白
伟１尹昌宇２黄志阳３薛毅３
（１．广西六宜高速公路工程建设指挥部，河池５３００２２；２．广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，广州５１０５００，
３．广西千山高速公路有限公司，河池５３００２２）
摘要：以聚磷酸铵（ＡＰＰ）、三聚氰胺氰尿酸盐（ＭＣＡ）为阻燃剂对多功能路面超薄层（ＭＲＳ）用环氧树脂（ＥＰ）粘接剂进行了阻燃改性，并将其用于隧道路面铺装。结果表明ＡＰＰ／ＭＣＡ对改性环氧树脂胶有良好的阻燃效果。阻燃型多功能路面超薄层具有优良的耐水性，并可显著提高隧道路面的抗滑性能。当ＡＰＰ用量为１０．５ｗｔ％、ＭＣＡ用量为１０．５ｗｔ％时，阻燃ＥＰ的极限氧指数（ＬＯＩ）为３１．５％、通过垂直燃烧实验（ＵＬ－９４）Ｖ－０级。同时，阻燃ＭＥＰ的烟释放速率峰值和总生烟量得到明显下降。阻燃型ＭＲＳ铺装层在８０℃热水中煮１６８ｈ后，粘接强度仍达到２．１ＭＰａ。铺装阻燃型ＭＲＳ（ｆｌ－ＭＲＳ）后，隧道路面潮湿状态下的ＢＰＮ摆值由４６提高到７１，横向力系数（ＳＦＣ）在６７以上。本文为隧道路面抗滑养护提供可行的解决方案。关键词：隧道铺装；阻燃；抗滑性能；耐水性中图分类号：Ｕ２３８
文献标识码：Ａ耐高温无机颜料吧
文章编号：１６７４－２１３３（２０１７）０４－０１－０６
Study on Flame Retardancy of Epoxy Binder of MRS and Its
Application on Tunnel Paving
BAI Wei 1YIN Chang-yu 2HUANG Zhi-yang 3XUE Yi 3
（1.Guangxi Liuyi Expressway Engineering Construction Headquarters,Hechi 530022,China;
2.Guangdong Provincial Academy of Building Research Group Co.,Ltd.,Guangzhou 510500,China;
3.Guangxi Qianshan Expressway Co.,Ltd,Hechi 530022,China ）
Abstract:Ｔｈｅｅｐｏｘｙｂｉｎｄｅｒｏｆｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎｒｏａｄｓｕｒｆａｃｅ（ＭＲＳ）ｗａｓｆｌａｍｅ－ｒｅｔａｒｄｅｄｗｉｔｈａｍｍｏｎｉｕｍｐｏｌｙｐｈｏｓｐｈａｔｅ（ＡＰＰ）ａｎｄｍｅｌａｍｉｎｅｃｙａｎｕｒａｔｅ（ＭＣＡ），ａｎｄｉｔｗａｓｕｓｅｄｉｎｅｘｐｒｅｓｓｗａｙｔｕｎｎｅｌｐａｖｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｒｅｖｅａｌ
ｅｄｔｈａｔＡＰＰ／ＭＣＡｃｏｕｌｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｃｙｏｆＥＰ．Ｔｈｅｆｌａｍｅ－ｒｅｔａｒｄｅｄＭＲＳ（ｆｌ－ＭＲＳ）ｐａｖｅｍｅｎｔｅｘｈｉｂｉｔｅｄｇｏｏｄｓｋｉｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．ＷｈｅｎｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆＡＰＰｗａｓ１０．５ｗｔ％ａｎｄＭＣＡｗａｓ１０．５ｗｔ％，ｔｈｅｌｉｍｉｔｉｎｇｏｘｙｇｅｎｉｎｄｅｘｖａｌｕｅ（ＬＯＩ）ｏｆｔｈｅＥＰ／ＡＰＰ／ＭＣＡｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗａｓ３１．５％，ａｎｄｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｂｕｒｎｉｎｇ（ＵＬ－９４）ｔｅｓｔｃｌａｓｓｅｄａｖ－０ｒａｔｉｎｇ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｐｅａｋｓｍｏｋｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｒａｔｅ，ｔｏｔａｌｓｍｏｋｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｅｒｅａｌｓｏｄｅｃｒｅａｓｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Ａｆｔｅｒｐａｖｉｎｇｗｉｔｈｆｌ－ＭＲＳ，ｔｈｅｂｒｉｔｉｓｈｐｅｎｄｕｌｕｍｎｕｍｂｅｒｏｆｔｈｅｔｕｎｎｅｌａｔｗｅｔｓｔａｔｅｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ４６ｔｏ７１，ａｎｄｔｈｅｓｉｄｅｗａｙｆｏｒｃｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗａｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎ６７．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅＭＲＳｐａｖｅｍｅｎｔｓｈｏｗｅｄａｇｏｏｄｗａｔｅｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ａｆｔｅｒｓｏａｋｉｎｇｉｎ８０℃ｗａｔｅｒｆｏｒ１６８ｈ，ｔｈｅｂｏｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｆｌ－ＭＲＳｏｖｅｒｌａｙｃｏｕｌｄｓｔｉｌｌｒｅａｃｈ２．１ＭＰａ．
Keywords:ｔｕｎｎｅｌｐａｖｅｍｅｎｔ；ｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｃｅ；ｓｋｉｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｗａｔｅｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
１引言
隧道是高速公路的重要组织部分，其路面功能的好坏直接影响到通行的舒适性和安全性。基于防
火考虑，隧道路面通常为水泥混凝土路面。水泥混
凝土路面不耐磨、抗滑性差且通行噪音较大。因此，有必要开发新型铺装层以提高隧道通行安全性及舒适性。由于隧道相对封闭狭窄，因此对于铺装层的耐久性、抗滑性、阻燃性能均有很高的要
基金项目：广东省科技计划项目，科技－２０１４－０２－００３作者简介：白伟（１９７３－）本科，高级工程师。现主要从事道路工程项目管理、工程施工管理工作。
金属丝的杨氏模量
建筑监督检测与造价
ＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎＴｅｓｔａｎｄＣｏｓｔｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
第１０卷第４期２０１７年７月1
表１环氧粘接剂主要性能指标Ｔａｂ．１ｍａｉｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｅｐｏｘｙａｄｈｅｓｉｖｅ
性能参照标准实测值粘度（ｍＰａ．ｓ）ＡＳＴＭＤ１０８４１５００－４０００拉伸强度（ＭＰａ）１ＡＳＴＭＤ６３８１９．１断裂伸长率（％）１
ＡＳＴＭＤ６３８
４５．６
注：１、环氧粘接剂的Ａ、Ｂ组分质量比为１：０．７５，实验速率为５０ｍｍ／ｍｉｎ。
表２阻燃环氧粘接剂的配比
Ｔａｂ．２ｒａｔｉｏｏｆｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔｅｐｏｘｙａｄｈｅｓｉｖｅ
编号ＥＰ（ｗｔ％）ＡＰＰ（ｗｔ％）
ＭＣＡ（ｗｔ％）
ＥＰ１００００ＥＰ－１７９２１０ＥＰ－２７９１４７ＥＰ－３７９１０．５１０．５ＥＰ－４７９７１４ＥＰ－５
７９
０
２１
求［１－３］。沥青混凝土铺装层可以提供良好的舒适性及安全性，但其易燃性及厚度限制了其在隧道中的应用。此外，其往往采用大型施工机械来完成施工且在施工过程中易产生烟雾，这对于狭窄封闭的隧道来说也是非常不利的。
近年来，薄层环氧铺装材料以其粘结强度高、防水、耐腐蚀、高低温性能好、维修养护简单等优点引起了人们的广泛关注［４，５］。薄层环氧铺装材料通常由环氧粘接剂及耐磨骨料组成。它可用于抗滑需求高的路段，如匝道、弯道、交叉路口等。国外跟踪研究表明，应用该技术后可显著减少道路交通事故及人员伤亡［６，７］。多功能路面超薄层即为针对南方湿热气候而开发的一种薄层环氧铺装材料。但当前常用的环氧粘接剂也属易燃材料，不能满足隧道的防火要求。
本文开发了阻燃型薄层环氧铺装材料即ｆｌ－ＭＲＳ并将其应用于Ｇ７８汕昆高速开冲隧道路面铺装，研究了环氧粘接剂的力学性能、粘接性能、阻燃型薄层环氧铺装材料的阻燃性能、耐水性、抗滑性能，为隧道路面抗滑养护提供可行的解决方
案。
２实验部分
２．１原材料
本试验所用环氧粘接剂由广东省建筑科学研究院集团股份有限公司提供，其主要技术指标如表１所示。所用的耐磨集料为单粒径（１．１８ｍｍ－４．７５ｍｍ）特制耐磨骨料，由铁矿石尾料高温烧制而成。Ⅱ型聚磷酸铵（ＡＰＰ）及三聚氰胺氰尿酸盐（ＭＣＡ）由中山康诺德新材料有限公司提供。
２．２样品制备
将环氧粘接剂Ａ、Ｂ组分、ＡＰＰ及ＭＣＡ按照设定质量比用搅拌器搅拌３分钟。然后将混合物在设定条件下养护并按对应标准栽成相应尺寸的试样。各试样的配比如表２所示。 多功能路面超薄层成型：首先，将环氧粘接剂Ａ、Ｂ组分按照１：０．７５的配比混合并搅拌均匀后备用；其次，在经打磨、清理后的基面上预涂一定
建筑监督检测与造价第１０卷第４期
2
量的胶液；再次，在胶液上撒布定量的骨料；最后，清理多余石料，并养护６－１２ｈ。其中，胶液用量为１．８ｋｇ／ｍ２，骨料用量为９．５ｋｇ／ｍ２。阻燃型多功能路面超薄层（ｆｌ－ＭＲＳ）采用阻燃环氧粘接剂制备，步骤相同。
拉伸抗剪试样：将调好的胶液均匀涂在两块已经除锈处理的铁片的粘结区域，将两块铁片粘结区搭接并固定直至胶液固化，在室温下（２３±２℃）养护３ｄ。
抗滑层与水泥混凝土基面的粘接试样：首先在砂浆块表面按照规定用胶量与骨料用量铺一层多功能路面超薄层；在多功能路面超薄层养护（２３±２℃）１ｄ后用植筋胶将接头固定在多功能路面超薄层上，在室温下（２３±２℃）养护１ｄ（条件）后备用。砂桨块尺寸为７０ｍｍ×７０ｍｍ×４０ｍｍ，粘接区尺寸为４０ｍｍ×４０ｍｍ。
２．３测试与表征
拉伸强度：按照ＡＳＴＭＤ６３８标准，然后在电子万能试验机（ＧＭＴ４３０４，美特斯工业系统中国有限公司）进行测试。试验速率：５０ｍｍ／ｍｉｎ。
粘接强度：按照ＧＢ／Ｔ１６７７７－２００８标准，然后在电子万能试验机（ＧＭＴ４３０４，美特斯工业系统中国有限公司）测定粘结强度。试验速率为２．０ｍｍ／ｍｉｎ，匀速拉到试样断裂，记录破坏载荷及断面位置。
拉伸抗剪强度：按照ＩＳＯ４５８７标准，在电子万能试验机上进行测试。试验速率为２．０ｍｍ／ｍｉｎ。
锥形量热（ＣＣＴ）：按照ＩＳＯ５６６０标准，在锥形量热仪（英国ＦｉｒｅＴｅｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司）进行试验。试样尺寸为１００ｍｍ×１００ｍｍ×４ｍｍ，热辐
射功率３５ｋＷ／ｍ２。
极限氧指数（ＬＯＩ
）：按照ＧＢ／Ｔ２４０６－１９９３标准，在氧指数测试仪（ＨＣ－２，南京市江宁区分析仪器厂）进行测试，试样尺寸为８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍ；
垂直燃烧（ＵＬ－９４）：按照ＵＬ９４－２００９标准，在垂直燃烧测定仪（ＣＺＦ－３，南京市江宁区分析仪器厂）上进行测试，试样尺寸为１２０ｍｍ×１２．７ｍｍ×３．２ｍｍ；
摆式摩擦系数：按照ＪＴＧＥ６０－２００８标准，在摆式摩擦系数测定仪（ＢＭ－Ⅱ型，江苏沭阳市政工程仪器厂）上进行测试。赵时碧
横向力系数：按照ＢＳＤＤ／ＣＥＮ／ＴＳ１５９０１－６－２００９标准，使用横向力系数测试车（ＳＣＲＩＭ３０００，英国ＷＤＭ公司）进行测试。
３结果与讨论
３．１阻燃性能
表３为ＡＰＰ／ＭＣＡ质量比对阻燃性能的影响。由表可知，ＡＰＰ／ＭＣＡ质量比对阻燃效果有明显的影响。在只用ＡＰＰ或ＭＣＡ的情况下，都不能取得良好的阻燃效果。当添加２１ｗｔ％的ＡＰＰ时，ＥＰ－１的ＬＯＩ仅为２７．５％，ＵＬ－９４测试为无级别；而添加２１ｗｔ％的ＭＣＡ时，ＥＰ－５的ＬＯＩ仅为２５．５％，ＵＬ－９４测试为无级别。采用７ｗｔ％的ＭＣＡ取代ＡＰＰ后，ＥＰ－２的ＬＯＩ提高到２９％，ＵＬ－９４级别提高到Ｖ－１级。ＭＣＡ用量进一步增加到１０．５ｗｔ％时，阻燃效果达到最佳，ＥＰ－３的ＬＯＩ达到最高值为３１．５％，ＵＬ－９４测试达到Ｖ－０级。ＭＣＡ用量进一步加大，
表３ＡＰＰ／ＭＣＡ质量比对阻燃性能的影响
Ｔａｂ．３ＥｆｆｅｃｔｏｆＡＰＰ／ＭＣＡｍａｓｓｒａｔｉｏｏｎｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｃｙ
试样编号ＬＯＩ（％）ＵＬ－９４ｒａｔｉｎｇＥＰ１９．５ｎｏｒａｔｉｎｇＥＰ－１２７．５ｎｏｒａｔｉｎｇＥＰ－２２９．０Ｖ－１ＥＰ－３３１．５Ｖ－０ＥＰ－４２７．０ｎｏｒａｔｉｎｇＥＰ－５
２５．５
ｎｏｒａｔｉｎｇ
白伟等：阻燃型多功能路面超薄层在隧道路面中的应用
２０１７Ｎｏ．４3
阻燃效果反而开始下降。３．２锥形量热
图１为ＥＰ及ＥＰ－３的烟释放速率（ＳＰＲ）曲线。ＥＰ在点燃后迅速燃烧，在９０ｓ时达到烟释放速率峰值（ｐＳＰＲ）为０．２８ｍ２／ｓ，并在２８０ｓ内燃尽，总生烟量（ＴＳＰ）为２６ｍ２。当加入２１ｗｔ％的ＡＰＰ／ＭＣＡ后，ＥＰ－３的ｐＳＰＲ及ＴＳＰ分为为０．１４ｍ２／ｓ及２０ｍ２，较ＥＰ分别下降了５０％及２３．１％。
图２为Ｐ及ＥＰ－３试样试验后残渣照片。从图中可以看出，测试后，ＥＰ试样几乎完全烧尽，未见任何残渣；而ＥＰ－３试样则出现了明显的膨胀炭层，说明ＥＰ／ＡＰＰ／ＭＣＡ在受热燃烧时发生了成炭反应并出现了膨胀现象。膨胀炭层可以直到隔热隔氧作用，可阻止或延缓基体的降解可见，从而直到阻燃抑烟作用［８］
。
３．３耐水性
表４水煮老化１后的粘接强度及拉伸抗剪强度（ＭＰａ）
表４为ＡＰＰ／ＭＣＡ对胶结料耐水煮性能的影响。由表可知，ＥＰ－３在８０℃水煮７ｄ后的拉伸抗剪强度由老化前的１６．７ＭＰａ下降到８．６ＭＰａ；而
ｆｌ－ＭＲＳ对混凝土粘接强度由３．３ＭＰａ下降到２．１ＭＰａ，但破坏形式仍为混凝土破坏，如图３所示。可见，ＥＰ－３在水煮老化后仍具有良好的粘接性能。因此，其非常适用于我国炎热潮湿的南方地区。３．４工程应用
图１ＥＰ及ＥＰ－３的烟释放速率（ＳＰＲ）曲线Ｆｉｇ．１ｓｍｏｋｅｒｅｌｅａｓｅｒａｔｅ（ＳＰＲ）ｃｕｒｖｅｓｏｆＥＰａｎｄＥＰ－３
图２ＥＰ及ＥＰ－３试样试验后残渣照片Ｆｉｇ．２ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆｒｅｓｉｄｕｅｓａｆｔｅｒＥＰａｎｄＥＰ－３
ｔｅｓｔ
ＥＰ－３
ＥＰ
表４水煮老化１后的粘接强度及拉伸抗剪强度（ＭＰａ）
Ｔａｂ．４ａｄｈｅｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｓｈｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈ（ＭＰａ）ａｆｔｅｒ１ｙｅａｒｓｏｆａｇｉｎｇ
试样
水煮老化前
水煮老化后
缎纹织物拉伸抗剪强度
ｆｌ－ＭＲＳ对混凝土粘接强度
拉伸抗剪强度
ｆｌ－ＭＲＳ对混凝土粘接强度
ＥＰ－３
１６．７
３．３２
８．６
２．１２
注：１：试验条件为试样在８０℃热水中煮１６８ｈ；２、试样破坏形式为混凝土破坏。
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4
Ｇ７８汕昆高速开冲隧道位于广西省境内，其长度为１１００ｍ，铺装层为水泥混凝土，于２０１１年正式通车。该隧道在投入使用几年后，路面抗滑性能下降到较低水平，无法满足安全通行的要求。因此，于２０１５年年底采用阻燃型多功能路面超薄层进行了抗滑改造（如图４所示）。
表５为隧道路面摩擦系数。由表中可知，原水
远程控制系统泥混凝土路面在潮湿状态下的摆值仅为４６，接近于规范要求的最低值。在加铺ｆｌ－ＭＲＳ抗滑面层后，路面在潮湿状态下的摆值提高到７１。
表６及图５为隧道路面的横向力系数。由表可知，在加铺抗滑面层后，路面横向力系数提高到６７以上。可见，多功能路面超薄层可提供优良的搞滑性能，保障人民众安全出行。
表５隧道路面摩擦系数
Ｔａｂ．５ｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＴｕｎｎｅｌＰａｖｅｍｅｎｔ
注：１、Ｍ代表月
表６隧道路面横向力系数
Ｔａｂ．６ｌａｔｅｒａｌｆｏｒｃｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＴｕｎｎｅｌＰａｖｅｍｅｎｔ
图４开冲隧道加铺ｆｌ－ＭＲＳ后照片Ｆｉｇ．４ｐｈｏｔｏｓａｆｔｅｒｏｐｅｎｉｎｇｔｕｎｎｅｌｗｉｔｈｆｌ－ＭＲＳ
项目
水泥混凝土
ｆｌ－ＭＲＳ
规范要求
干燥
潮湿干燥潮湿ＢＰＮ
０Ｍ
６９４６９７７１
buck降压电路
≥４５（潮湿）
１２Ｍ
——
————
９４
６９
位置
ＳＦＣ
测点数量
平均值
标准偏差代表值北行（ＬｉｎｅＡ）６９１．３７６９．０３４０南行（ＬｉｎｅＢ）
６８
１．３１
６７．７８
４０
白伟等：阻燃型多功能路面超薄层在隧道路面中的应用
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