新型阻燃瀝青的制備及其阻燃機理研究.pdf

1、隨著我國山區(qū)高速公路的快速發(fā)展,公路隧道的數(shù)量與規(guī)模大幅度增長,瀝青路面已經(jīng)發(fā)展成為隧道鋪裝最主要的結(jié)構(gòu)形式之一。作者通過國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研和本課題組的有關(guān)工作,綜述了阻燃劑及阻燃技術(shù)在高分子領(lǐng)域內(nèi)的研究進(jìn)展情況和瀝青阻燃技術(shù)的最新研究動態(tài),認(rèn)為通過對無鹵環(huán)保型瀝青阻燃劑進(jìn)行表面改性,以提高瀝青阻燃劑與瀝青的相容性,有望發(fā)展成為新型的行之有效的瀝青阻燃技術(shù)。本文采用偶聯(lián)劑對瀝青阻燃劑進(jìn)行表面改性,研制了新型瀝青阻燃劑及阻燃瀝青,分析了其

2、阻燃機理,研究了阻燃瀝青混合料的技術(shù)性能,主要研究內(nèi)容如下:
　　 1、以界面理論和相容性原理為基礎(chǔ),研制出了兩種活性高、與瀝青相容性好、阻燃性能優(yōu)良的新型瀝青阻燃劑:經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑表面改性的瀝青阻燃劑(簡稱為BFR-Ti)和經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑表面改性的瀝青阻燃劑(簡稱為BFR-Si),確定了偶聯(lián)劑合理用量。采用紅外光譜(FTIR)、熱重分析(TGA)及電鏡掃描(SEM)等測試手段,對阻燃劑的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,當(dāng)瀝青阻燃

3、劑的粒度范圍為1000～1500目時,其對應(yīng)的鈦酸酯偶聯(lián)劑和硅烷偶聯(lián)劑的合理用量分別為瀝青阻燃劑的1.6％和0.9％左右；經(jīng)偶聯(lián)劑表面改性之后的瀝青阻燃劑,在瀝青阻燃劑表面形成了新的化學(xué)鍵,其熱穩(wěn)性得到了有效的改善,“團(tuán)聚現(xiàn)象”基本消失。
　　 2、由BFR-Ti和BFR-Si兩種瀝青阻燃劑制備了BFR-Ti阻燃瀝青和BFR-Si阻燃瀝青,研究了瀝青阻燃劑粒度和用量對阻燃瀝青路用性能及燃燒性能的影響,分別確定了瀝青阻燃劑的合理粒

4、度范圍和用量；研究了阻燃增效劑硼酸鋅(ZB)對以上兩種瀝青阻燃體系的協(xié)同作用,并確定了ZB的合理用量。采用紅外光譜(FTIR)、熱重分析(TGA)及電鏡掃描(SEM)等測試手段,對阻燃瀝青的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,BFR-Ti和BFR-Si的合理粒度范圍均為2000～2500目,合理用量均為瀝青的9.0％:硼酸鋅(ZB)對BFR-Ti阻燃瀝青具有顯著的阻燃增效作用,且以2.0％的硼酸鋅(ZB)取代等量的BFR-Ti后,綜合效果最

5、佳,而硼酸鋅(ZB)對BFR-Si阻燃瀝青的阻燃增效作用并不明顯；瀝青阻燃劑用量對阻燃瀝青的流變性能有一定影響。
　　 3、通過研究幾種阻燃瀝青的燃燒行為,分析了阻燃瀝青的阻燃機理,并找出了熱重分析TGA與錐形量熱分析CCT的測試結(jié)果之間的相關(guān)性,分析了阻燃增效劑ZB對BFR-Ti阻燃瀝青的協(xié)同作用。結(jié)果表明,與SBS改性瀝青相比,阻燃瀝青的熱釋放速率(HRR)、質(zhì)量損失速率(MLR)、有效燃燒熱(EHC)以及點燃時間(TIG)

6、等發(fā)生了較顯著的變化,顯示了良好的阻燃性；TGA中的分解溫度與相應(yīng)的CCT中的點燃時間有著較好的相關(guān)性,TGA中的高溫炭層與CCT中的殘?zhí)苛考盁後尫潘俾释瑯佑兄己玫南嚓P(guān)性；硼酸鋅在BFR-Ti-ZB阻燃瀝青的燃燒過程中起到了明顯的協(xié)同作用,這主要體現(xiàn)在燃燒過程中其煙霧密度和煙霧總量得到了明顯的減小；阻燃瀝青的燃燒過程中,均有瀝青阻燃劑分解吸熱、成炭等現(xiàn)象,表明其阻燃機理并不單一。對于BFR-Ti-ZB阻燃瀝青而言,由于協(xié)同阻燃效應(yīng)的存

7、在,其阻燃機理雖以凝聚相阻燃機理為主,但兼具協(xié)效阻燃和吸熱阻燃機理的特征,而其他幾種阻燃瀝青都是凝聚相阻燃機理和吸熱阻燃機理共同作用的結(jié)果,但其側(cè)重點不同。
　　 4、通過對比實驗,研究了由SBS改性瀝青、BFR-Si阻燃瀝青、BFR-Ti—ZB阻燃瀝青以及國內(nèi)常用組成不同混合料的技術(shù)性能,并通過實體工程,驗證了阻燃瀝青的路用性能和實際應(yīng)用情況。結(jié)果表明,與SBS改性瀝青相比,阻燃瀝青混合料的油石比較大,其路用性能除水穩(wěn)性有一定