李 金

(山西路橋集團(tuán)長臨高速公路有限公司，山西 臨汾 041099)

無機(jī)復(fù)合氫氧化物阻燃改性瀝青的阻燃效果分析

李 金

(山西路橋集團(tuán)長臨高速公路有限公司，山西 臨汾 041099)

阻燃瀝青主要應(yīng)用于隧道瀝青路面。通過采用氫氧化鋁和氫氧化鈣復(fù)配的方式得到復(fù)合無機(jī)阻燃劑，通過瀝青氧指數(shù)和煙密度試驗(yàn)方法確定了復(fù)合阻燃劑的最佳用量和阻燃效果。

阻燃瀝青；氧指數(shù)；煙密度；阻燃劑

1 原材料

1.1 ATH技術(shù)參數(shù)

選用合肥中科生產(chǎn)的FR-3815型ATH，Al2O3含量≥64%，灼燒失量34.5%，粒徑(D50)約12.0 um，水份≤0.15。

1.2 HL技術(shù)參數(shù)

選用河北石茂生產(chǎn)的工業(yè)級400目HL，Ca(OH)2含量≥95%，水份<2%。

1.3 SBS改性瀝青技術(shù)參數(shù)

為充分研究復(fù)合阻燃劑對瀝青的阻燃效果，根據(jù)規(guī)范要求采用SBS改性瀝青進(jìn)行測試，SBS由巴陵石化提供，基質(zhì)瀝青采用中海70#石油瀝青。改性瀝青性能見表1。

表1 改性瀝青基本性能

2 試驗(yàn)方案及測試方法

2.1 試驗(yàn)方案

因ATH和HL的阻燃機(jī)理相同，區(qū)別在于不同得溫度區(qū)間遇熱反應(yīng)，ATH分解溫度為270～320 ℃，HL分解溫度為360～470 ℃。ATH比HL的反應(yīng)溫度更低，在預(yù)熱初期即可產(chǎn)生比較明顯的阻燃效應(yīng)，且通過一些列試驗(yàn)結(jié)合部分文獻(xiàn)，ATH在抑制瀝青點(diǎn)燃方面，也就是預(yù)防火災(zāi)方面效果明顯。所以本復(fù)合阻燃的主體阻燃劑選用ATH，將ATH和HL按照重量比以1∶1、2∶1的形式制成復(fù)合阻燃劑，并與單用ATH和HL阻燃劑做空白樣比對，進(jìn)行相關(guān)氧指數(shù)、煙密度。

2.2 氧指數(shù)測試方法

氧指數(shù)，又稱極限氧指數(shù)，是指瀝青在規(guī)定條件下所能維持燃燒所需要的的最低氧氣濃度，是評價(jià)瀝青阻燃效果的最重要指標(biāo)。通常，LOI小于21%視作易燃材料，LOI介于21%～27%視作可燃材料， LOI大于27%視作難燃材料，也就是材料自熄不被點(diǎn)燃。根據(jù)GB/T 29051-2012《道路用阻燃瀝青混凝土》中關(guān)于阻燃瀝青的相關(guān)介紹，當(dāng)改性瀝青的LOI大于23%時(shí)即滿足阻燃要求，可在隧道內(nèi)鋪筑使用。本試驗(yàn)采用南京上元分析儀器有限公司HC-2C型氧指數(shù)測定儀進(jìn)行極限氧指數(shù)的測定。

2.3 煙密度測試方法

瀝青煙密度等級對于短隧道不作要求，一般只針對長大隧道或其他重要場所作為必測項(xiàng)目。根據(jù)GB/T 29051-2012《道路用阻燃瀝青混凝土》中關(guān)于瀝青煙密度的試驗(yàn)方法，煙密度等級的檢測方法按照GB/T 8627-2007 《建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗(yàn)方法》進(jìn)行，瀝青樣品制成50 mm×50 mm×3 mm，對四周采用鋁箔包邊處理。本試驗(yàn)采用南京上元分析儀器有限公司YM-3型建筑材料煙密度測試儀進(jìn)行煙密度的測定。

3 結(jié)果討論

3.1 復(fù)合阻燃劑阻燃性能

對四種阻燃劑分別進(jìn)行不同摻量的改性瀝青極限氧指數(shù)試驗(yàn)，根據(jù)測試結(jié)果制圖，得到圖1，研究不同摻量下不同配比的阻燃改性瀝青的阻燃效果。根據(jù)圖1的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：

圖1 阻燃劑對改性瀝青阻燃性能的影響

(1)相同摻量下單摻ATH的改性瀝青極限氧指數(shù)比單摻HL的改性瀝青極限氧指數(shù)要高很多。單摻ATH為15%時(shí)，LOI值23.5，摻量增加至25%時(shí)，LOI值27.2。根據(jù)GB/T 29051-2012《道路用阻燃瀝青混凝土》的要求，改性阻燃瀝青的最小極限氧指數(shù)為23%。單摻ATH為15%時(shí)已滿足阻燃瀝青的極限氧指數(shù)要求，摻量為25%時(shí)達(dá)到難燃等級。反觀單摻HL阻燃劑，摻量最大25%時(shí)，LOI值22.1，阻燃效果不理想。

(2)四種改性瀝青的極限氧指數(shù)均隨著阻燃劑摻量的增多而不斷提高，說明阻燃劑的加入對改性瀝青的阻燃效果均有提升。較之HL，ATH的阻燃效果更好，其復(fù)配阻燃劑介于兩者之間，且隨著ATH占比的增多LOI值不斷提高，ATH+HL(1:1)摻量在20%時(shí)，即滿足阻燃的要求。

ATH較之HL阻燃效果更好的原因跟其阻燃機(jī)理有關(guān)：ATH分解溫度270～320 ℃，瀝青點(diǎn)燃后ATH馬上發(fā)生分解，在早期即控制瀝青的燃燒，LOI值相對更高，抑制改性瀝青的燃燒效果更好。HL的分解溫度在360-470 ℃，瀝青在點(diǎn)燃后溫度需身高到360 ℃HL才能逐漸分解。在高溫下瀝青呈現(xiàn)流動(dòng)狀態(tài)，HL阻燃除了分解釋放水分之外還需要碳化層隔絕氣體，故LOI值相對較低。而對于復(fù)合阻燃劑，ATH本身阻燃效果比較明顯，ATH分解后形成的Al2O3碳層，為HL的阻燃提供所需的坦誠，其LOI值相對較高。采用復(fù)合阻燃劑較HL阻燃劑單獨(dú)使用阻燃效果更好。

3.2 復(fù)合阻燃劑的抑煙性能

對四種阻燃劑分別進(jìn)行不同摻量的煙密度試驗(yàn)，根據(jù)測試結(jié)果制圖，得到圖2，研究不同摻量下不同配比的阻燃改性瀝青的抑煙性能。根據(jù)圖2的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：

圖2 阻燃劑對改性瀝青抑煙性能的影響

四種阻燃改性瀝青均具有不錯(cuò)的阻燃抑煙性能，且均隨著阻燃劑的增多相同時(shí)間內(nèi)的發(fā)煙量、煙密度呈現(xiàn)下降的趨勢。根據(jù)GB /T8627-1999《建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗(yàn)方法》關(guān)于煙密度等級的規(guī)定，SDR值小于75%即滿足阻燃瀝青抑煙的要求。單摻ATH大于15%時(shí)SDR達(dá)到抑煙的標(biāo)準(zhǔn)，而HL的添加量需更多才能起到作用。兩者抑煙能力的不同還是因?yàn)閮烧叩姆纸夥侄葘r青燃燒的限制階段不同，ATH較HL較快分解，抑煙效果明顯。

在阻燃劑摻量較多的情況下，ATH+HL復(fù)合阻燃劑比ATH和HL單獨(dú)使用其抑煙效果更好，且隨著符合阻燃劑摻量的增多，煙塵減少量呈現(xiàn)加速遞增的態(tài)勢。ATH和HL的協(xié)同效應(yīng)較之兩者單獨(dú)使用得到增強(qiáng)。

4 小 結(jié)

通過考察ATH阻燃劑、HL阻燃劑及ATH+HL復(fù)合阻燃劑對SBS改性瀝青的氧指數(shù)、煙密度分析。發(fā)現(xiàn)ATH比HL的阻燃性能更好，ATH+HL復(fù)合阻燃劑的阻燃效果介于兩者之間，且隨著ATH含量的增多阻燃性能得到不斷提高。ATH+HL復(fù)合阻燃劑的抑煙性能隨著阻燃劑用量的增大而逐漸提高ATH+HL復(fù)合阻燃劑比ATH和HL單獨(dú)使用其抑煙效果更好，且隨著符合阻燃劑摻量的增多，煙塵減少量呈現(xiàn)加速遞增的態(tài)勢。ATH和HL的協(xié)同效應(yīng)較之兩者單獨(dú)使用得到增強(qiáng)。

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1008-3383(2017)09-0084-02

2017-03-01

李金(1986-)，山西和順人，工程師。