一种阻燃型温拌剂对沥青混合料热分解的协同抑制方法
技术领域
本发明是一种阻燃型温拌剂对沥青混合料热分解的协同抑制方法，属于隧道沥青路面火灾安全技术领域。
背景技术
近年来，随着我国交通运输业的迅猛发展，高等级公路建设数量逐步提高，其中已建成大量的隧道和隧道群。为了保证隧道路面抗滑性能和行车舒适安全性，多数公路隧道采用了沥青混凝土路面，由于沥青本身是一种易燃材料，再加上由于隧道位置的特殊性和空间的局限性，一旦隧道内发生火灾将会出现人员疏散困难、救援难度大、排烟不畅、灭火困难等问题，对人民的生命财产安全造成了巨大的威胁。因此，国内外诸多学者对隧道路面材料进行阻燃性能的研究与试验，力求降低沥青路面材料的可燃性，提高隧道的防火安全。
同时，在隧道路面的施工过程中，传统的热拌沥青混合料拌和温度较高，会消耗大量能源，产生大量烟雾和有毒气体并且不能及时排出，不仅对隧道沥青路面施工人员的安全以及环境质量都造成危害，而且还容易引发火灾。温拌沥青混合料通过一定的技术措施使沥青的粘度降低，这样便能在较低的温度下进行沥青路面施工，因此，温拌沥青混合料具有低能耗和低排放等特点，在能源紧缺，全球气候环境变暖的背景下，温拌沥青技术能有效降低道路施工所产生的污染问题。另外，将阻燃剂和温拌剂结合制备阻燃型温拌剂对沥青改性并用于沥青混合料，不仅可以提高隧道沥青路面的阻燃性能，而且可以有效降低沥青路面的施工温度，增加安全性和环保性。
国内有学者选择常用有效的阻燃剂，采用极限氧指数、协同效率等指标评价阻燃剂对沥青阻燃改善效果，通过正交试验确定最佳掺量，明确常用阻燃剂的改性技术方法和效果。又有学者对添加ATH和MH复配的阻燃沥青进行了氧指数及热重试验，发现两者复配可以一定程度上提高沥青的阻燃性能。在复合阻燃剂的协同阻燃研究方面，有学者将氢氧化铝和氧氧化镁进行了复配研究，结果显示，在合理的掺配比例下，二者协同阻燃效应较好，二者复配对聚合物的热稳定性有一定程度的提高，具有良好的阻燃性，且比单独使用其中一种阻燃剂时的添加量更少。但是，两者阻燃区间接近，都位于燃烧的初期，且相容性差，处理成本高，一定程度上损害了聚合物的物理性能，对沥青混合料的路用性能特别是低温及水稳定性也有一定的损害。
目前，沥青混合料的阻燃性能测试方法多是借鉴聚合物材料的测试标准和规范，通常都是采用氧指数法或水平垂直燃烧法来评价阻燃沥青的阻燃效果，进而评价沥青混合料的阻燃性能。由于极限氧指数等测试方法测试结果单一，且与真实火灾情况下沥青路面的燃烧特性存在较大区别，因此极限氧指数的评价方法并不适用于阻燃沥青混合料的燃烧性能评价。
另外，目前诸多研究对于沥青混合料热解性能的研究较少，将沥青混合料看成一整体，没有深入到沥青组分的层次上，不能从沥青各组分热分解特性入手，实际上沥青是一种多组分聚合物，各组分之间的热解特性有明显差异，所以，若没有采用复配技术制备复合阻燃剂，并研究复合阻燃剂各阻燃剂之间的协同效应，将会导致阻燃剂只能在沥青混合料的某个分解阶段起到阻燃作用，不能对沥青混合料热分解全过程进行阻燃，且不合适的研究结果将与实际沥青混合料阻燃评价结果产生较大误差。
鉴于此，本发明根据温拌沥青各组分热分解温度区间差异，分别采用不同阻燃剂，并复配制得复合阻燃剂，采用多孔沸石负载复合阻燃剂，在升温过程使复合阻燃剂各成分依次分解发挥阻燃、抑烟作用，起到协同阻燃作用，使温拌沥青混合料各燃烧阶段均有相应阻燃剂发挥作用，实现全过程阻燃、抑烟，提高温拌沥青路面火灾安全性。
发明内容
(1)技术问题
本发明目的是提供一种阻燃型温拌剂对沥青混合料热分解的协同抑制方法，解决目前复合阻燃剂成分较少、没有根据沥青四组分进行复配、复合阻燃剂各成分协同阻燃效果较差、难以对温拌沥青混合料热分解全过程进行高效阻燃、抑烟、以及目前沥青混合料的阻燃性能的评价方法难以准确评价阻燃型温拌剂对沥青混合料阻燃、抑烟的协同抑制作用。
(2)技术方案
为了解决目前阻燃剂不能对沥青混合料热分解全过程进行高效阻燃，常规测试方法不能根据沥青的各组分热解机理来评价阻燃剂对沥青混合料的阻燃效果以及常规性能评价方法单一，与实际结果偏差较大等问题，本发明根据温拌沥青各组分热分解温度区间差异，分别采用不同阻燃剂，并复配制得复合阻燃剂，采用多孔沸石负载复合阻燃剂，在升温过程使复合阻燃剂各成分依次分解发挥阻燃、抑烟作用，起到协同阻燃作用，定量评价阻燃型温拌剂对沥青混合料的阻燃效果。本发明技术方案如下：首先，根据沥青各组分的含量及热分解温度梯度分布特征，优选五种环保型无卤阻燃剂制得纳米复合阻燃剂；然后利用真空吸附法将纳米复合阻燃剂和沸石温拌剂进行真空吸附制备得沥青路面用阻燃型温拌剂；
再采用相同的方法与条件制备普通SBS改性沥青混合料以及阻燃型温拌沥青混合料；接着采用锥形量热仪试验研究普通SBS改性沥青混合料和阻燃型温拌沥青混合料试样的燃烧行为，根据沥青混合料引燃时间、烟雾释放、热量释放等规律评价多孔温拌剂负载的各阻燃剂对沥青各组分热分解的协同效应；最后，采用扫描电子显微镜和能谱仪分析沥青混合料热解后残留物的微观形貌和元素组成，完善阻燃型温拌剂对沥青各组分的热分解的协同抑制机理，从而建立一套准确的沥青混合料阻燃评价体系。
(3)有益效果
随着我国公路建设的不断发展，隧道工程也越来越多，由于沥青混凝土路面具有良好的减振性以及行车舒适安全等优点，逐渐取代水泥混凝土路面作为公路隧道的路面铺装材料。沥青是一种高分子有机聚合物，是一种易燃材料，一旦着火，其火速来势猛、传播速度快、蔓延范围广，燃烧后产生的有毒气体不仅对环境有污染，而且对人体有害，因此，提高沥青路面的阻燃性能具有重要的意义。与此同时，温拌沥青混合料可以解决沥青路面施工过程中的高排放和高能耗问题，减少对施工人员的身体健康影响以及对生态环境的破坏。本发明提供一种阻燃型温拌剂对沥青混合料热分解的协同抑制方法，基于温拌沥青各组分热分解温度区间差异，分别采用不同阻燃剂，并复配制得复合阻燃剂，采用多孔沸石负载复合阻燃剂，在升温过程使复合阻燃剂各成分依次分解发挥阻燃、抑烟作用，起到协同阻燃作用，使温拌沥青混合料各燃烧阶段均有相应阻燃剂发挥作用。根据锥形量热仪实验进行沥青混合料的阻燃抑烟性能测试，通过比较普通SBS改性沥青混合料和阻燃型温拌沥青混合料引燃时间、烟雾释放、热量释放等规律，定量分析多孔温拌剂负载的复合阻燃剂各成分依次热分解抑制沥青混合料热分解的过程，并采用扫描电子显微镜和能谱仪分析沥青混合料热解残留物的微观形貌和元素组成，从而研究阻燃型温拌剂对沥青各组分的热分解的协同抑制机理，实现沥青混合料的全过程阻燃、抑烟，提高了温拌沥青路面火灾安全性，改善了隧道施工环境。
具体实施方式
本发明提供一种阻燃型温拌剂对沥青混合料热分解的协同抑制方法，具体实施步骤如下：
(1)根据沥青四组分的含量及热分解温度梯度分布特征，采用膨胀型石墨、氢氧化铝、氢氧化钙、氢氧化镁、微胶囊红磷五种环保型无卤阻燃剂，按照质量比为13∶8∶48∶9∶3置于封闭的高速搅拌机中搅拌5分钟，制得纳米复合阻燃剂；
(2)利用真空吸附法将纳米复合阻燃剂和多孔沸石温拌剂按7∶3的质量比进行真空吸附，制得沥青路面用阻燃型温拌剂；
(3)把不同掺量的阻燃型温拌剂取代部分矿粉添加到细粒式沥青混合料中，制备沥青混合料车辙板试件，在室温静置24小时后再切割成锥形量热仪试验用的试件；
(4)采用锥形量热仪进行燃烧试验，记录点燃时间，烟采集及分析系统同步测试烟气浓度，计算烟气产率及热释放速率，样品池下方的电子秤同步记录样品燃烧时的质量损失速率，观察试验过程，待火焰熄灭后记录熄灭时间，评价阻燃型温拌剂对沥青混合料阻燃、抑烟性能的影响；
(5)根据锥形量热仪试验结果比较分析普通沥青混合料和阻燃型温拌沥青混合料引燃时间、烟雾释放、热量释放等规律，定量评价温拌型阻燃剂对沥青混合料的阻燃、抑烟效果以及多孔温拌剂负载的各阻燃剂成分之间的协同效应；
(6)采用扫描电子显微镜和能谱仪分析添加阻燃型温拌剂后沥青混合料热解后残留物的微观形貌和元素组成，结合锥形量热仪试验结果揭示阻燃型温拌剂对沥青四组分热分解的协同抑制作用。
