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(xiǎn)，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(yàn)全面評價(jià)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(yàn)對其阻燃性能進(jìn)行驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上，采用高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)及低溫抗裂性試驗(yàn)評價(jià)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(jī)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]?，F(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(shí)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(yàn)及馬歇爾試件燃燒試驗(yàn)全面評價(jià)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(yàn)及低溫抗裂性試驗(yàn)評價(jià)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?yàn)r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(jià)

氧指數(shù)試驗(yàn)采用LOI氧指數(shù)儀（如圖1）進(jìn)行測試，試驗(yàn)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(jià)

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(yàn)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(gè)試件澆10ml汽油于其頂面，引燃后記錄燃燒時(shí)間，待冷卻至室溫后稱量質(zhì)量，計(jì)算質(zhì)量損失率。馬歇爾燃燒試驗(yàn)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(shí)間大幅度的縮短，具體燃燒時(shí)間降低了30s，約占基質(zhì)瀝青燃燒時(shí)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(shí)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(jià)

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)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(yàn)儀內(nèi)部進(jìn)行高溫車轍試驗(yàn)，以評價(jià)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(yàn)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(jià)

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)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(yàn)機(jī)上進(jìn)行低溫小梁彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)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(qiáng)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(shí)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(shí)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(qiáng)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(jià)[J]. 中外公路, 2010, 30(5)：244-247.

G322

B

1007-6344（2017）05-0342-02

陳?。?991-），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。