聚磷酸铵阻燃沥青的研究.pdf

2013年10月
石油沥青 PETROLEUM ASPHALT
第27卷第5期
聚磷酸铵阻燃沥青的研究
刘涛,言志超,刘祥
(重庆交通大学土木建筑学院,重庆400074)
摘要:用聚磷酸铵(简称APP)做沥青阻燃剂来制备阻燃沥青,根据权限氧指数和汤
青三大指标确定APP的最佳掺量。试验证明,沥青在AP的最佳掺量下,其板跟氧指数显
著提高,变成难燃Ⅱ级材料,具有自行熄死的能カ,针入度和软化点无明显变化,延度下
降,并有离析的现象。采用KH550硅烷侷联剂对APP进行表面改性,结果表明,对APP改
性后,APP与沥青的相容性変好,阻燃沥青的扱限氧指数进一步提高,针入度和软化点校改
性前无明显変化,延度显著增加,混合料的路用性能不降低
关键词:阻燃沥青极限氧指数相容性路用性能
沥青路面具有噪音小、抗滑性好、行车舒铵:I-APP,聚合度大于1000KH550硅烷偶
适、灰尘少、易维修等优点,沥青混凝土路面已联剂:分子式为:NH2(CH2)3Si(0C2H)3,
成为当今隧道铺装的主流叫,被广泛应用于各化学名称为γー氨丙基三乙氧基硅烷,为氨基官
级公路路面。近年来,修筑的公路隧道越来越能团硅烷。此外还有石灰岩碎石、机制砂、矿
多,隧道也越修越长,然而车辆的速度快以及数粉,其各项指标都符合JIGF40-2004《公路沥
量增多,因车辆故障、漏油等各种原因造成的隧青略面施工技术规范》要求。
道火灾事故也随着増多。隧道火灾会造成隧道整1.2阻燃沥青的制备工艺
体结构和媵道内部设施的严重毁坏,引起严重的
制备APP阻燃沥青的关键就是如何将APP
道路交通中断,并威胁到人们的生命和财产安粉末均匀的分散到沥青中,形成稳定的胶体体
全,造成无法估计的损失。而且当隧道内发系。本试验中采用高速剪切的方法制备阻燃沥
生火灾时,大量的烟、热不易排除,洞内烟雾弥青,其具体的操作方法为将沥青加热到140
漫,能见度急剧下降;同时会伴有高温和毒气,150左右,把称好的AP加入沥青中,在高速
给安全疏散和救援工作带来很大困难,因此,
剪切仪下,以5000rv/min速度剪切10min即制
旦发生事故后果不堪设想。
得所需要的阻燃沥青
在国外常使用的沥青阻燃剂有难燃的矿1.3APP最佳摻量
物纤维、膨胀粒子、含氯的有机物、微细的无机
沥青的阻燃性采用极限氧指数$?(简称
填料、氧化铝等,但沥青的氧指数都不高,阻燃Io)测试来评价,LOI的定义为:在规定的试
效果不明显。而国内对阻燃沥青的研究主要用于
验条件下,材料在氧气、氮气混和流中,刚好能
建筑油毯,用于隧道方面不常见,研究隧道
阻燃技术迫在眉睫。AP是一种含磷、氮的无机
维持试样燃烧状态所需的最低氧浓度,以氧所占
聚合物,具有含磷量高、含氮量大、热稳定经的体积百分数表示。极限氧指数计算公式为
好、水溶性低、阻燃效能持久等优点们,因此
LOr=02/(02+N2)
研究APP阻燃沥青具有重要的意义。
式中:[O2]一临界氧浓度时混合气流中氧气
试验及结果分析
的体积流量;
1.1原材料
收稿日期:2013-03-26。
基质沥青:AH-70,中海(泰州);聚磷酸
作者简介:刘涛,男,重庆交通大学本科毕业,初级职称。
石油沥青
13年第27卷
[2]一一临界氧浓度时混合气流中氮气cm,这是因为沥青是一种匀质材料,当加入
的体积流量。
APP粉末后,会破坏沥青材料的连续性,导致延
采用极限氧指数(LOI)来对沥青的阻燃效度显著下降
果进行评价。一般认为,当LOI<21%时为易燃
(3)综合极限氧指数和三大指标确定APP
材料,219%-27%时为可燃材料,>27%时,材的最佳掺量为4%,在此掺量下,沥青的极限氧
料在燃烧中可自行熄灭。其中日本J15K7201规指数为28.5%,有自行熄灭的能力,且沥青的
定:LOI大于30%为难燃1级,[OI在27%
延度也相对较大。在6%、8%、10%掺量下
30%为难燃Ⅱ级,LOUI在24%~27%为难燃mI极限氧指数虽然很高,但延度相对较低,且在试
级,LOI在21%~24%为难燃Ⅳ级,LOI小于验中发现,随着APP的掺量的不断增加,沥青
21%为难燃V级,即为易燃材料。普通沥青和离析的现象越严重,如下图1所示。由于APP
聚合物改性沥青,极限氧指数均在21%以下,是无机材料,而沥青是一种有机材料,根据相似
属易燃材料;通过阻燃改性后可达到21%
相容原理,两种材料混合后相容性较差,混合
27%,仍为可燃材料;一般在添加阻燃剂后,沥后,两种物质易分离
青极限氧指数应超过27%,使其成为自行熄
灭2材料,并且在经济上可以接受以及不影响
材料其他使用性能。当APP以不同的掺量加入
沥青后,其阻燃结果如表1所示。根据相关方
法?,分别测试不同APP掺量下的阻燃沥青的
三大指标,结果如表2所示。
表1APP阻燃沥膏的极限氧指数测试结果
擦量,%
2
6
810
极限氧指数,%
20.323.728.530.931.833.7
图1高掺量的APP阻燃沥青
表2APP阻燃沥膏的三大指标
1,4APP表面改性
掺量,%
0
8
10
为改善APP与沥青的相容性,使用KH550
针人度/(10-1mm)69.169.770.571.672.473.6
软化点/℃
52.152.552.753.154.354.7
硅烷偶联剂对APP进行表面改性。KH550砫烷
延度(15℃)/cm142.666.954.446.639.828.9
偶联剂分子中同时含有两种不同化学性质基团
(有机官能基团和可水解基团),有机基团能够
从表1和表2可以得知
均匀的分散到沥青中,可水解的集团能和APP
(1)随着APP掺量的增加,沥青的极限氧发生反应,通过两种不同化学性质的基团作用后
指数不断提高,当掺量为2%时,极限氧指数增可以提高APP与沥青的相容性,其中偶联剂起
加不明显,摻掺量达到4%时沥青的极限氧指数发到架桥的作用。改性步骤?为称取定量的偶联
生突变,极限氧指数达到28%以上,沥青已属剂和水,质量比为1:10,在50℃的条件下磁力
于难燃∏材料,有自行熄灭的能力。当掺量为搅拌30min,使偶联剂水解完全,得到水解偶联
10%时,极限氧指数达到33.7%,较基质沥青剂待用,称取定量的APP,将其分散于适当的惰
增加660%,远远超过一般难燃材料的极限氧性溶剂中,在60℃的条件下加人质量分数为
指数,成为难燃Ⅰ级材料。
9%的水解偶联剂,使其充分反应1h,过滤干燥
(2)随着APP掺量的增加针人度和软化点得到改性APP,下文用CAPP代替。
变化不明显,呈现略有增加的趋势,说明APP
用CAPP和APP分别与沥青进行剪切制备
会使沥青变硬,能够提高沥青的高温稳定性,而阻燃沥青,两种阻燃剂的掺量为4%,测得两种
延度变化明显,当掺量为2%,延度仅为66.9阻燃沥青与基质沥青的极限氧指数、三大指标等