硅藻土-多聚磷酸銨協同改性阻燃瀝青性能影響分析

史鵬鴻

（山西平陽路橋有限公司，山西 臨汾 041000）

隧道作為公路交通特殊節點，其安全性一直是工程技術人員關注的重點，由于隧道密閉性的特點，其防火減災工作一直是研究的熱點。當前，在隧道內鋪筑瀝青路面對瀝青都有阻燃的要求，通過添加阻燃劑能顯著提高瀝青的阻燃性，可延緩火勢并為救援工作爭取寶貴的時間[1]。目前，常用的阻燃劑多為復合協同類型，即磷-氮、磷-鹵、磷-氫氧化物等類型阻燃劑共同使用，達到阻燃的目的[2]。硅藻土是一類具有多孔結構的非金屬無機填料，具有比表面積大、吸附性強的特點，其多孔隙結構可在高溫下吸附輕物質，減少瀝青燃燒時可燃物與空氣的接觸[3]。多聚磷酸銨（APP）是一種含氮、磷的新型環保阻燃劑，是當前瀝青阻燃劑的主要物質之一。研究中發現將APP和硅藻土（DE）進行協同使用可有效提高APP的阻燃效果，其碳層厚度更大，可有效隔絕空氣，起到阻燃的作用[4]。本文通過將APP和DE進行復配添加到SBS改性瀝青中，測定其阻燃效果并對改性瀝青的性能進行測定。

1 試驗原材料

1.1 硅藻土

選用石家莊長利礦產品有限公司生產的600目硅藻土，產品性能如表1。

表1 硅藻土性能指標

1.2 APP

APP含磷量大、含氮量高，燃燒時磷氮體系產生協同阻燃效應，阻燃性好。本試驗選用合肥皖燃新材料科技有限公司生產的APP，聚合度n＞1000，含磷量30%～32%，含氮量14%～16%。

1.3 SBS改性瀝青

為充分論證阻燃劑對瀝青的阻燃效果分析，模擬上面層瀝青應用效果，試驗采用規范推薦的SBS改性瀝青。SBS為巴陵石化生產，瀝青選用中海70號基質瀝青。制備得到SBS改性瀝青性能見表2。

表2 改性瀝青基本性能

1.4 DE-APP的添加形式

稱取 3份 10 g、15 g、20 g DE分別放入 100 g的 APP中，即制成 3種重量比 0.1、0.15、0.2的DE-APP復配阻燃劑，三者分別命名為DE-APP10型復配阻燃劑、DE-APP15型復配阻燃劑，DE-APP20型復配阻燃劑。在SBS改性瀝青中分別加入以上3種復配阻燃劑，添加比例為10%、12%、14%、16%、18%、20%。

2 阻燃性能分析

2.1 極限氧指數分析

對以上阻燃改性瀝青分別進行氧指數試驗，研究不同摻配形式和摻配比例阻燃劑的阻燃效果，試驗結果如圖1所示。

圖1 不同阻燃劑摻量改性瀝青的極限氧指數

由圖1可知，DE-APP復配阻燃劑較APP阻燃劑單獨使用其氧指數有提升，復配DE-APP 20型阻燃劑氧指數提升最明顯。3種復配方式的瀝青氧指數都已經達到NB/SH/T 0821-2010阻燃等級Ⅰ型阻燃SBS改性瀝青的要求。瀝青阻燃劑摻量超過18%以后，復配DE-APP15型阻燃劑和復配DE-APP20型阻燃劑氧指數LOI＞25%，滿足以上規范要求的阻燃等級Ⅱ型阻燃SBS改性瀝青的要求。

對于3種復配的DE-APP阻燃劑，均具有不錯的阻燃能力，其改性瀝青的氧指數均隨著阻燃劑摻量的增加而不斷提高。對比3種復配的形式，復配DE-APP15型阻燃劑的氧指數變化呈現出增速拐點，即在阻燃劑摻量16%時增長幅度最大，超過16%以后其增長趨勢變緩。

對比復配DE-APP15型和復配DE-APP20型兩種不同形式的阻燃劑，阻燃劑摻量10%時瀝青氧指數分別為22.7和24.2。后期摻量大于18%時氧指數基本一致，說明阻燃劑摻量不多時，DE數量的多少對改性瀝青的阻燃性能影響較大，當APP阻燃劑摻加量大于18%時，復配DE-APP阻燃劑中的DE含量作用減小。阻燃劑APP對復配阻燃起到主要影響，DE添加量超過15%后效果隨復配阻燃劑總體摻量的增多效果逐漸降低。

2.2 煙密度分析

對以上阻燃改性瀝青分別進行煙密度試驗，研究不同摻配形式和摻配比例阻燃劑的抑煙效果，試驗結果如圖2所示。

由圖2可知，單獨添加APP阻燃劑的抑煙效果不及復配DE-APP阻燃劑的抑煙效果，通過復配得到的DE-APP15型阻燃劑，在阻燃劑摻量大于12%的情況下瀝青煙密度74.3%，達到《建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗方法》GB/T8627—1999關于煙密度小于75%的技術要求。

圖2 改性瀝青的煙密度

瀝青煙密度隨著復配DE-APP阻燃劑用量的增加而逐漸減少，說明DE-APP的阻燃抑煙效果較明顯，且隨著APP用量的增加而呈下降趨勢，該過程中APP起到主要作用。DE的抑煙效果不及APP，但隨著DE含量的增多，復配DE-APP20型阻燃劑的性能好于復配DE-APP15型阻燃劑的性能，無機粉末DE因其比表面積大、多孔隙結構可吸附更多的煙塵，同樣摻量下的高含量復配DE-APP20型阻燃劑蘑菇頭膨脹率無明顯差別，圖3為燃燒后氣體膨脹阻燃形成的蘑菇頭。

圖3 瀝青燃燒后效果

3 瀝青基本性能分析

借助改性瀝青的氧指數和煙密度試驗，采用復配DE-APP15型阻燃劑即可起到明顯的阻燃效果。采用該試驗結果進行瀝青的三大指標試驗，測定復配DE-APP15型阻燃劑對瀝青性能的影響。根據試驗結果作圖4。

圖4 阻燃劑改性瀝青性能指標

通過圖4的針入度曲線看出，改性瀝青針入度隨著阻燃劑摻量的增加而逐漸降低，阻燃劑摻量20%的改性瀝青較阻燃劑摻量10%的改性瀝青其性能相差11.4%。阻燃劑的摻入，造成瀝青整體變硬，動力黏度隨之升高。和針入度變化類似，改性瀝青的延度隨著阻燃劑摻量的增加而逐漸降低，在初期降低幅度變化趨勢較大，當添加量超過16%以后，降低趨勢減小，說明隨著DE-APP15型阻燃劑摻量的增加，改性瀝青延度變化趨勢變緩慢。與之對應的，改性瀝青因DE-APP15型阻燃劑摻量的增加軟化點呈現升高的趨勢，摻量從10%到20%的變化范圍內，其軟化點提高了8.9℃。對比幾組數據，為了保證改性瀝青的性能滿足規范JTG F40—2004中關于改性瀝青的要求，DE-APP阻燃劑摻量宜控制在14%～16%之間。

4 結語

通過考察復配DE-APP阻燃劑加入后，對SBS改性瀝青氧指數、煙密度和瀝青性能的影響。發現在添加復配DE-APP阻燃劑后，改性瀝青的氧指數均隨著阻燃劑摻量的增加而不斷提高，阻燃劑APP對復配阻燃起到主要影響，阻燃劑中DE添加量超過15%后阻燃效果隨復配阻燃劑總體摻量的增多效果逐漸降低。單獨添加APP阻燃劑的抑煙效果不及復配DE-APP阻燃劑的抑煙效果。為保證改性瀝青性能滿足規范要求，復配DE-APP15型阻燃劑在瀝青中摻量宜控制在14%～16%之間。