硅藻土-多聚磷酸銨協(xié)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(jié)點，其安全性一直是工程技術(shù)人員關(guān)注的重點，由于隧道密閉性的特點，其防火減災(zāi)工作一直是研究的熱點。當(dāng)前，在隧道內(nèi)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(fù)合協(xié)同類型，即磷-氮、磷-鹵、磷-氫氧化物等類型阻燃劑共同使用，達(dá)到阻燃的目的[2]。硅藻土是一類具有多孔結(jié)構(gòu)的非金屬無機(jī)填料，具有比表面積大、吸附性強(qiáng)的特點，其多孔隙結(jié)構(gòu)可在高溫下吸附輕物質(zhì)，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(huán)保阻燃劑，是當(dāng)前瀝青阻燃劑的主要物質(zhì)之一。研究中發(fā)現(xiàn)將APP和硅藻土（DE）進(jìn)行協(xié)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(jìn)行復(fù)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(jìn)行測定。

1 試驗原材料

1.1 硅藻土

選用石家莊長利礦產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)的600目硅藻土，產(chǎn)品性能如表1。

表1 硅藻土性能指標(biāo)

1.2 APP

APP含磷量大、含氮量高，燃燒時磷氮體系產(chǎn)生協(xié)同阻燃效應(yīng)，阻燃性好。本試驗選用合肥皖燃新材料科技有限公司生產(chǎn)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(yīng)用效果，試驗采用規(guī)范推薦的SBS改性瀝青。SBS為巴陵石化生產(chǎn)，瀝青選用中海70號基質(zhì)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(fù)配阻燃劑，三者分別命名為DE-APP10型復(fù)配阻燃劑、DE-APP15型復(fù)配阻燃劑，DE-APP20型復(fù)配阻燃劑。在SBS改性瀝青中分別加入以上3種復(fù)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(shù)分析

對以上阻燃改性瀝青分別進(jìn)行氧指數(shù)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(jié)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(shù)

由圖1可知，DE-APP復(fù)配阻燃劑較APP阻燃劑單獨使用其氧指數(shù)有提升，復(fù)配DE-APP 20型阻燃劑氧指數(shù)提升最明顯。3種復(fù)配方式的瀝青氧指數(shù)都已經(jīng)達(dá)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(fù)配DE-APP15型阻燃劑和復(fù)配DE-APP20型阻燃劑氧指數(shù)LOI＞25%，滿足以上規(guī)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(fù)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(shù)均隨著阻燃劑摻量的增加而不斷提高。對比3種復(fù)配的形式，復(fù)配DE-APP15型阻燃劑的氧指數(shù)變化呈現(xiàn)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(fù)配DE-APP15型和復(fù)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(shù)分別為22.7和24.2。后期摻量大于18%時氧指數(shù)基本一致，說明阻燃劑摻量不多時，DE數(shù)量的多少對改性瀝青的阻燃性能影響較大，當(dāng)APP阻燃劑摻加量大于18%時，復(fù)配DE-APP阻燃劑中的DE含量作用減小。阻燃劑APP對復(fù)配阻燃起到主要影響，DE添加量超過15%后效果隨復(fù)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(jìn)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(jié)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(fù)配DE-APP阻燃劑的抑煙效果，通過復(fù)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(dá)到《建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗方法》GB/T8627—1999關(guān)于煙密度小于75%的技術(shù)要求。

圖2 改性瀝青的煙密度

瀝青煙密度隨著復(fù)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(fù)配DE-APP20型阻燃劑的性能好于復(fù)配DE-APP15型阻燃劑的性能，無機(jī)粉末DE因其比表面積大、多孔隙結(jié)構(gòu)可吸附更多的煙塵，同樣摻量下的高含量復(fù)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(shù)和煙密度試驗，采用復(fù)配DE-APP15型阻燃劑即可起到明顯的阻燃效果。采用該試驗結(jié)果進(jìn)行瀝青的三大指標(biāo)試驗，測定復(fù)配DE-APP15型阻燃劑對瀝青性能的影響。根據(jù)試驗結(jié)果作圖4。

圖4 阻燃劑改性瀝青性能指標(biāo)

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(dāng)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(yīng)的，改性瀝青因DE-APP15型阻燃劑摻量的增加軟化點呈現(xiàn)升高的趨勢，摻量從10%到20%的變化范圍內(nèi)，其軟化點提高了8.9℃。對比幾組數(shù)據(jù)，為了保證改性瀝青的性能滿足規(guī)范JTG F40—2004中關(guān)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(jié)語

通過考察復(fù)配DE-APP阻燃劑加入后，對SBS改性瀝青氧指數(shù)、煙密度和瀝青性能的影響。發(fā)現(xiàn)在添加復(fù)配DE-APP阻燃劑后，改性瀝青的氧指數(shù)均隨著阻燃劑摻量的增加而不斷提高，阻燃劑APP對復(fù)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(fù)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(fù)配DE-APP阻燃劑的抑煙效果。為保證改性瀝青性能滿足規(guī)范要求，復(fù)配DE-APP15型阻燃劑在瀝青中摻量宜控制在14%～16%之間。