環保型阻燃瀝青混凝土的研究

(河南省開封市河南大學)

1.緒論

1.1 阻燃瀝青的研究現狀

在20世紀50年代，國外就已經開展了阻燃瀝青的研制工作，阻燃方法是在瀝青中摻入難燃礦物纖維或無機無機礦材料，對瀝青中可燃物的數量進行稀釋，但阻燃效果較差。直到70年代，國外研究人員將高分子材料中開發的阻燃劑產品應用在瀝青阻燃中。2001年重慶交通設計院的李祖偉、陳輝強和陳仕周等利用無機金屬化合物與有機鹵素復配阻燃劑研制阻燃瀝青并探討了阻燃機理。2007年丁慶軍對添加ATH和MH復配的阻燃瀝青進行了氧指數及熱重實驗，發現兩者復配可以一定程度上提高瀝青的阻燃性能。2011年以來，新型復合阻燃劑的研究引起研究者越來越多的關注，瀝青阻燃劑的應用出現了改性、復配使用的發展趨勢。

2.主要研究內容

2.1 研究實驗機理

（1）覆蓋作用（2）吸熱作用（3）抑制鏈反應（4）不燃氣體窒息作用

2.2 主要研究方式

（1）針入度試驗方法（2）軟化點試驗方法（3）延度

2.3 研究指標

（1）極限氧指數（2）燃燒溫度（3）針入度（4）延度（5）軟化點（6）燃燒時間（7）質量損失比

3.環保型瀝青路面材料的設計

瀝青混合料是一個復雜的多相系統，包含有粗集料、細集料、填料以及瀝青等多種不連續體系，因此，其形成的結構也是復雜的。

3.1 瀝青混合料的組成結構

成型好的瀝青混合料是由集料、瀝青膠漿和殘余孔隙所組成的具有空間網絡結構的多相分散系統。由于其組成材料多為顆粒性分散體，因此集料顆粒間的內摩擦力和嵌擠力、瀝青膠結材料的粘結性以及瀝青與集料之間的粘附性是影響其力學強度主要因素。不同級配的瀝青混合料的空間構成方式不同，在力學性能上也各有自己的特點，因而，組成瀝青混合料的各個體系的變化會直接影響整個混合料受力特性，使混合料體現出不同的變形特征。常用瀝青混合料的結構形態主要有三種典型類型：密實懸浮結構、骨架空隙結構和骨架密實結構。

結構類型 密實懸浮結構 骨架空隙結構 骨架密實結構孔隙率% 3～6 ＞10 3～4瀝青用量 較多 少 多4.75mm篩孔通過率% 多 很少 較少0.075mm 篩孔通過率% 4～8 2～5 8～12抗車轍變形 差 好 很好疲勞耐久性 好 差 很好抗裂性能 好 較差 很好水穩定性 好 較差 很好滲水情況 小 大 小抗老化性能 很好 較好 很好抗磨損 很好 較差 很好抗滑性能 較差 好 好路面噪聲，反光，濺水，水霧 差 好 較好

此三種混合料結構類型的物理力學性能不同

3.2 瀝青混合料配合比設計

對于瀝青混合料的級配設計，需要明確以下三個方面的問題：

（1）結構骨架的合理形式（2）填充集料的合理組成（3）集料之間的合理比例

4 實驗

4.1 原料

無機阻燃劑選取氫氧化物氫氧化鈣（熟石灰 消石灰 500g 分析純）、

氫氧化鎂（氫氧化鎂Ⅰ型，泰星化工阻燃劑）

氫氧化鋁（ 氫氧化鋁 AR500克/瓶 分析純濟南泰興精細化工有限公司）

4.2 燃燒試驗

4.2.1 實驗目的

從理論上分析環保型阻燃瀝青的燃燒現象（推算化學方程式），通過實驗根據觀察并記錄環保型阻燃瀝青燃燒現象，從而檢驗環保型阻燃瀝青的“阻燃”和“環保”性能。

4.2.2 試驗方法和指標

方法：對照試驗 梯度實驗

指標：（1）測定試塊燃燒時間（2）燃燒時的火焰高度（3）煙霧濃度（4）燃燒溫度：（5）燃燒面積（6）燃燒前后質量比

4.2.3 實驗儀器設備和實驗物品

實驗儀器：引燃棍、電子天平、酒精、卷尺、秒表、鐵架臺、氣體溫度計、普通瀝青試塊、環保型阻燃瀝青試塊、酒精、棉花球、木棍、小繩

4.2.4 實驗步驟

（1）按標制成試件，其尺寸應符合規范規定，一組試件的數量最少不得少于4個

（2）測量試件的燃燒前的質量，尺寸

（3）將試塊放到燃燒場地，在試塊周圍（離試塊約2m處）放置標桿

（4）將繩子一端系到鐵架上，另一端連接溫度計將其懸空在試塊上方（試塊燃燒時將溫度計放到焰心處）

（5）將裹有蘸有酒精的棉球的棍子點燃，用棍子引燃試塊

（6）從試塊開始燃燒時計時開始，火焰熄滅時計時結束

（7）試塊燃燒時觀察記錄火焰高度（記錄試塊燃燒時火焰最高時高度）、煙霧濃度（無、稀、較稀、較濃、濃、特濃）

（8）燃燒結束后立即記錄溫度計讀數

（9）試塊燃燒結束后測量燃燒面積，試塊殘留物質量

5.結論與展望

5.1 結論

本文首先確定選定的 SMA-10瀝青混合料進行最佳油石比，然后對添加無機材料和礦物質的瀝青混合料進行抗車轍性能、高溫穩定性能進行研究，得出不同油石比的無機材料組合類型對瀝青混合料性能影響，提出合理的無機材料的配合比。具體結論如下：

（1）由瀝青混合料的構成特點，得出在骨架密實的瀝青性能最好。

（2）利用試驗確定瀝青混合料的最佳油石比。SMA-10瀝青混合料摻加無機材料時最佳油石比為AL(OH)3：Mg(OH)2：Ca(OH)2=1:1:1，各占4.1%。

（3）加入無機材料后，瀝青混合料的高溫性能、阻燃性能都比不摻無機材料要高。

5.2 本文創新點

（1）采用無機材料改善高性能瀝青材料性能，研究不同參入量不同組合方式對瀝青混合料性能的影響，提出最優組合方案；

（2）有空白對照實驗和梯度實驗組，更具有說明性。

（3）多種無機材料的實驗，更具有實驗性。

5.3 展望

選擇合適高性能 SMA-10瀝青路面的材料與結構的可以減少路面發生早期破壞、車轍、開裂、泛油、坑槽等病害，延長路面結構的使用壽命，降低養護維修費用，提高瀝青路面性能。鑒于知識水平、試驗設備和時間所限，雖然提出了一些觀點，但是在深度上還是有所欠缺，也不夠全面，需要在以下方面進行深入的研究和完善：

（1）本文對無機材料在瀝青混合料中的應用進行了研究，還需要在其它類型的瀝青混合料中做進一步的研究，提高瀝青路面的路面性能，實現經濟、效益與投入相均衡。

（2）本文雖然對阻燃瀝青進行了材料組成上的分析，但是設備有限，不能做到細微的分子內的分析，只能做到宏觀的外在分析。還需要進行分子內的細微分析，來提高阻燃瀝青的作用。