无机复合氢氧化物阻燃改性沥青的阻燃效果分析

李 金

(山西路桥集团长临高速公路有限公司，山西 临汾 041099)

无机复合氢氧化物阻燃改性沥青的阻燃效果分析

李 金

(山西路桥集团长临高速公路有限公司，山西 临汾 041099)

阻燃沥青主要应用于隧道沥青路面。通过采用氢氧化铝和氢氧化钙复配的方式得到复合无机阻燃剂，通过沥青氧指数和烟密度试验方法确定了复合阻燃剂的最佳用量和阻燃效果。

阻燃沥青；氧指数；烟密度；阻燃剂

1 原材料

1.1 ATH技术参数

选用合肥中科生产的FR-3815型ATH，Al2O3含量≥64%，灼烧失量34.5%，粒径(D50)约12.0 um，水份≤0.15。

1.2 HL技术参数

选用河北石茂生产的工业级400目HL，Ca(OH)2含量≥95%，水份<2%。

1.3 SBS改性沥青技术参数

为充分研究复合阻燃剂对沥青的阻燃效果，根据规范要求采用SBS改性沥青进行测试，SBS由巴陵石化提供，基质沥青采用中海70#石油沥青。改性沥青性能见表1。

表1 改性沥青基本性能

2 试验方案及测试方法

2.1 试验方案

因ATH和HL的阻燃机理相同，区别在于不同得温度区间遇热反应，ATH分解温度为270～320 ℃，HL分解温度为360～470 ℃。ATH比HL的反应温度更低，在预热初期即可产生比较明显的阻燃效应，且通过一些列试验结合部分文献，ATH在抑制沥青点燃方面，也就是预防火灾方面效果明显。所以本复合阻燃的主体阻燃剂选用ATH，将ATH和HL按照重量比以1∶1、2∶1的形式制成复合阻燃剂，并与单用ATH和HL阻燃剂做空白样比对，进行相关氧指数、烟密度。

2.2 氧指数测试方法

氧指数，又称极限氧指数，是指沥青在规定条件下所能维持燃烧所需要的的最低氧气浓度，是评价沥青阻燃效果的最重要指标。通常，LOI小于21%视作易燃材料，LOI介于21%～27%视作可燃材料， LOI大于27%视作难燃材料，也就是材料自熄不被点燃。根据GB/T 29051-2012《道路用阻燃沥青混凝土》中关于阻燃沥青的相关介绍，当改性沥青的LOI大于23%时即满足阻燃要求，可在隧道内铺筑使用。本试验采用南京上元分析仪器有限公司HC-2C型氧指数测定仪进行极限氧指数的测定。

2.3 烟密度测试方法

沥青烟密度等级对于短隧道不作要求，一般只针对长大隧道或其他重要场所作为必测项目。根据GB/T 29051-2012《道路用阻燃沥青混凝土》中关于沥青烟密度的试验方法，烟密度等级的检测方法按照GB/T 8627-2007 《建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法》进行，沥青样品制成50 mm×50 mm×3 mm，对四周采用铝箔包边处理。本试验采用南京上元分析仪器有限公司YM-3型建筑材料烟密度测试仪进行烟密度的测定。

3 结果讨论

3.1 复合阻燃剂阻燃性能

对四种阻燃剂分别进行不同掺量的改性沥青极限氧指数试验，根据测试结果制图，得到图1，研究不同掺量下不同配比的阻燃改性沥青的阻燃效果。根据图1的试验结果可以看出：

图1 阻燃剂对改性沥青阻燃性能的影响

(1)相同掺量下单掺ATH的改性沥青极限氧指数比单掺HL的改性沥青极限氧指数要高很多。单掺ATH为15%时，LOI值23.5，掺量增加至25%时，LOI值27.2。根据GB/T 29051-2012《道路用阻燃沥青混凝土》的要求，改性阻燃沥青的最小极限氧指数为23%。单掺ATH为15%时已满足阻燃沥青的极限氧指数要求，掺量为25%时达到难燃等级。反观单掺HL阻燃剂，掺量最大25%时，LOI值22.1，阻燃效果不理想。

(2)四种改性沥青的极限氧指数均随着阻燃剂掺量的增多而不断提高，说明阻燃剂的加入对改性沥青的阻燃效果均有提升。较之HL，ATH的阻燃效果更好，其复配阻燃剂介于两者之间，且随着ATH占比的增多LOI值不断提高，ATH+HL(1:1)掺量在20%时，即满足阻燃的要求。

ATH较之HL阻燃效果更好的原因跟其阻燃机理有关：ATH分解温度270～320 ℃，沥青点燃后ATH马上发生分解，在早期即控制沥青的燃烧，LOI值相对更高，抑制改性沥青的燃烧效果更好。HL的分解温度在360-470 ℃，沥青在点燃后温度需身高到360 ℃HL才能逐渐分解。在高温下沥青呈现流动状态，HL阻燃除了分解释放水分之外还需要碳化层隔绝气体，故LOI值相对较低。而对于复合阻燃剂，ATH本身阻燃效果比较明显，ATH分解后形成的Al2O3碳层，为HL的阻燃提供所需的坦诚，其LOI值相对较高。采用复合阻燃剂较HL阻燃剂单独使用阻燃效果更好。

3.2 复合阻燃剂的抑烟性能

对四种阻燃剂分别进行不同掺量的烟密度试验，根据测试结果制图，得到图2，研究不同掺量下不同配比的阻燃改性沥青的抑烟性能。根据图2的试验结果可以看出：

图2 阻燃剂对改性沥青抑烟性能的影响

四种阻燃改性沥青均具有不错的阻燃抑烟性能，且均随着阻燃剂的增多相同时间内的发烟量、烟密度呈现下降的趋势。根据GB /T8627-1999《建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法》关于烟密度等级的规定，SDR值小于75%即满足阻燃沥青抑烟的要求。单掺ATH大于15%时SDR达到抑烟的标准，而HL的添加量需更多才能起到作用。两者抑烟能力的不同还是因为两者的分解分度对沥青燃烧的限制阶段不同，ATH较HL较快分解，抑烟效果明显。

在阻燃剂掺量较多的情况下，ATH+HL复合阻燃剂比ATH和HL单独使用其抑烟效果更好，且随着符合阻燃剂掺量的增多，烟尘减少量呈现加速递增的态势。ATH和HL的协同效应较之两者单独使用得到增强。

4 小 结

通过考察ATH阻燃剂、HL阻燃剂及ATH+HL复合阻燃剂对SBS改性沥青的氧指数、烟密度分析。发现ATH比HL的阻燃性能更好，ATH+HL复合阻燃剂的阻燃效果介于两者之间，且随着ATH含量的增多阻燃性能得到不断提高。ATH+HL复合阻燃剂的抑烟性能随着阻燃剂用量的增大而逐渐提高ATH+HL复合阻燃剂比ATH和HL单独使用其抑烟效果更好，且随着符合阻燃剂掺量的增多，烟尘减少量呈现加速递增的态势。ATH和HL的协同效应较之两者单独使用得到增强。

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[2] 彭建康．长大隧道低温阻燃沥青混凝土及其应用研究[D]. 北京: 北京工业大学，2010．

[3] 丁庆军，刘新权，沈凡，等. ATH沥青阻燃体系试验及机理分析[J].中国公路学报，2008，(9)：10-14.

U416

C

1008-3383(2017)09-0084-02

2017-03-01

李金(1986-)，山西和顺人，工程师。