阻燃改性瀝青及其混合料性能探析

王 娟 鞠興華

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 渭南 714000）

阻燃改性瀝青及其混合料性能探析

王 娟 鞠興華

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 渭南 714000）

為了降低瀝青在封閉環(huán)境中的燃燒風(fēng)險，本文選用氫氧化鋁（ATH）及氫氧化鎂（MH）阻燃劑作為主要的阻燃改性劑對基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青進(jìn)行改性，制備了具備阻燃性能的瀝青材料，采用氧指數(shù)試驗全面評價不同類型阻燃改性瀝青的阻燃性能，并采用馬歇爾試件燃燒試驗對其阻燃性能進(jìn)行驗證，在此基礎(chǔ)上，采用高溫穩(wěn)定性試驗及低溫抗裂性試驗評價阻燃改性瀝青混合料的路用性能。

道路材料；阻燃瀝青；阻燃性能；路用性能

0 引言

瀝青路面作為重要的路面形式之一，在我國各級道路中均占有較大的比重，應(yīng)用非常廣泛。但瀝青材料作為一種有機復(fù)合物，在外界明火條件下極易燃燒，在燃燒過程中會揮發(fā)出大量的有害氣體和瀝青煙，具有較高的安全隱患[1]。現(xiàn)有隧道等封閉交通設(shè)施內(nèi)部多為瀝青路面，如內(nèi)部發(fā)生車禍爆炸，可能會引起瀝青燃燒，將導(dǎo)致火災(zāi)的產(chǎn)生，對于道路安全和人身安全造成不可挽回的損失[2-3]。而該類事故事件已多次在現(xiàn)實中發(fā)生，這敲響了人們的警鐘，瀝青材料阻燃作為重要議題在道路領(lǐng)域展開[4]。國內(nèi)外研究人員針對瀝青材料阻燃性能開展了大量研究，研發(fā)了一系列路用阻燃劑來提高瀝青材料的阻燃性能[5]。本文選用阻燃性能良好的ATH阻燃劑和MH阻燃劑制備了多種類型阻燃改性瀝青，采用氧指數(shù)試驗及馬歇爾試件燃燒試驗全面評價不同類型阻燃改性瀝青的阻燃性能，在此基礎(chǔ)上，采用高溫穩(wěn)定性試驗及低溫抗裂性試驗評價阻燃改性瀝青混合料的路用性能，為阻燃改性瀝青在道路領(lǐng)域的良好應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1 阻燃改性瀝青制備

本文選擇殼牌90#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青作為主要的阻燃劑應(yīng)用載體，采用ATH阻燃劑和MH阻燃劑進(jìn)行一定比例的復(fù)配制備成符合瀝青阻燃改性劑，對兩種瀝青分別進(jìn)行改性。ATH阻燃劑和MH阻燃劑的技術(shù)性能指標(biāo)如下表1及表2所示。

表1 ATH阻燃劑技術(shù)指標(biāo)

表2 MH阻燃劑技術(shù)指標(biāo)

制備方法：取出適量阻燃劑進(jìn)行稱量，將稱量好的ATH阻燃劑和MH阻燃劑按照1：0.5的比例混合均勻，將瀝青加熱至140℃，將預(yù)先混合好的阻燃劑分三次加入瀝青內(nèi)部，并采用高速剪切儀對瀝青進(jìn)行高速攪拌，充分?jǐn)嚢韬髮⒏男詾r青制備成氧指數(shù)試件或瀝青混合料試件。阻燃劑總質(zhì)量為瀝青質(zhì)量的25%。

2 阻燃性能研究

2.1氧指數(shù)評價

氧指數(shù)試驗采用LOI氧指數(shù)儀（如圖1）進(jìn)行測試，試驗測試在氧氣流中進(jìn)行，將制備好的瀝青試件放置于燃燒筒內(nèi)，開啟氧指數(shù)儀和氧氣流對阻燃改性瀝青試件的氧指數(shù)進(jìn)行測試。瀝青氧指數(shù)測試結(jié)果如表3所示。

圖1 氧指數(shù)測試儀

由上表3分析可知，在加入復(fù)合阻燃劑后，基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的氧指數(shù)都出現(xiàn)了大幅度的提高，其中基質(zhì)瀝青的氧指數(shù)從17提高至25，提高幅度達(dá)到40%以上，而對于SBS改性瀝青，氧指數(shù)由19增加到了29，增加幅度達(dá)到了52%，這表明復(fù)合阻燃劑能夠良好的改善瀝青材料的阻燃性能。

2.2燃燒性能評價

表3 瀝青氧指數(shù)測試結(jié)果

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011），按照AC-13級配制備馬歇爾試件，采用93#汽油作為燃燒引燃劑，每個試件澆10ml汽油于其頂面，引燃后記錄燃燒時間，待冷卻至室溫后稱量質(zhì)量，計算質(zhì)量損失率。馬歇爾燃燒試驗結(jié)果如表4所示

表4 馬歇爾試件燃燒測試結(jié)果

由表4分析可得，在摻加復(fù)合阻燃劑后，基質(zhì)瀝青馬歇爾試件的燃燒時間大幅度的縮短，具體燃燒時間降低了30s，約占基質(zhì)瀝青燃燒時間的27.8%，而質(zhì)量損失也明顯下降；SBS改性瀝青馬歇爾試件的燃燒時間降低了28s，降低幅度達(dá)到了28.9%，質(zhì)量損失降低幅度達(dá)到了50%。

3 路用性能研究

3.1高溫穩(wěn)定性能評價

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011），制備尺寸為30cm×30cm×5cm的阻燃改性瀝青混合料車轍板試件，在60℃條件下保溫5h以上，在車轍試驗儀內(nèi)部進(jìn)行高溫車轍試驗，以評價阻燃改性瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性。瀝青混凝土車轍試驗結(jié)果如下表5所示。

表5 高溫穩(wěn)定性測試結(jié)果

由表5分析可得，阻燃改性瀝青的動穩(wěn)定度與未摻加阻燃劑的瀝青混合料車轍板的動穩(wěn)定度基本一致，這表明阻燃劑的摻加不會對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能產(chǎn)生不利影響，能夠滿足道路應(yīng)用的需要。

3.2低溫抗裂性能評價

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011），制備阻燃改性瀝青混合料車轍板，并將車轍板試件切割成40mm×40mm×250mm的小梁試件，將小梁試件放置于-10℃的低溫保溫箱中保溫3h以上，然后在萬能試驗機上進(jìn)行低溫小梁彎曲試驗，試驗加載速率為50mm/min。試件最大彎拉應(yīng)變?nèi)缦卤?所示。

表6 低溫抗裂性測試結(jié)果

由表6分析可得，在摻加阻燃改性劑后，基質(zhì)瀝青混合料和SBS瀝青混合料的極限彎拉破壞應(yīng)變均能夠滿足規(guī)范的相關(guān)要求，而且與原樣瀝青混合料試件的極限彎拉強度基本一致，這表明阻燃改性瀝青混合料的低溫抗裂性能良好，完全能夠達(dá)到道路應(yīng)用的實際需求。

4 結(jié)論

（1）在加入復(fù)合阻燃劑后，基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的氧指數(shù)都出現(xiàn)了大幅度的提高，這表明復(fù)合阻燃劑能夠良好的改善瀝青材料的阻燃性能。

（2）在摻加復(fù)合阻燃劑后，阻燃改性瀝青馬歇爾試件的燃燒時間大幅度的縮短，而質(zhì)量損失也明顯下降。

（3）在摻加阻燃改性劑后，基質(zhì)瀝青混合料和SBS瀝青混合料的動穩(wěn)定度、極限彎拉破壞應(yīng)變均能夠滿足規(guī)范的相關(guān)要求，而且與原樣瀝青混合料試件的動穩(wěn)定度及極限彎拉強度基本一致。

[1]袁小亞, 范芳芳. 阻燃瀝青的研究進(jìn)展[J]. 中外公路, 2012, 32(1)：240-243.

[2]楊樹人, 李力. 阻燃瀝青及其混合料的研究現(xiàn)狀[J]. 石油瀝青, 2007, 21(4)：1-5.

[3]付永然, 林元奎. 阻燃瀝青的研究進(jìn)展與建議[J]. 石油瀝青, 2006, 20(6)：69-71.

[4]羅小鋒, 余劍英, 吳少鵬,等. 阻燃瀝青的制備與性能研究[J]. 石油瀝青, 2005, 19(4)：11-13.

[5]劉薇, 張方方, 張捷,等. 隧道阻燃瀝青及混合料阻燃性能評價[J]. 中外公路, 2010, 30(5)：244-247.

G322

B

1007-6344（2017）05-0342-02

陳巍（1991-），男（漢族），湖北隨州，重慶交通大學(xué)，研究生，橋梁防災(zāi)減災(zāi)，重慶市，南岸區(qū)，重慶交通大學(xué)，郵編：400074

作者簡介：王娟（1982—），女，陜西咸陽人，陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。