环保型阻燃沥青混凝土的研究

(河南省开封市河南大学)

1.绪论

1.1 阻燃沥青的研究现状

在20世纪50年代，国外就已经开展了阻燃沥青的研制工作，阻燃方法是在沥青中掺入难燃矿物纤维或无机无机矿材料，对沥青中可燃物的数量进行稀释，但阻燃效果较差。直到70年代，国外研究人员将高分子材料中开发的阻燃剂产品应用在沥青阻燃中。2001年重庆交通设计院的李祖伟、陈辉强和陈仕周等利用无机金属化合物与有机卤素复配阻燃剂研制阻燃沥青并探讨了阻燃机理。2007年丁庆军对添加ATH和MH复配的阻燃沥青进行了氧指数及热重实验，发现两者复配可以一定程度上提高沥青的阻燃性能。2011年以来，新型复合阻燃剂的研究引起研究者越来越多的关注，沥青阻燃剂的应用出现了改性、复配使用的发展趋势。

2.主要研究内容

2.1 研究实验机理

（1）覆盖作用（2）吸热作用（3）抑制链反应（4）不燃气体窒息作用

2.2 主要研究方式

（1）针入度试验方法（2）软化点试验方法（3）延度

2.3 研究指标

（1）极限氧指数（2）燃烧温度（3）针入度（4）延度（5）软化点（6）燃烧时间（7）质量损失比

3.环保型沥青路面材料的设计

沥青混合料是一个复杂的多相系统，包含有粗集料、细集料、填料以及沥青等多种不连续体系，因此，其形成的结构也是复杂的。

3.1 沥青混合料的组成结构

成型好的沥青混合料是由集料、沥青胶浆和残余孔隙所组成的具有空间网络结构的多相分散系统。由于其组成材料多为颗粒性分散体，因此集料颗粒间的内摩擦力和嵌挤力、沥青胶结材料的粘结性以及沥青与集料之间的粘附性是影响其力学强度主要因素。不同级配的沥青混合料的空间构成方式不同，在力学性能上也各有自己的特点，因而，组成沥青混合料的各个体系的变化会直接影响整个混合料受力特性，使混合料体现出不同的变形特征。常用沥青混合料的结构形态主要有三种典型类型：密实悬浮结构、骨架空隙结构和骨架密实结构。

结构类型 密实悬浮结构 骨架空隙结构 骨架密实结构孔隙率% 3～6 ＞10 3～4沥青用量 较多 少 多4.75mm筛孔通过率% 多 很少 较少0.075mm 筛孔通过率% 4～8 2～5 8～12抗车辙变形 差 好 很好疲劳耐久性 好 差 很好抗裂性能 好 较差 很好水稳定性 好 较差 很好渗水情况 小 大 小抗老化性能 很好 较好 很好抗磨损 很好 较差 很好抗滑性能 较差 好 好路面噪声，反光，溅水，水雾 差 好 较好

此三种混合料结构类型的物理力学性能不同

3.2 沥青混合料配合比设计

对于沥青混合料的级配设计，需要明确以下三个方面的问题：

（1）结构骨架的合理形式（2）填充集料的合理组成（3）集料之间的合理比例

4 实验

4.1 原料

无机阻燃剂选取氢氧化物氢氧化钙（熟石灰 消石灰 500g 分析纯）、

氢氧化镁（氢氧化镁Ⅰ型，泰星化工阻燃剂）

氢氧化铝（ 氢氧化铝 AR500克/瓶 分析纯济南泰兴精细化工有限公司）

4.2 燃烧试验

4.2.1 实验目的

从理论上分析环保型阻燃沥青的燃烧现象（推算化学方程式），通过实验根据观察并记录环保型阻燃沥青燃烧现象，从而检验环保型阻燃沥青的“阻燃”和“环保”性能。

4.2.2 试验方法和指标

方法：对照试验 梯度实验

指标：（1）测定试块燃烧时间（2）燃烧时的火焰高度（3）烟雾浓度（4）燃烧温度：（5）燃烧面积（6）燃烧前后质量比

4.2.3 实验仪器设备和实验物品

实验仪器：引燃棍、电子天平、酒精、卷尺、秒表、铁架台、气体温度计、普通沥青试块、环保型阻燃沥青试块、酒精、棉花球、木棍、小绳

4.2.4 实验步骤

（1）按标制成试件，其尺寸应符合规范规定，一组试件的数量最少不得少于4个

（2）测量试件的燃烧前的质量，尺寸

（3）将试块放到燃烧场地，在试块周围（离试块约2m处）放置标杆

（4）将绳子一端系到铁架上，另一端连接温度计将其悬空在试块上方（试块燃烧时将温度计放到焰心处）

（5）将裹有蘸有酒精的棉球的棍子点燃，用棍子引燃试块

（6）从试块开始燃烧时计时开始，火焰熄灭时计时结束

（7）试块燃烧时观察记录火焰高度（记录试块燃烧时火焰最高时高度）、烟雾浓度（无、稀、较稀、较浓、浓、特浓）

（8）燃烧结束后立即记录温度计读数

（9）试块燃烧结束后测量燃烧面积，试块残留物质量

5.结论与展望

5.1 结论

本文首先确定选定的 SMA-10沥青混合料进行最佳油石比，然后对添加无机材料和矿物质的沥青混合料进行抗车辙性能、高温稳定性能进行研究，得出不同油石比的无机材料组合类型对沥青混合料性能影响，提出合理的无机材料的配合比。具体结论如下：

（1）由沥青混合料的构成特点，得出在骨架密实的沥青性能最好。

（2）利用试验确定沥青混合料的最佳油石比。SMA-10沥青混合料掺加无机材料时最佳油石比为AL(OH)3：Mg(OH)2：Ca(OH)2=1:1:1，各占4.1%。

（3）加入无机材料后，沥青混合料的高温性能、阻燃性能都比不掺无机材料要高。

5.2 本文创新点

（1）采用无机材料改善高性能沥青材料性能，研究不同参入量不同组合方式对沥青混合料性能的影响，提出最优组合方案；

（2）有空白对照实验和梯度实验组，更具有说明性。

（3）多种无机材料的实验，更具有实验性。

5.3 展望

选择合适高性能 SMA-10沥青路面的材料与结构的可以减少路面发生早期破坏、车辙、开裂、泛油、坑槽等病害，延长路面结构的使用寿命，降低养护维修费用，提高沥青路面性能。鉴于知识水平、试验设备和时间所限，虽然提出了一些观点，但是在深度上还是有所欠缺，也不够全面，需要在以下方面进行深入的研究和完善：

（1）本文对无机材料在沥青混合料中的应用进行了研究，还需要在其它类型的沥青混合料中做进一步的研究，提高沥青路面的路面性能，实现经济、效益与投入相均衡。

（2）本文虽然对阻燃沥青进行了材料组成上的分析，但是设备有限，不能做到细微的分子内的分析，只能做到宏观的外在分析。还需要进行分子内的细微分析，来提高阻燃沥青的作用。