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沥青阻燃剂技术原理、分类及使用方法

时间:2016-01-08 来源:admin 浏览:
一、 沥青阻燃剂的简述
       随着我国高速公路建设的跨越式发展,公路隧道的数量与规模也逐年增加。与此同时,对隧道路面的安全性和舒适性提出了更高的要求,水泥混凝土已很难满足现代隧道路面的要求。沥青混凝土路面与其相比,平整度高、抗滑性好、噪声小、灰尘少。沥青混凝土路面已成为当今隧道铺装的主流。
       然而,沥青路面在满足要求的同时,也带来了新的问题:沥青的组成极其复杂,一般认为是由沥青质、胶质、芳香分和饱和分4种组分组成。沥青是一种有机体,具有可燃性,高温燃烧时,放出大量的烟雾和有毒气体。加之长大隧道相对封闭的环境,一旦引发火灾事故,将会导致大量的人员伤亡和财产损失。因此,提高隧道路面沥青的阻燃性能,已成为长大隧道铺装沥青路面的关键问题。而要达到沥青阻燃的目的,主要是通过在沥青中添加阻燃剂来实现。阻燃剂既可单独使用,也可几种阻燃剂复合使用,形成协效阻燃体系。目前,常用的阻燃抑烟剂有:卤系,磷氮系、非卤型复合剂等;
二、 阻燃剂的选择
       阻燃抑烟剂应满足以下要求:
       ① 阻燃效率高,低烟、低毒,安全环保;
       ② 热稳定性好,阻燃剂的分解温度以250-400℃为宜;
       ③ 相容性好,对沥青及沥青混合料的性能影响较小;
       ④ 水溶性小,耐久性好,阻燃性能持久;
       ⑤ 价格低廉,来源广泛,制造简便。
三、 阻燃剂的阻燃机理及种类
       根据沥青的燃烧过程,沥青阻燃剂的阻燃原理主要有吸热、覆盖、抑制链反应及不燃气体窒息作用等。沥青的燃烧是一个放热、分解的物理化学过程,燃烧中分解出氢、甲烷、苯及烷烃类易燃气体。产生的这些气体的燃烧又进一步加快了沥青的热分解。根据沥青的燃烧过程,在沥青路面发生火灾时,要达到阻燃抑制的目的,所加入的       阻燃抑烟剂应具有以下功能:
       ① 能吸收燃烧放出的热量,降低可燃物表面的温度,有效抑制可燃性气体的生成;
       ② 能在沥青表面形成稳定的炭化层,隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出,使燃烧终止,产生自熄;
       ③ 能在燃烧初期,捕捉反应中活性很强的自由基(HO-和H-),抑制连锁反应的发生;
       ④ 能分解出不燃气体,冲淡燃烧区内氧浓度及可燃气体浓度,阻止燃烧的蔓延。
       卤系阻燃剂以溴类阻燃剂为主,阻燃效果较好,但在阻燃过程中会放出大量有毒烟气,十溴二苯乙醚在燃烧的过程中还会产生致癌物质,而且成本较高。
       氮磷阻燃剂,在高温受热时生成强脱水剂,使沥青表面脱水炭化,隔绝了外界的可燃气体和热量,抑制了燃烧的进行。同时受热时分解生成氨气和水蒸气,氨气冲淡空气中氧浓度,具有良好的阻燃效果。加之,热稳定性好、水溶性差、低烟、低毒、经济实用,是较理想的阻燃剂。
       非卤复合型阻燃剂,在燃烧时,放出结合水,吸收大量的热量,从而抑制了燃烧,结合水在高温下与炭粒进一步发生氧化反应,减少了烟气的产生,从而达到阻燃抑烟的双重目的。
       考虑到环保、低碳节能及成本的问题,主用采用氮磷系和复合型非卤阻燃剂来替换卤系阻燃剂。
四、 阻燃评价指标及试验方法
       通过极限氧指数(LOI)评价沥青的阻燃性能,LOI是指在规定的试验条件下,刚好能维持材料燃烧时,通入的氧氮混合气中以体积百分数表示的最低氧浓度。
       目前,国内尚未制定沥青阻燃性能氧指数测试的方法的相关指标,试验中参考GB/T2406-2006《塑料燃烧性能试验方法氧指数法》,采用天津市英贝尔科技有限公司生产的imYZ2000氧指数分析仪,对极限氧指数进行测定。极限氧指数可判断材料燃烧的难易程度,极限氧指数越高,表明材料越不易燃。一般认为:当LOI大于27%时,该材料在 火中是自行熄灭的材料。日本JISK7201则规定:LOI大于30%为难燃1级,LOI在27%-20%为难燃2级。国内沥青道路LOI一般控制在24%-20%(具体可根据设计要求调整阻燃剂的添加量)。
试验方法
       1 阻燃改性沥青的制备
       试验采用SBS改性沥青,根据《沥青及沥青混合料试验规程》对热拌沥青混合料制备温度的制备为:先将沥青加热到(160±5)℃,再按试验设计将一定量的阻燃剂加入沥青中,采用转速为3000r/min的电动搅拌器搅拌40min,整个过程温度控制在160℃左右。
       2 氧指数试样的制备
       考虑到沥青的燃点比软化点高很多,在试验过程会出现软化、倾斜现象。借鉴沥青防水卷材的测定方法,得出采用:玻璃纤维毡+铁模板+玻璃纤维毡的方法来测定氧指数。具体做法:加工一块长15cm、宽8cm、厚4mm的铁模板,将其置于尺寸稍大规格为140g/m²玻璃纤维毡上,待阻燃沥青制备完成后,浇附在模板内,最后,在沥青表面再加一层玻璃纤维毡。15min后,将阻燃沥青切为长13cm,宽6mm,厚4mm的氧指数试样。考虑到脱模,底板及铁模板四周均涂有隔离剂。
五、 ZR系列沥青专用阻燃剂性能特点
       阻燃、消烟、无毒、耐寒耐候、不易析出、宜分散、热稳定性好