减少火灾的战略性措施之一，是关系到“环境和人类”的重大举措。人类最早对阻燃的尝试是企图降低天然纤维素材料(如棉花及木材)的可燃性。有关这方面的发展的最初文献是希腊人Herodotus在公元前450年所做的记载。他指出，希腊人将木材浸渍于硫酸铝钾溶液中可赋予木材一定程度的阻燃性。大约200年后，罗马人改进了这一处理过程，即在硫酸铝钾浸液中加入了醋，提高了木材的阻燃耐久性。公元前一世纪，古罗马报道了阻燃技术在军事上的应用，如用矾液来处理木城堡，用以抵御火攻，采用以头发增强的粘土作成的涂层来保护围城塔，以免被纵火材料毁坏。17世纪，德国人以粘土和石膏的混合物处理帆布，制得了一种“不燃”布，它用作剧院的窗帘16。有关阻燃科学和理论的基础研究，是从法国的J.L.Gaylussac开始的。他注意到，硫酸、盐酸和磷酸的铵盐对大麻和亚麻都具有很好的阻燃性，而如果采用氯化铵、磷酸铵和硼砂的混合物，则阻燃效率可明显提高。这个研究成果经受了时间的考验，现在仍然是实用的。由此可见，现代阻燃化学的基本原理在19世纪初即已有所发展。合成高聚物的出现，对阻燃技术的发展具有深远的意义。因为在此之前使用的无机盐阻燃剂，在基本上是疏水性的高聚物中用途甚为有限。所以，阻燃技术的近代发展集中在研究和制备与高聚物相容的永久性阻燃剂1720。现在己有多种技术，可以赋予高分子材料阻燃性，包括接枝和交联改性技术、抑制降解技术、催化阻燃技术、气相阻燃技术、成炭隔热技术、冷却降温技术等。但是，目前最有实用价值的方法是在高聚物中掺加添加型阻燃剂或在合成时加入反应型阻燃剂。各种阻燃改性技术情况简述如下：接枝和交联阻燃接枝和交联是使高分子材料功能化的一种有效方法，而且这种方法也己用于使高分子材料阻燃化，例如：早期的PE和PP的卤化就可以视为接枝阻燃方法的一个实例；采用Si、B试剂对PS和PVAL接枝改性，使它们部分硅烷化和硼酸酷化，也可明显提高材料阻燃性。采用过氧化物或辐射使聚烯烃交联，例如：二枯基过氧化物可以使铅硅体系阻燃的PE交联，可使PE的LOI(极限氧指数)由21左右提高至25左右，在水平燃烧实验中达到自熄。交联不仅在高聚物本身间发生，在高聚物的热裂产物间也发生交联，这样通过减少可燃物的生成量也可以改善材料的阻燃性。气相阻燃现在广泛应用的添加型卤系阻燃剂及卤-锑阻燃体系，起阻燃作用的是卤化氢和锑卤化合物，主要是通过在气相中捕获高活性自由基中断燃烧的气相阻燃机理。当前，人们又发现一些更有效的燃烧抑制剂，如能与气相中的自由基结合的催化剂，极少量的这类化合物(如Mn、Sn、U的某些盐类)即可清除气相中大量的自由基而使燃烧自熄，其阻燃效率估计至少可比三氯化锑高出一两个数量级。凝聚相中自由基抑制剂高聚物中加入自由基抑制剂(抗氧化剂的一种)，可延缓材料表面氧化和降低高聚物的氧化降解速度，从而产生的阻燃作用使燃烧自熄。但不是所有的自由基抑制剂都可以起作用，某些自由基抑制剂在高聚物氧化裂解温度下被破坏而失效。通过研究表明有些具有多共扼芳香结构或金属还原型的高温自由基抑制剂可以产生作用，特别是一些分子中同时含卤代酰亚胺及受阻酚的自由基抑制剂，则同时具有卤素阻燃作用和在凝聚相中抑制自由基的功能。催化成炭催化阻燃系统是指那些在一定条件下能使聚合物脱水成酸而促进高聚物成炭的系统，磷系阻燃剂及膨胀型阻燃剂就是典型的催化阻燃体系，但是这些阻燃剂的需用量较高。高聚物的阻燃性与其热裂或燃烧时的成炭率十分有关(炭层的结构也影响阻燃性)，有人试验得：当温度达700时，1mm厚的具有连续的闭孔结构、耐高温氧化、强度足够高的炭层就足以保护炭层下的基质不被引燃。冷却阻燃在适当温度范围内可分解产生水的金属水合物具有冷却阻燃作用，例如氢氧化铝、氢氧化镁等常用作高聚物的阻燃剂，这是因为这些物质分解时吸热，且产生的水挥发时又消耗大量的气化热，故可使被阻燃高聚物冷却降温，从而发挥阻燃作用。耐燃涂层一些不燃的无机物自古以来就被人类用为耐火材料，以外涂层保护材料的技术在现代仍被广泛的采用。但是，由于无机物与高聚物的相容性不佳，且两者的热膨胀差异较大，因此在实用上还有一定难度，只是很少数涂层(例如SiC、金属)可在阻燃上获得实用。此外，在高聚物的加工过程中加入Si、B、SiC,某些硼酸盐、磷酸盐和低熔点的玻璃等物质，可使改性的高聚物在燃烧时表面形成一层无机涂层而阻燃。1.2 论文研究方法、内容及研究路线1.2.1 研究方法本研究是以蒙新高速公路为依托，研究隧道阻燃沥青混合料的施工工艺与施工质量控制。结合施工现场环境条件和通车情况，本研究将面层混合料设计为下面层AC-20C，上面层AC-16F。由于阻燃沥青混合料是一种连续级配的骨架嵌挤密实结构，加之其中添加了阻燃剂和抗车辙剂，具有很高的剪切强度和抗变形能力，属于较难施工、较难压实的混合料范畴，因此对该混合料的材料特征、施工工艺及施工质量控制进行研究，对保证路面质量具有重要的意义。研究的主要从如下几个方面入手：1.阻燃沥青的性能研究；2.进行阻燃沥青混合料的配合比设计并研究其混合料的性能；3.进行隧道阻燃沥青路面的路面结构设计；4.隧道阻燃沥青混合料路面施工工艺与施工质量控制研究。研究过程中，通过大量的工程实践和调查研究，我们将隧道阻燃沥青混合料施工主要难题确定为加入阻燃剂和抗车辙剂的沥青混合料拌和与摊铺碾压时的温度控制。本论文采用理论分析和现场试验研究相互结合，互为补充的方法。一方面通过研究阻燃剂对沥青路用性能和阻燃性能的影响，结合正交试验，确定较优试验组合（选定某种阻燃剂及其掺量）；通过室内马歇尔指标试验设计混合料目标级配和生产级配，并对混合料的路用性能和阻燃性能进行试验研究；应用路面设计软件进行隧道路面结构设计。另一方面，针对阻燃沥青混合料施工时产生推移、压实难度高等问题产生的各种原因，从集料生产、混合料的拌和、运输、摊铺、碾压等提出消除和降低施工难度、尽量避免施工问题产生的施工措施；该项目研究成果为今后进行阻燃沥青混合料的制备和研究以及对隧道阻燃沥青混合料路面的施工工艺与质量控制研究具有重要的理论意义和参考价值。1.2.2 研究内容原材料性能研究通过对研究用沥青、阻燃剂、集料等原材料进行试验，获得原材料技术参数。阻燃沥青性能研究1）通过对实验室制备的阻燃沥青研究，选定三组掺量，分别为：10%、20%、30%；2）在选定三组掺量的基础上，选择三种不同的阻燃剂(号阻燃剂、号阻燃剂、号阻燃剂），按照正交试验进行试验研究；3）参照我国现行技术规范或Superpave等相关试验方法及评价指标，以基质沥青为参照，通过实验测试，对阻燃沥青延度、针入度、软化点等进行综合评价，并进行阻燃沥青阻燃性能检测，通过对比分析得到一组使阻燃沥青性能相对较好的阻燃剂掺量。阻燃沥青混合料路用性能研究1）沥青混合料的配合比设计为了更清楚的了解阻燃沥青混合料的路用效果，选定设计目标级配的AC-16F沥青混合料，参照现有的热拌沥青混合料配合比设计及成型工艺方法，确定基质沥青混合料的最佳沥青用量（或油石比）。在相同沥青用量（或油石比）条件下，用阻燃沥青拌制混合料，实验确定并优化阻燃沥青混合料的路用性能参数。2）阻燃沥青混合料路用性能测试与评价按我国现行技术规范等对阻燃沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等进行测试和评价，得出结论。3）阻燃沥青混合料阻燃性能测试与分析通过查阅国内外资料和室内试验，采用燃料燃烧模拟法对阻燃沥青混合料进行阻燃性能试验，分析阻燃沥青混合料的阻燃性能。隧道阻燃沥青混合料路面结构设计研究根据交通等级划分、土基等级划分、推荐的路面材料设计参数、路面结构组合设计原则和设计标准，应用路面设计软件，结合蒙新隧道高速公路的工程实践，经综合分析，设计出蒙新隧道高速公路路面典型结构，可供有关单位设计时直接选用。隧道阻燃沥青混合料路面施工工艺与施工质量控制研究随着新技术和新材料的应用新的问题不断出现，沥青混合料的施工方法正进行改进和修正以适应材料的各种特性。但综合目前的研究发现，近年来虽对施工过程中造成路面质量变异性、离析发生的原因以及相应的处理措施进行了研究，但这些研究大多只停留在沥青路面损坏特征和一些较粗放型的预防措施上。在目前沥青路面建设中，还没有一个贯穿于沥青混合料设计、拌和、运输、摊铺、碾压、检测等全过程的控制质量保证体系，难以对沥青路面施工进行合理的、定性的甚至定量的质量控制标准。控制和减少沥青路面施工过程中的各种不利影响，仍是一个亟待解决的问题。本论文以蒙新高速公路建设工程为依托（项目概况在本论文第六章介绍），采用沥青混合料机械化施工技术，研究阻燃沥青混合料路面施工过程中施工工艺和施工质量控制技术，具有较强的针对性和实用性。研究的目的是通过控制和消除阻燃沥青混合料在拌和、运输、摊铺等过程中出现的推移、离析等现象，及其对沥青路面质量的不利影响，系统解决阻燃沥青混合料在施工和质量控制过程中的技术问题，减少因施工温度、离析等造成的路面早期损害，确保路面质量。1.2.3 研究路线 基质沥青原材料 阻燃剂 针入度 集料 阻燃沥青路用性能 软化点隧道阻燃沥青路面施工工艺与质量控制研究阻燃沥青 延度 隧道阻燃沥青路面施工工艺与质量控制研究 水稳定性高温稳定性能 低温性能 混合料性能阻燃沥青混合料氧指数阻燃沥青阻燃性能矿质混合料级配 最佳油石比 配合比设计 生产级配设计 阻燃性能隧道阻燃沥青混合料路面结构力学分析图1.1 隧道阻燃沥青路面施工工艺与质量控制研究的研究路线 Fig1.1 The researched route of construction technology and quality control on tunnel flame-retardant asphalt pavement 第二章 原材料性能研究材料是影响路面使用性能的重要因素。我国公路沥青路面的发展史，实际上是一部路面材料变革的历史。材料在沥青路面的建设过程中起到了决定性的作用。材料质量不理想，达不到要求，沥青混合料的质量也不可能达到要求。沥青结合料的性能、集料的质量、集料与结合料粘结效果都对混合料的性质产生极大的影响。现在，我国的公路建设又进入了一个新的时期，对沥青和集料都提出了更高的要求，沥青结合料更多采用改性沥青。因此，寻找各种途径改善材料的性能和质量，充分发挥材料的性能，对于保证工程质量，延长工程使用寿命，降低工程造价起着至关重要的作用。沥青混合料是由沥青和矿质混合料组成的混合物，矿质混合料又由粗集料、细集料和填料组成。作为沥青混合料的重要组成部分，混合料的性能取决于下列因素：矿物骨架结构、沥青的结构、矿物材料与沥青相互作用的特点、沥青混合料的密实度及其毛细孔隙结构的特点。阻燃沥青混合料是采用阻燃沥青，提高沥青路面的阻燃性能，可使沥青路面由可燃性变为自熄性，提高路面的安全性。2.1 沥青沥青是沥青混合料中最重要的组成