摘要:基于阻燃剂和协同剂复配技术,设计了复配阻燃沥青•通过氧指数试验,研究协同剂对复配 阻燃沥青阻燃性能的影响;采用协同阻燃效率S E及阻燃性价比E V指标,比较阻燃剂和协同剂组 成的复配阻燃体系的协同阻燃效果;采用沥青常规性能试验和动态剪切流变试验,分析复配阻燃 体系对沥青路用性能的影响.结果表明,合适的复配阻燃体系在适当的复配比例下,可以有效地提 高沥青的阻燃性能和高温性能.

关键词:道路工程;阻燃沥青;复配技术;氧指数;路用性能


在隧道或地下通道中使用噪音低、抗滑性能好、 行车舒适的沥青路面,已经成为隧道路面铺装的发展 趋势.由于沥青为可燃材料,一旦引燃会在短时间内 释放出大量的热、烟和毒气,给逃生和救援带来困难. 特别是长、大隧道或城市地下通道,火灾的发生将给 人民群众的生命财产造成严重损失•为此,提高沥青
材料的阻燃性能成为道路工作者关注的热点,各种类 型的阻燃沥青也应运而生.目前,在一元阻燃沥青(即 单掺阻燃剂沥青)性能研究和工程应用的基础上,人 们开始研制和应用复配阻燃浙青.复配阻燃沥青指由 不同阻燃剂、协同剂复配制成的阻燃沥青.借鉴塑料 化工的研究成果[13],由阻燃剂和协同剂组成的复配

阻燃体系可进一步提高沥青材料的阻燃和消烟性能.

本文基于阻燃剂和协同剂复配技术,设计了复 配阻燃沥青.通过氧指数试验,分析协同剂对复配阻 燃沥青阻燃性能的影响;采用协同阻燃效率及阻燃 性价比评价指标,比较阻燃剂和协同剂复配阻燃体 系的协同阻燃效果;采用沥青常规性能试验和动态 剪切流变试验分析复配阻燃体系对浙青路用性能的 影响,从而为相关工程选择阻燃剂和协同剂方案提 供理论依据.

1试验

1.1试验原材料

试验所用沥青为东海牌成品SBS改性沥青,其 基本性能测试结果见表1.

根据阻燃机理,阻燃剂主要分为化学反应型、填
表1 SBS改性沥青基本性能测试结果 Table 1 Test results of basic performance of SBS modified asphalt
Penetration/ Ductility Softening Flash
(0.1 mm) (5 O/cm point/"C point/*C
57.1 31.5 84.9 285

料型和膨胀型[4]3类,本文即选择这3类阻燃剂的 代表品种硼酸锌(ZB)、氢氧化镁(MH)和聚磷酸铵 (APP)进行研究.

协同剂为硼酸锌(ZB)、红磷(P)、三聚氰胺 (MA)和季戊四醇(PER).

1.2复配阻燃沥青的配制方案

设计的4种复配阻燃沥青为MH+ZB,MH + P, ZB+P, APP+MA + PER复配阻燃沥青,其中阻燃 剂掺量(质量分数)、阻燃剂与协同剂复配比例(质量 比)见表2.
第1期
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李立寒,等:复配阻燃沥青氧指数和路用性能研究
表2复K阻燃沥青的S制方案
1.3试验方案

采用氧指数试验评价复配阻燃沥青的阻燃性 能.在GB/T 2406-2006《塑料燃烧性能试验方 法——氧指数法》中,氧指数定义为:在规定的条件 下,试样在N2和02混合气体中维持平衡燃烧所需 的最低02体积分数.空气中02的体积分数约为 21%,一般认为当氧指数大于27%时,该材料在火 焰中是自行熄灭的材料.而根据工程应用的要求,阻 燃沥青的氧指数需要达到25%以上[s].

在氧指数试验中,所用的试件为20 g固体条 状,点火方式为自下而上,燃烧判定条件为火焰燃烧 持续时间>120 sM.

按照JXJ 52—2000《沥青及沥青混合料试验规 程》,测试复配阻燃沥青的针入度、软化点、延度和黏 度等指标,以考察阻燃剂与协同剂复配阻燃体系对沥 青常规性能的影响;根据美国沥青胶结料试验规程 (AASHTO MPla — 04),在52〜76 °C下进行动态剪 切流变试验,探讨阻燃剂与协同剂复配阻燃体系对复 配阻燃沥青车辙因子的影响.

1.4复配阻燃体系协同阻燃效果评价指标

复配阻燃体系协同阻燃效果可以采用协同阻燃
效率(SE)指标来定量描述[7]. SE定义为在阻燃剂 掺量相同的情况下,复配阻燃体系的阻燃效率与单 一阻燃剂的阻燃效率之比,如式(1)所示.SE越大表 示复配阻燃体系的协同阻燃效果越好.

式中:[LOI]。为沥青氧指数;[LOI1为一元阻燃沥 青氧指数;[LOI]2为复配阻燃沥青氧指数.

复配阻燃体系协同阻燃效果的性价比可以采用 阻燃性价比(EV)指标来反映[8]. EV定义为复配阻 燃体系阻燃效率与阻燃剂价格之比,如式(2)所示. EV越大表示复配阻燃体系的阻燃性价比越高.

 

式中:V为阻燃剂价格,即为阻燃剂单价(元/kg)乘 以阻燃剂质量用量.表3给出了各阻燃剂与协同剂 的单价.
表3各阻燃剂与协同剂单价 Table 3 Market price of flame retardant and synergistic agent