無機復合氫氧化物阻燃改性瀝青的阻燃效果分析

李 金

(山西路橋集團長臨高速公路有限公司，山西 臨汾 041099)

無機復合氫氧化物阻燃改性瀝青的阻燃效果分析

李 金

(山西路橋集團長臨高速公路有限公司，山西 臨汾 041099)

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

阻燃瀝青；氧指數；煙密度；阻燃劑

1 原材料

1.1 ATH技術參數

選用合肥中科生產的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技術參數

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

1.3 SBS改性瀝青技術參數

為充分研究復合阻燃劑對瀝青的阻燃效果，根據規范要求采用SBS改性瀝青進行測試，SBS由巴陵石化提供，基質瀝青采用中海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 試驗方案及測試方法

2.1 試驗方案

因ATH和HL的阻燃機理相同，區別在于不同得溫度區間遇熱反應，ATH分解溫度為270～320 ℃，HL分解溫度為360～470 ℃。ATH比HL的反應溫度更低，在預熱初期即可產生比較明顯的阻燃效應，且通過一些列試驗結合部分文獻，ATH在抑制瀝青點燃方面，也就是預防火災方面效果明顯。所以本復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的形式制成復合阻燃劑，并與單用ATH和HL阻燃劑做空白樣比對，進行相關氧指數、煙密度。

2.2 氧指數測試方法

氧指數，又稱極限氧指數，是指瀝青在規定條件下所能維持燃燒所需要的的最低氧氣濃度，是評價瀝青阻燃效果的最重要指標。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燃。根據GB/T 29051-2012《道路用阻燃瀝青混凝土》中關于阻燃瀝青的相關介紹，當改性瀝青的LOI大于23%時即滿足阻燃要求，可在隧道內鋪筑使用。本試驗采用南京上元分析儀器有限公司HC-2C型氧指數測定儀進行極限氧指數的測定。

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目。根據GB/T 29051-2012《道路用阻燃瀝青混凝土》中關于瀝青煙密度的試驗方法，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方法》進行，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行煙密度的測定。

3 結果討論

3.1 復合阻燃劑阻燃性能

對四種阻燃劑分別進行不同摻量的改性瀝青極限氧指數試驗，根據測試結果制圖，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。根據圖1的試驗結果可以看出：

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比單摻HL的改性瀝青極限氧指數要高很多。單摻ATH為15%時，LOI值23.5，摻量增加至25%時，LOI值27.2。根據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為23%。單摻ATH為15%時已滿足阻燃瀝青的極限氧指數要求，摻量為25%時達到難燃等級。反觀單摻HL阻燃劑，摻量最大25%時，LOI值22.1，阻燃效果不理想。

(2)四種改性瀝青的極限氧指數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，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理有關：ATH分解溫度270～320 ℃，瀝青點燃后ATH馬上發生分解，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 ℃，瀝青在點燃后溫度需身高到360 ℃HL才能逐漸分解。在高溫下瀝青呈現流動狀態，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。采用復合阻燃劑較HL阻燃劑單獨使用阻燃效果更好。

3.2 復合阻燃劑的抑煙性能

對四種阻燃劑分別進行不同摻量的煙密度試驗，根據測試結果制圖，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。根據圖2的試驗結果可以看出：

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的阻燃抑煙性能，且均隨著阻燃劑的增多相同時間內的發煙量、煙密度呈現下降的趨勢。根據GB /T8627-1999《建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗方法》關于煙密度等級的規定，SDR值小于75%即滿足阻燃瀝青抑煙的要求。單摻ATH大于15%時SDR達到抑煙的標準，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為兩者的分解分度對瀝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復合阻燃劑比ATH和HL單獨使用其抑煙效果更好，且隨著符合阻燃劑摻量的增多，煙塵減少量呈現加速遞增的態勢。ATH和HL的協同效應較之兩者單獨使用得到增強。

4 小 結

通過考察ATH阻燃劑、HL阻燃劑及ATH+HL復合阻燃劑對SBS改性瀝青的氧指數、煙密度分析。發現ATH比HL的阻燃性能更好，ATH+HL復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復合阻燃劑比ATH和HL單獨使用其抑煙效果更好，且隨著符合阻燃劑摻量的增多，煙塵減少量呈現加速遞增的態勢。ATH和HL的協同效應較之兩者單獨使用得到增強。

[1] 紀倫，等. 公路隧道路面用瀝青的阻燃技術研究[J]. 公路交通科技，2010，27(3)：23-27．

[2] 彭建康．長大隧道低溫阻燃瀝青混凝土及其應用研究[D]. 北京: 北京工業大學，2010．

[3] 丁慶軍，劉新權，沈凡，等. ATH瀝青阻燃體系試驗及機理分析[J].中國公路學報，2008，(9)：10-14.

U416

C

1008-3383(2017)09-0084-02

2017-03-01

李金(1986-)，山西和順人，工程師。