近年来,随着我国基础设施建设的持续推进,隧道工程规模不断扩大,其在交通网络中的重要性日益凸显。在隧道铺装材料的选择上,传统热拌沥青混合料由于自身易燃特性以及需在150 - 180℃高温下施工,不仅在施工过程中存在极大的火灾安全隐患,高温环境还会加速沥青老化,降低材料性能,影响隧道铺装的使用寿命与安全性。为此,科研人员致力于技术创新,通过温拌技术与阻燃剂的应用,显著改善了沥青在高温下的耐火性能,同时有效降低施工温度,延缓沥青老化进程。本文系统梳理温拌技术、阻燃机理、温拌沥青、阻燃沥青及其协同效应的研究成果,并结合实际应用中的技术瓶颈,探讨未来发展方向。 一、温拌技术研究进展
(一)温拌技术原理
温拌沥青技术通过添加温拌剂或改变沥青内部结构,降低沥青混合料的施工温度。常见的温拌剂包括有机类(如脂肪酸类温拌剂)和无机类(如含水硅铝酸盐)。有机温拌剂通过在沥青中发泡,形成微小气泡降低沥青黏度;无机温拌剂则通过吸附水分,在高温下释放蒸汽降低体系温度。研究表明,采用温拌技术后,沥青混合料施工温度可降低20 - 30℃,有效减少能耗与碳排放。
(二)温拌沥青性能研究
大量试验显示,温拌沥青在保证路用性能的同时,显著改善了施工环境。在高温稳定性方面,温拌沥青混合料的动稳定度与热拌沥青接近,满足隧道铺装抗车辙需求;低温抗裂性能上,其弯曲应变值虽略有下降,但仍符合规范要求。此外,较低的施工温度有效减少了沥青中轻质组分挥发,降低了VOCs排放,符合绿色施工理念。
二、阻燃沥青研究进展
(一)阻燃剂作用机理
阻燃剂通过物理覆盖、吸热降温、稀释可燃气体、抑制自由基反应等多重机制发挥阻燃作用。无机阻燃剂如氢氧化铝、氢氧化镁受热分解吸收热量,释放水蒸气稀释氧气浓度;有机磷系阻燃剂则在高温下形成炭层,隔绝热量与氧气。复合型阻燃剂结合多种阻燃机理,阻燃效果更为显著。
(二)阻燃沥青性能优化
研究表明,添加阻燃剂后,沥青的氧指数显著提高,燃烧性能大幅改善。在隧道火灾模拟试验中,阻燃沥青混合料的火焰蔓延速度降低40%以上,烟雾释放量减少30%。然而,部分阻燃剂会影响沥青的流变性能,导致针入度下降、软化点升高,需通过复配技术平衡阻燃性能与路用性能。
三、温拌阻燃协同效应研究
温拌技术与阻燃技术的协同应用为隧道铺装提供了新方案。一方面,温拌技术降低施工温度,减少了阻燃剂在高温下的分解损耗,延长其有效作用时间;另一方面,阻燃剂的添加改善了温拌沥青在高温下的热稳定性,两者结合可使沥青混合料同时满足低温施工与高温阻燃需求。实验室数据显示,温拌阻燃沥青混合料的氧指数较普通热拌沥青提高25%,施工温度降低25℃,展现出良好的综合性能。
四、现存问题与未来发展方向
(一)实际应用中的技术瓶颈
当前,温拌阻燃技术在隧道铺装中仍面临诸多挑战。其一,阻燃剂与温拌剂的兼容性问题突出,两者可能发生化学反应,削弱阻燃或温拌效果;其二,材料的长期耐久性研究不足,在隧道内潮湿、高温、重载的复杂环境下,温拌阻燃沥青混合料的抗水损害、抗疲劳性能需进一步验证;其三,缺乏统一的性能评价标准,导致不同产品质量参差不齐。
(二)未来发展方向
1. 材料优化:研发新型复合型添加剂,实现温拌与阻燃功能一体化,提高材料兼容性;通过纳米技术、微胶囊技术对阻燃剂进行改性,增强其分散性与稳定性。
2. 性能研究:开展长期加速老化试验,模拟隧道实际服役环境,系统研究温拌阻燃沥青混合料的耐久性;建立多维度性能评价体系,涵盖阻燃、路用、环保等指标。
3. 标准制定:推动行业标准的制定与完善,规范温拌阻燃材料的生产、检测与应用,为隧道工程设计与施工提供科学依据。