ATH復(fù)合阻燃劑在SBS瀝青中的摻量?jī)?yōu)化研究

中圖分類號(hào)：U414.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.01.016

文章編號(hào)：1673-4874（2025）01-0058-04

0 引言

隨著我國(guó)西部地區(qū)交通行業(yè)的快速發(fā)展，隧道在公路行業(yè)中的建設(shè)規(guī)模及建設(shè)數(shù)量也持續(xù)增加[1?，F(xiàn)階段隧道路面建設(shè)主要多以瀝青路面為主，原因是瀝青路面行車舒適性好、抗滑降噪性能強(qiáng)，并可有效降低隧道內(nèi)揚(yáng)塵[2]。但由于瀝青是一種易燃性材料，將瀝青混凝土作為隧道路面主要材料時(shí)，隧道內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)，瀝青材料燃燒會(huì)釋放大量熱量和煙氣，影響司乘人員的安全[3-4]，因此探究不同阻燃材料在瀝青路面中的應(yīng)用是十分必要的。

SBS改性瀝青混合料以其優(yōu)異的物理性能和工程適用性，在隧道路面鋪設(shè)中占據(jù)了舉足輕重的地位。為降低隧道內(nèi)產(chǎn)生火災(zāi)時(shí)瀝青材料的燃燒效果，更大限度地保證司乘人員生命財(cái)產(chǎn)安全，學(xué)者們通過(guò)在瀝青中添加無(wú)機(jī)或者有機(jī)阻燃劑以提高瀝青的阻燃抑煙性能[7-8]，其中氫氧化鋁 、氫氧化鎂 一、DBDPE與 等阻燃劑由于具有毒性低、污染小及價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛應(yīng)用于路面建設(shè)[9-11。申愛(ài)琴等[12]采用ATH和蒙脫土復(fù)摻，發(fā)現(xiàn)其可提升瀝青的極限氧指數(shù)，但低溫性能會(huì)有一定程度的下降；李九蘇等[13]研究表明，DBDPE的摻入會(huì)大幅度提高瀝青的阻燃性能；YugeZ等L14研究表明，DBDPE與 復(fù)配可使得瀝青材料高溫流變性能及抗老化性能得到有效提升。因此，為實(shí)現(xiàn)不降低瀝青性能而提升瀝青阻燃效果的目的，本文選用ATH、DBDPE與 進(jìn)行復(fù)配，通過(guò)設(shè)定 6% 、8% 、 10% ， 12% 、 14% 、 16% 6個(gè)不同阻燃劑摻量進(jìn)行室內(nèi)阻燃抑煙性能和物理性能試驗(yàn)，研究SBS改性瀝青在不同阻燃劑摻量下的性能表現(xiàn)，探究最佳阻燃劑摻量，并使該摻量下SBS改性瀝青阻燃效果和物理性能最佳，該結(jié)果可為 復(fù)合阻燃劑在SBS瀝青中的使用提供科學(xué)依據(jù)。

1 原材料

1.1瀝青

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20—2011）（文中以“試驗(yàn)規(guī)程”簡(jiǎn)稱），對(duì)瀝青技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表1所示。

1.2 阻燃劑

ATH-DBDPE-SbO復(fù)合阻燃劑中各組成成分的物化性質(zhì)檢測(cè)如表2至表4所示。

1.3 試驗(yàn)方案

擬以 2% 阻燃劑摻量為變化區(qū)間，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)分析當(dāng)阻燃劑摻量為 時(shí)，阻燃劑摻量對(duì)瀝青阻燃抑煙效果與理化性能的影響。

1.3.1三大指標(biāo)試驗(yàn)

研究中瀝青三大指標(biāo)（延度、軟化點(diǎn)、針入度）依照“試驗(yàn)規(guī)程”進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3.2極限氧指數(shù)試驗(yàn)

試驗(yàn)采用極限氧指數(shù)儀（穩(wěn)定混合氣體流量為 10± ，以極限氧指數(shù) L O I 評(píng)價(jià)不同摻量的阻燃劑對(duì)SBS瀝青的阻燃性能的影響。

1.3.3煙密度試驗(yàn)

試驗(yàn)采用FYH818-ⅡI型煙密度儀，以煙密度SDR評(píng)價(jià)阻燃劑摻量對(duì)SBS瀝青抑煙性能的影響。

1.3.4錐形量熱儀試驗(yàn)

試驗(yàn)采用FTT007型錐形量熱儀，以熱釋放速率、引燃時(shí)間等指標(biāo)評(píng)價(jià)不同摻量阻燃劑對(duì)SBS瀝青抑煙性能的影響。

1.3.5動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)

試驗(yàn)采用DSR-4000型動(dòng)態(tài)剪切流變儀，掃描速率控制在10rad/s，應(yīng)變值控制為 12% ，試驗(yàn)溫度為52℃～82℃，以車轍因子“ /sinδ”表征瀝青在高溫條件下的抗變形能力。

1.3.6彎曲梁流變?cè)囼?yàn)

采用低溫彎曲梁流變?cè)囼?yàn)對(duì)不同摻量下的阻燃瀝青性能進(jìn)行探究，并以低溫蠕變勁度模量（S）和蠕變速率 （m） 為研究指標(biāo)，探究ATH摻量對(duì)低溫抗裂性能的影響。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1物理性能

不同阻燃劑摻量下SBS改性瀝青的三大指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果如圖1圖2所示。

由圖1可以看出，ATH復(fù)合阻燃劑摻量對(duì)瀝青性能有著明顯的影響，隨著ATH復(fù)合阻燃劑摻量的增加，SBS改性瀝青針入度不斷降低，軟化點(diǎn)不斷升高。當(dāng)ATH復(fù)合阻燃劑的摻量從 6% 提高至 16% 時(shí)，瀝青針入度從65.3mm降低至57.5mm，降低了 ，瀝青軟化點(diǎn)從52.5℃提高至57.5℃，提高了 5.0% 。這表明，ATH復(fù)合阻燃劑的摻入可提高瀝青的抗變形能力和高溫穩(wěn)定性。這主要是由于阻燃劑屬固體顆粒狀，摻入之后會(huì)黏附在瀝青表面，形成結(jié)構(gòu)瀝青，降低瀝青的可塑性，提高稠度。但當(dāng)阻燃劑摻量gt; 10% 之后，瀝青的針入度與軟化點(diǎn)變化幅度降低，這可能是由于繼續(xù)加大阻燃劑摻量，阻燃劑與瀝青并不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，相容性逐漸降低。

根據(jù)圖2可以看出，ATH復(fù)合阻燃劑摻量與SBS改性瀝青延度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且在阻燃劑摻量 gt;10% 后，改性瀝青的延度降低幅度增大。這表明，ATH復(fù)合阻燃劑對(duì)于SBS改性瀝青低溫性能有重要影響，究其原因可能是由于粉末狀的阻燃劑與液態(tài)的瀝青僅存在物理上的混合，而并不相溶，導(dǎo)致混合后瀝青的界面張力增大，拉伸時(shí)更容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而斷裂。

綜上， lt;10% 的ATH復(fù)合阻燃劑摻量可以有效提高SBS改性瀝青的高溫性能，但低溫性能有所下降，當(dāng)阻燃劑摻量 gt;10% 時(shí)，對(duì)于高溫性能影響幅度變小，但低溫性能大幅降低。

2.2 阻燃抑煙性能

為探究ATH阻燃劑摻量對(duì)材料的阻燃抑煙性能的影響，分別開(kāi)展了煙密度試驗(yàn)與極限氧指數(shù)試驗(yàn)，所得結(jié)果如圖3所示。

根據(jù)圖3可看出，ATH復(fù)合阻燃劑摻量增加會(huì)使瀝青的煙密度等級(jí)不斷降低，極限氧指數(shù) L O I 持續(xù)升高，表明ATH復(fù)合阻燃劑摻量增加有效提高了瀝青的阻燃抑煙性能。

當(dāng)阻燃劑摻量為 時(shí)， S D R 大幅度降低，但當(dāng)阻燃劑摻量 gt;10% 之后， S D R 降低幅度變小。可見(jiàn)，lt;10% 的阻燃劑摻量對(duì)于瀝青的抑煙性能具有明顯作用。當(dāng)阻燃劑摻量 lt;12% 時(shí)， L O I 值增長(zhǎng)迅速，表明lt;12% 的阻燃劑摻量可以顯著提高瀝青的阻燃效率，但當(dāng)阻燃劑摻量 512% 后，極限氧指數(shù)變化不再明顯，表明阻燃劑的摻量對(duì)于提高SBS改性瀝青的阻燃性能有限。

2.3錐形量熱儀試驗(yàn)

采用錐形量熱儀試驗(yàn)，測(cè)得不同摻量下阻燃瀝青熱釋放指標(biāo)、引燃指標(biāo)和質(zhì)量損失指標(biāo)結(jié)果如圖4、圖5所示。

由圖4、圖5可以看出，隨著ATH復(fù)合阻燃劑摻量增加，瀝青熱釋放速率（HRR）、釋放總熱量（THR）有效燃燒熱 （E H C） 均呈現(xiàn)不同程度的降低。這表明，隨著阻燃劑摻量增加與對(duì)瀝青燃燒的抑制作用之間具有良好的相關(guān)關(guān)系，即增加阻燃劑可以有效降低瀝青的燃燒效果。整體來(lái)看，三個(gè)指標(biāo)的下降分為兩個(gè)階段：（1）當(dāng)阻燃劑摻量在 時(shí)，瀝青的HRR值、THR值、EHC值大幅降低，熱釋放速率降低約 10% ，EHC值下降0.6MJ/kg，THR值降低6MJ/ ，且在圖4中 E H C 值和THR值具有相同的下降趨勢(shì)；（2）當(dāng)阻燃劑摻量在 時(shí)，該階段瀝青的熱釋放速率、THR值、 E H C 值幾乎趨于定值，不再降低。因此，gt;12% 的阻燃劑摻量對(duì)于瀝青的阻燃效果意義較小，綜合考慮各方面因素，阻燃劑摻量建議控制 lt;12%。

2.4動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)

為探究阻燃劑摻量對(duì)高溫性能的影響，開(kāi)展了動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)，所得結(jié)果如圖6所示。

由圖6可以看出，隨著溫度升高，不同阻燃劑摻量的阻燃瀝青Ig（G */sinδ）均逐漸減小，且不同摻量的阻燃瀝青隨著溫度的升高其Ig（G */sinδ）值逐漸接近。在試驗(yàn)溫度相同時(shí)，復(fù)合阻燃劑摻量越高其 Ig（G */sinδ）也越高。當(dāng)阻燃劑摻量 58% 后，提升阻燃劑摻量對(duì)于 的提高具有顯著效果。這可能是由于當(dāng)試驗(yàn)溫度相同的情況下，阻燃劑摻量 58% 后，阻燃劑作為填料吸附SBS改性瀝青中的自由瀝青，從而使得結(jié)構(gòu)瀝青含量增加，最終表現(xiàn)為瀝青黏度增加，高溫抗變形能力提高。這說(shuō)明，ATH復(fù)合阻燃劑摻量與SBS改性瀝青抗高溫變形能力呈正相關(guān)，且在阻燃劑摻量 58% 后提高更為明顯。根據(jù)AASHTOM320一10規(guī)定，取對(duì)數(shù)后的阻燃瀝青車轍因子為0時(shí)即滿足規(guī)定要求，可見(jiàn)不同摻量下的阻燃瀝青均遠(yuǎn)高于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，表明不同ATH復(fù)合阻燃劑摻量下的阻燃瀝青均具有較好的抗高溫變形能力。

2.5彎曲梁流變?cè)囼?yàn)

為探究阻燃劑摻量對(duì)瀝青低溫性能的影響，對(duì)材料開(kāi)展了彎曲梁流變?cè)囼?yàn)，結(jié)果如圖7圖8所示。

由圖7和圖8可以看出，ATH復(fù)合阻燃劑摻量與SBS改性瀝青蠕變勁度模量呈正相關(guān)，與蠕變速率呈負(fù)相關(guān)。這表明在SBS改性瀝青中加入阻燃劑將使瀝青的韌性下降，直觀表現(xiàn)為瀝青脆性的提高，低溫抗裂性能下降。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)阻燃劑摻量gt;12% 時(shí)，對(duì)阻燃瀝青蠕變勁度模量提升效果明顯，此時(shí)蠕變速率急劇下降，由于蠕變速率與阻燃瀝青在低溫環(huán)境下的變形能力息息相關(guān)，蠕變速率越小表明瀝青的低溫抗裂性越差。因此，為保證阻燃瀝青的低溫性能，ATH復(fù)合阻燃劑摻量應(yīng)以lt;12% 為宜。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)探究不同阻燃劑摻量下SBS瀝青的物理性能和阻燃性能試驗(yàn)，可得出以下結(jié)論：

（1）ATH復(fù)合阻燃劑摻量""，對(duì)提升阻燃瀝青高溫性能效果顯著；當(dāng)阻燃劑摻量gt; 10% 后，對(duì)于瀝青高溫性能改善不再明顯，但瀝青的低溫性能迅速下降。

（2）lt;12% 的ATH復(fù)合阻燃劑摻量可以有效提高瀝青的阻燃抑煙性能；當(dāng)阻燃劑摻量 gt;12% 后，其改善效果不再明顯。

（3）結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果分析，綜合考慮ATH復(fù)合阻燃劑對(duì)于瀝青高低溫性能、阻燃抑煙性能的改善效果，本文推薦阻燃劑摻量應(yīng)控制在 10% 左右。

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