黃志義, 武 斌, 康 誠(chéng), 朱 凱, 吳 珂

(1. 浙江大學(xué) 建筑工程學(xué)院,浙江 杭州 310058；2. 中國(guó)計(jì)量學(xué)院 質(zhì)量與安全工程學(xué)院,浙江 杭州 310018)

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復(fù)合氫氧化物改性瀝青阻燃和路用性能

黃志義1, 武 斌1, 康 誠(chéng)1, 朱 凱2, 吳 珂1

(1. 浙江大學(xué) 建筑工程學(xué)院,浙江 杭州 310058；2. 中國(guó)計(jì)量學(xué)院 質(zhì)量與安全工程學(xué)院,浙江 杭州 310018)

將氫氧化鋁(ATH)和氫氧化鈣(HL)按質(zhì)量比1∶1混合制得復(fù)合氫氧化物阻燃劑,采用熱重、錐形量熱儀和凍融劈裂等試驗(yàn)研究復(fù)合阻燃劑對(duì)瀝青阻燃性能和路用性能的影響.結(jié)果表明,復(fù)合氫氧化物阻燃劑具有協(xié)同阻燃作用,較單一氫氧化物阻燃劑(ATH或HL)可以進(jìn)一步延長(zhǎng)瀝青混合料的點(diǎn)燃時(shí)間,且降低平均熱釋放速率和CO產(chǎn)率的幅度更大；采用復(fù)合氫氧化物阻燃劑等量替代礦粉,可以有效地提升瀝青混合料的高、低溫性能和水穩(wěn)定性.復(fù)合氫氧化物阻燃劑可以在更寬廣的溫度區(qū)間發(fā)揮阻燃作用,阻燃抑煙效果及路用性能俱佳,且性?xún)r(jià)比更高.

瀝青；復(fù)合氫氧化物；阻燃性能；錐形量熱儀；協(xié)同阻燃；路用性能

長(zhǎng)大隧道瀝青路面的防火安全性一直被國(guó)內(nèi)外學(xué)者所持續(xù)關(guān)注[1-3],通過(guò)添加阻燃劑提升瀝青路面的阻燃抑煙性能,是解決這一問(wèn)題的有效途徑之一[4-6].以氫氧化鋁(ATH)和氫氧化鎂(MH)為典型代表的金屬氫氧化物阻燃劑因具有穩(wěn)定性好、無(wú)毒、抑煙等優(yōu)點(diǎn),被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用[7-10].Bonati等[7-8]對(duì)添加ATH的瀝青及混合料進(jìn)行熱重、氧指數(shù)和錐形量熱儀試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),ATH在抑制瀝青點(diǎn)燃方面效果顯著,可以有效地減少瀝青燃燒釋放的煙霧和熱量.Xu等[9-10]系統(tǒng)揭示了MH的阻燃機(jī)理,研究表明,當(dāng)MH添加量為15%時(shí),瀝青極限氧指數(shù)達(dá)到23.2%.ATH和MH會(huì)在一定程度上降低瀝青的低溫性能和水穩(wěn)定性[6,9],制約了金屬氫氧化物阻燃劑在瀝青路面中的進(jìn)一步推廣.

氫氧化鈣(HL)作為瀝青路面的常用添加劑,可以有效地提高和改善瀝青混合料的高、低溫性能和水穩(wěn)定性[11-12].最新研究表明[13],盡管在抑制瀝青點(diǎn)燃方面,HL的表現(xiàn)不如ATH卓越,但添加HL可以降低瀝青燃燒的反應(yīng)速率和燃盡率,使總熱釋放率和總發(fā)煙量分別減少25.5%和28.8%,阻燃抑煙的效果明顯,且HL價(jià)格更低廉.將HL與ATH復(fù)配,可望制備一種阻燃與路用性能俱佳的復(fù)合阻燃劑.

本文將HL與ATH按質(zhì)量比1∶1進(jìn)行復(fù)配,制得一種復(fù)合氫氧化物阻燃劑.通過(guò)極限氧指數(shù)、熱重試驗(yàn)及錐形量熱儀試驗(yàn)研究該復(fù)合阻燃劑對(duì)瀝青阻燃性能的影響,從高、低溫性能和水穩(wěn)定方面分析該阻燃劑對(duì)瀝青路用性能的影響,從而為復(fù)合氫氧化物阻燃劑的應(yīng)用和推廣提供參考依據(jù).

1 樣品及方法

1.1 原材料

試驗(yàn)采用江蘇寶利瀝青公司提供的雙龍70#重交瀝青,針入度(25 ℃,100 g,5 s)為66 × 0.1 mm,延度(15 ℃,5 cm/min)大于150 cm,軟化點(diǎn)為47.8 ℃,閃點(diǎn)為340 ℃,燃點(diǎn)為375 ℃.阻燃劑采用分析純HL、MH和ATH.

試驗(yàn)采用玄武巖集料、石灰石礦粉,參照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ058-2005)進(jìn)行基本技術(shù)參數(shù)測(cè)試,主要的物理性能指標(biāo)如表1所示.表中,ρ為礦粉密度,Vc為壓碎值,Ll為洛杉磯磨耗損失,Cf為針片狀含量,C0.075為直徑<0.075 mm的含量,Fh為親水系數(shù).

表1 集料、礦粉物理性能

1.2 阻燃瀝青制備與性能測(cè)試

將基質(zhì)瀝青加熱到(170±5) ℃,使其成流動(dòng)狀態(tài).采用瀝青高速攪拌機(jī)在1 000 r/min下,逐步加入相應(yīng)比例的阻燃劑；后保持5 000 r/min轉(zhuǎn)速攪拌15 min；將樣品轉(zhuǎn)移到瀝青乳化機(jī),保持170 ℃在5 000 r/min轉(zhuǎn)速下剪切0.5 h；然后在500 r/min的轉(zhuǎn)速下剪切10 min驅(qū)趕氣泡,在冷卻過(guò)程中手動(dòng)攪拌防止離析.

采用極限氧指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)試樣的點(diǎn)燃性能.試驗(yàn)采用HC-2型極限氧指數(shù)測(cè)定儀,測(cè)試按照NB/SH/T0815-2010瀝青燃燒性能測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行.

采用熱重試驗(yàn)采用德國(guó)NET-ZSCH公司的STA-409PC型熱重分析儀.試驗(yàn)時(shí),稱(chēng)取10～15 mg左右的樣品置于Al2O3坩堝中,在20 mL/min空氣氣氛下以10 ℃/min的升溫速率從室溫程序升溫至850 ℃,以獲得燃燒反應(yīng)特性曲線.

1.3 阻燃瀝青混合料的制備和性能測(cè)試

參照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004) AC-13瀝青混合料級(jí)配范圍,設(shè)計(jì)的集料級(jí)配通過(guò)對(duì)應(yīng)篩孔(方孔篩mm)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wg如表2所示.

表2 AC-13混合料級(jí)配

按照J(rèn)TG F40-2004規(guī)定,初定5種油石比制備馬歇爾試件,計(jì)算各項(xiàng)體積指標(biāo),確定最佳油石比為5.2%,試驗(yàn)結(jié)果如表3所示.表中,Rw為油石比,ρb為毛體積相對(duì)密度,ρmax為最大相對(duì)密度,Rp為空隙率,Rc為礦料間隙率,Sa為飽和度,S為穩(wěn)定度,Vc為流值.

表3 馬歇爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果

制備阻燃瀝青混合料時(shí)以阻燃劑等量替代礦粉.先將阻燃劑(按瀝青質(zhì)量的25%稱(chēng)取)與礦粉混合均勻,然后與集料、瀝青進(jìn)行拌和,并按照J(rèn)TG E20-2011 中T0702-2011、T0703-2011 規(guī)定的試驗(yàn)方法制備阻燃瀝青混合料試件.

采用錐形量熱儀法試驗(yàn)研究瀝青混合料試樣的阻燃性能.試驗(yàn)采用英國(guó)FFT公司生產(chǎn)的007雙柜型錐形量熱儀,對(duì)瀝青混合料試樣燃燒的點(diǎn)燃時(shí)間、煙釋放率、熱釋放率等燃燒參數(shù)進(jìn)行測(cè)試.

根據(jù)JTG E20-2011規(guī)定對(duì)瀝青混合料試樣的高、低溫及水穩(wěn)性能進(jìn)行測(cè)試.采用車(chē)轍試驗(yàn),以動(dòng)穩(wěn)定度為指標(biāo)評(píng)價(jià)阻燃瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性.采用低溫彎曲試驗(yàn),以彎拉強(qiáng)度和最大彎拉應(yīng)變?yōu)橹笜?biāo)評(píng)價(jià)阻燃瀝青混合料的低溫抗裂性.采用凍融劈裂試驗(yàn),以?xún)鋈谂褟?qiáng)度比(TSR)為指標(biāo)評(píng)價(jià)阻燃瀝青混合料的水穩(wěn)定性.

2 結(jié)果與討論

2.1 金屬氫氧化物阻燃機(jī)理及作用溫區(qū)分析

大量研究表明,金屬氫氧化物的阻燃作用主要表現(xiàn)在兩方面[7,10]：1)金屬氫氧化物受熱會(huì)發(fā)生吸熱分解反應(yīng),吸收瀝青燃燒釋放的部分熱量,抑制熱量的回饋累積,降低瀝青材料的溫度,從而減緩燃燒速率.金屬氫氧化物的分解曲線如圖1所示.圖中，TG為殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù),DTG為失重速率.同時(shí),分解產(chǎn)生的水分蒸發(fā)形成水蒸氣降低了瀝青材料表面的氧氣濃度,一定程度上隔絕空氣.2)金屬氫氧化物受熱分解形成的活性氧化物是良好的耐火材料,覆蓋在瀝青表面形成隔離層,阻止可燃性揮發(fā)物質(zhì)的流動(dòng),也減緩了外界的氧氣向?yàn)r青內(nèi)部滲透,使得在燃燒表面的氧化反應(yīng)難以充分進(jìn)行,從而起到阻燃抑煙的作用.

與ATH和MH不同,HL除上述阻燃機(jī)理外,還具有2種附加效應(yīng).首先,由于HL的分解溫度較高,如圖1所示,在瀝青燃燒初期,HL通過(guò)與瀝青中的酸性物質(zhì)(羧酸等)進(jìn)行反應(yīng)生成鈣鹽,附著在瀝青表面,達(dá)到隔絕空氣、延遲瀝青點(diǎn)燃的目的.其次,HL在分解時(shí)同步發(fā)生碳酸化反應(yīng),不僅形成致密的CaCO3阻隔層,而且會(huì)裹附一部分瀝青質(zhì),從而降低了瀝青的燃盡率[13].從阻燃機(jī)理來(lái)看,由HL與ATH或MH混合形成的復(fù)合阻燃劑具有一定的協(xié)同阻燃效果.

圖1 金屬氫氧化物的分解曲線Fig.1 Decomposition curves of metal hydroxide

由圖1可以看出,不同的金屬氫氧化物具有不同的阻燃作用溫區(qū).其中,ATH熱解溫度為270～320 ℃,MH分解溫度為300～400 ℃,HL分解溫度為360～470 ℃.MH的作用溫區(qū)介于ATH和HL之間,考慮到ATH和MH具有相似的阻燃機(jī)理,且價(jià)格相近,ATH在抑制瀝青點(diǎn)燃方面的效果更明顯[14].將ATH與HL復(fù)配,可以擴(kuò)大阻燃劑的作用溫區(qū),發(fā)揮更長(zhǎng)效的阻燃效果.

如圖2所示為添加不同阻燃劑的瀝青燃燒特性曲線,對(duì)比基質(zhì)瀝青、添加25%HL、25%ATH和25%復(fù)合阻燃劑(ATH和HL按質(zhì)量比1∶1混合)的瀝青在程序升溫下的燃燒失重過(guò)程.可以看出,添加ATH的瀝青膠漿共出現(xiàn)3次較明顯的失重峰,其中第一個(gè)失重峰對(duì)應(yīng)于ATH的受熱分解,出現(xiàn)在270～310 ℃,正處于瀝青燃點(diǎn)之前[3],這是ATH在抑制瀝青點(diǎn)燃方面效果顯著的原因.HL出現(xiàn)3次失重峰,其中在700～750 ℃下出現(xiàn)的第三失重峰,對(duì)應(yīng)于HL前期碳酸化反應(yīng)包裹的部分瀝青的燃燒.可見(jiàn),HL的阻燃溫區(qū)更高,對(duì)瀝青燃燒進(jìn)程的控制能力更強(qiáng),有效降低了瀝青的燃盡率.

圖2 瀝青燃燒特性曲線Fig.2 Combustion characteristics curves of asphalt

失重峰的出現(xiàn)表明,阻燃劑在燃燒過(guò)程中發(fā)揮了諸如分解吸熱、稀釋氧氣、炭化層覆蓋等阻燃作用,使瀝青燃燒過(guò)程的放熱峰明顯減弱,減少了揮發(fā)分燃燒釋放的熱量.復(fù)合阻燃劑在270～310 ℃、350～450 ℃、500～650 ℃和700 ～750 ℃出現(xiàn)了4次失重峰,可見(jiàn)復(fù)合阻燃劑綜合發(fā)揮了ATH和HL兩者的阻燃作用,在抑制瀝青點(diǎn)燃的同時(shí)降低了瀝青的燃盡率,具有更寬闊的阻燃作用溫區(qū).

2.2 復(fù)合阻燃劑對(duì)瀝青阻燃性能影響

圖3 阻燃劑對(duì)瀝青阻燃性能影響Fig.3 Influence of flame retardant on flame retardant performance of asphalt

2.2.1 氧指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果分析 極限氧指數(shù)(LOI)表示在規(guī)定條件下維持樣品平穩(wěn)燃燒所需的最低氧濃度,是評(píng)價(jià)材料在空氣中與火焰接觸燃燒難易程度的重要指標(biāo).一般認(rèn)為,當(dāng)LOI<21%時(shí),材料為易燃性材料；當(dāng)LOI>27%時(shí),材料在燃燒中可以自行熄滅.如圖3所示為各種阻燃劑在不同摻量下的瀝青極限氧指數(shù).可以看出,隨著阻燃劑摻量的增加,瀝青的極限氧指數(shù)逐漸增大.ATH分解溫度最低,抑制瀝青點(diǎn)燃的效果最佳.當(dāng)摻加量為25%時(shí),極限氧指數(shù)達(dá)到26.9%；在相同摻量下,添加HL和MH的瀝青的極限氧指數(shù)分別為22.3%和22.5%,與ATH的差距明顯.這是由于瀝青在燃燒過(guò)程中呈熔滴和流動(dòng)狀態(tài),難以形成有效的炭化阻隔層,因此對(duì)于分解溫度較高、主要依靠炭化阻隔層發(fā)揮阻燃作用的MH和HL,氧指數(shù)測(cè)試結(jié)果相對(duì)較差.

根據(jù)GB/T 29051-2012的要求可知,隧道阻燃瀝青的極限氧指數(shù)應(yīng)大于23%.當(dāng)復(fù)合阻燃劑摻量為25%時(shí),氧指數(shù)達(dá)到24.4%.可見(jiàn),復(fù)合阻燃劑在抑制瀝青燃燒方面的效果較單獨(dú)添加HL有明顯的改善.

由圖3可以看出,當(dāng)極限氧指數(shù)達(dá)到23%時(shí),ATH和復(fù)合阻燃劑的添加量分別為12.5%和19%.推算可知,為了滿足阻燃瀝青的氧指數(shù)要求,可以采用3倍用量的HL替換部分ATH.考慮到HL的價(jià)格僅為ATH的1/10,復(fù)合阻燃劑的性?xún)r(jià)比更高.

2.2.2 錐形量熱儀試驗(yàn)結(jié)果分析 錐形量熱儀試驗(yàn)是目前測(cè)定材料燃燒行為最常用、且最接近真實(shí)燃燒情況的實(shí)驗(yàn)室方法[15].在輻射強(qiáng)度為50 kW/m2的工況下,阻燃劑摻量為25%時(shí)不同瀝青混合料的燃燒特性如表4所示.表中,ti為點(diǎn)燃時(shí)間,qh為平均熱釋放速率,VCO為CO產(chǎn)率,rs為總發(fā)煙量.由表4可以看出,添加氫氧化物阻燃劑后,瀝青混合料的點(diǎn)燃時(shí)間延長(zhǎng),平均熱釋放率、CO產(chǎn)率和總發(fā)煙量均明顯降低,氫氧化物阻燃劑表現(xiàn)出較好的阻燃抑煙作用.

表4 瀝青混合料的燃燒特性

在阻燃方面,添加復(fù)合阻燃劑的瀝青混合料的點(diǎn)燃時(shí)間為217 s,較添加ATH和HL的瀝青混合料分別延長(zhǎng)37和42 s；由于具有更寬闊的阻燃作用溫區(qū),添加復(fù)合阻燃劑的瀝青混合料的平均熱釋放速率最低,僅為48.2 kW/m2,較添加ATH和HL的瀝青混合料分別進(jìn)一步減小11.23%和15.73%.熱釋放速率是評(píng)價(jià)材料火災(zāi)危害的重要參數(shù),平均熱釋放速率越大,材料的火災(zāi)危害越大.與ATH和HL相比,復(fù)合阻燃劑不僅使瀝青混合料更難被點(diǎn)燃,且抑制瀝青混合料燃燒速率的作用更明顯,提升瀝青混合料火災(zāi)安全性的效果更突出.

在抑煙方面,盡管添加ATH、HL和復(fù)合阻燃劑的瀝青混合料的總發(fā)煙量分別較基質(zhì)瀝青混合料降低了8.3%、5.8%和6.3%,3種阻燃劑的效果相當(dāng).由于抑制熱釋放速率、降低燃燒反應(yīng)劇烈程度的作用最顯著,添加復(fù)合阻燃劑的瀝青混合料的CO產(chǎn)率最小,僅為基質(zhì)瀝青混合料的56.3%,較添加ATH和HL的瀝青混合料分別進(jìn)一步減小了20.5%和26.4%.考慮到火災(zāi)事故中,超過(guò)半數(shù)的人員死亡是由CO導(dǎo)致的.與ATH和HL相比,在抑制有毒煙氣釋放方面,復(fù)合阻燃劑的作用顯著,可以進(jìn)一步降低瀝青混合料的火災(zāi)危害性.

綜上所述,由錐形量熱儀的試驗(yàn)結(jié)果可知,復(fù)合阻燃劑較單一氫氧化物阻燃劑具有更強(qiáng)的抑制瀝青混合料燃燒熱量和有毒煙氣釋放的作用,表現(xiàn)出較好的協(xié)同阻燃效果.

2.3 復(fù)合阻燃劑對(duì)瀝青路用性能影響

2.3.1 高溫穩(wěn)定性 采用車(chē)轍試驗(yàn),以動(dòng)穩(wěn)定度Sd為指標(biāo)評(píng)價(jià)復(fù)合氫氧化物阻燃劑對(duì)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響[16].試件尺寸為30 cm×30 cm×5 cm,車(chē)轍輪壓強(qiáng)為0.7 MPa,試驗(yàn)溫度為60 ℃.如圖4所示為當(dāng)阻燃劑摻量為25%時(shí)不同阻燃瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果.

圖4 瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Dynamic stability of asphalt mixture

由圖4可以看出,氫氧化物阻燃劑均能夠在一定程度上提高瀝青混合料動(dòng)的高溫穩(wěn)定性,且HL使瀝青混合料高溫穩(wěn)定性提升的幅度明顯大于ATH,而復(fù)合阻燃劑可以使瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度提高13.4 %,提升高溫穩(wěn)定性的作用介于HL和ATH之間.

2.3.2 低溫性能 采用低溫彎曲試驗(yàn),以抗拉強(qiáng)度St和最大彎拉應(yīng)變Sf為指標(biāo),評(píng)價(jià)阻燃瀝青混合料的低溫性能.試件尺寸為250 cm×30 cm×35 cm,試驗(yàn)溫度為-10 ℃.

如圖5所示為阻燃劑摻量為25%時(shí)不同阻燃劑對(duì)瀝青混合料低溫性能的影響.可以看出,ATH使瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度和最大彎拉應(yīng)變分別減小7.1%和6.2%,降低了瀝青混合料的低溫性能.

HL是一種強(qiáng)堿性物質(zhì),會(huì)與瀝青中的羧酸接觸發(fā)生中和反應(yīng)生成鈣鹽,增強(qiáng)瀝青與礦粉間的吸附力,使瀝青混合料成為一個(gè)粒子填充復(fù)合體[11].當(dāng)受到恒定應(yīng)力作用時(shí),荷載可以在瀝青和礦料粒子間有效地傳遞,增強(qiáng)瀝青混合料的延展能力,提升瀝青混合料的低溫抗裂性能[17].添加HL后,盡管瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度減小9.3%,但最大彎拉應(yīng)變?cè)龃?0.1%.

圖5 阻燃劑對(duì)瀝青混合料低溫性能的影響Fig.5 Influence of flame retardant on asphalt mixture low-temperature performance

在相同摻量下,添加復(fù)合阻燃劑后,瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變提高13.3%.盡管抗拉強(qiáng)度降低7.9%,但降幅小于HL.可見(jiàn),添加復(fù)合阻燃劑的瀝青混合料表現(xiàn)出了優(yōu)良的低溫性能.2.3.3 水穩(wěn)定性 采用凍融劈裂試驗(yàn),以?xún)鋈谂褟?qiáng)度比Rts為指標(biāo)評(píng)價(jià)阻燃瀝青混合料的水穩(wěn)定性.如圖6所示為當(dāng)阻燃劑摻量為25%時(shí)不同阻燃劑對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響.可以看出,摻加ATH的瀝青混合料經(jīng)凍融循環(huán)后,劈裂強(qiáng)度Sc下降明顯,劈裂強(qiáng)度比由79.2%降為77.4%.可見(jiàn),ATH在一定程度上降低了瀝青混合料的水穩(wěn)定性.

圖6 阻燃劑對(duì)混合料水穩(wěn)定性的影響Fig.6 Influence of flame retardant on asphalt mixture water stability

在添加HL后,瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比從79.2%提高到84.2%,瀝青混合料表現(xiàn)出更好的水穩(wěn)定性.這主要是因?yàn)镠L對(duì)集料和瀝青兩方面的改善作用.1)HL中的鈣離子可以與骨料中的陰離子結(jié)合,積累在骨料的表面,使集料在水的作用下不宜剝離,并在集料表面形成較高的粗糙度,有利于瀝青的吸附.2)HL可以降低瀝青中羧酸類(lèi)物質(zhì)的含量,只留下非酸性的表面活性成分,降低了水侵害.與其他氫氧化物相比,HL具有更高的孔隙度,經(jīng)過(guò)高溫拌和后,瀝青與HL的結(jié)合更加緊密,從而增強(qiáng)混合料的耐久性.在添加復(fù)合阻燃劑后,瀝青混合料凍融前、后的劈裂強(qiáng)度分別提高8.0%、12.8%,劈裂強(qiáng)度比提高4.6%.可見(jiàn),復(fù)合阻燃劑改善了瀝青混合料的水穩(wěn)定性.

3 結(jié) 論

(1) 將ATH和HL按質(zhì)量比1∶1復(fù)配制得一種復(fù)合氫氧化物阻燃劑.當(dāng)添加量為25%時(shí),瀝青極限氧指數(shù)達(dá)到24.4%,超過(guò)隧道阻燃瀝青極限氧指數(shù)應(yīng)大于23%的技術(shù)要求.

(2) 錐形量熱儀試驗(yàn)表明,與單一氫氧化物阻燃劑(ATH或HL)相比,提出的復(fù)合氫氧化物阻燃劑進(jìn)一步延長(zhǎng)了瀝青混合料的點(diǎn)燃時(shí)間,且降低平均熱釋放速率和CO產(chǎn)率的幅度更大,展現(xiàn)出較好的協(xié)同阻燃作用.

(3) 采用提出的復(fù)合氫氧化物阻燃劑等量替代礦粉,當(dāng)摻量為25%時(shí),瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度、最大彎拉應(yīng)變和凍融劈裂強(qiáng)度比分別提高13.4%、13.3%和4.6%,有效提升了瀝青混合料的高、低溫性能和水穩(wěn)定性.

(4) ATH和HL具有不同的阻燃機(jī)理和阻燃作用溫區(qū).由ATH和HL混合制得的復(fù)合氫氧化物阻燃劑,阻燃作用溫區(qū)更大,阻燃抑煙效果及路用性能俱佳,且性?xún)r(jià)比更高,是對(duì)單一氫氧化物阻燃劑的有益補(bǔ)充,具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值.

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Flame retardant and pavement performance of composite hydroxide modified asphalt

HUANG Zhi-yi1, WU Bin1, KANG Cheng1, ZHU Kai2, WU Ke1

(1.CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China; 2.CollegeofQualityandSafetyEngineering,ChinaJiliangUniversity,Hangzhou310018,China)

Composite hydroxide flame retardant was formed by mixing aluminium hydroxide (ATH) and calcium hydroxide (HL) with a mass ratio of 1∶1. The influence of composite flame retardant on flame retarding performance and road performance of asphalt was analyzed by using thermogravimetry, cone calorimeter,freeze-thaw splitting test and etc. Results indicate that the composite hydroxide flame retardant has a synergistic flame-retardant effect. The composite hydroxide flame retardant can further prolong the ignition time of asphalt mixture and reduce the average heat release rate and the extent of CO production rate than the single hydroxide flame retardants (ATH or HL). Replacing some mineral powder with the same amount of composite hydroxide flame retardant can effectively improve the high/low temperature and water stability performances of asphalt mixture. Composite hydroxide plays a role of flame retardant in a wider temperature range and has better effects on the flame retardant, smoke suppression and road performances. The composite flame retardant is more cost-effective.

asphalt; composite hydroxide; flame retardant; cone calorimeter; synergistic flame-retardant; pavement performance

2014-12-26. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)網(wǎng)址： www.journals.zju.edu.cn/eng

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51408542)；浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(LY14E080014).

黃志義(1957-), 男, 教授，博導(dǎo), 從事交通隧道安全及瀝青路面阻燃等的研究. ORCID: 0000-0003-2604-6931. E-mail: hzy@zju.edu.cn 通信聯(lián)系人：吳珂, 男, 助理研究員. ORCID: 0000-0003-2313-3124. E-mail: wuke@zju.edu.cn

10.3785/j.issn.1008-973X.2016.01.005

U 416

A

1008-973X(2016)01-0027-06