一种阻燃温拌改性沥青及其制备方法和应用

1.本发明属于沥青混凝土领域，尤其涉及一种阻燃温拌改性沥青及其制备方法和应用。


背景技术：

2.与水泥混凝土路面材料相比，沥青混凝土路面具有噪音低、抗滑性能好、易于维修、行车舒适性等优点，在我国公路隧道中得到了广泛的应用。然而沥青本身是一种易于燃烧的有机混合物，当隧道发生火灾时，在隧道封闭式的结构和火灾蔓延的趋势下，不仅会造成巨大的经济损失，还会危害乘客的生命安全。
3.目前道路建设过程采用的是传统的热拌沥青混合料hma(hot mix asphalt)，hma对温度要求很高，在生产和施工过程中，沥青和集料会被加热到很高的温度，不仅需要消耗大量的能源，而且在生产和施工的过程中还会排放大量的废气和粉尘，严重影响施工周围的环境和施工人员的身体健康。而且隧道处于相对潮湿的环境中，对路面的抗水损害性能要求更高，加上巨大的交通量，增加了路面后期养护难度。因此，有待研发一种在保证沥青混凝土路用性能的前提下，具有阻燃温拌感应加热自愈合性能的沥青混凝土，以满足隧道路面绿色施工、安全运行以及良好的耐久性。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种阻燃温拌改性沥青及其制备方法和应用。
5.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
6.提供一种阻燃温拌改性沥青，按质量份，包括以下组分：
7.改性沥青 100份
8.温拌剂
ꢀꢀꢀ2‑
4份
9.阻燃剂
ꢀꢀꢀ
10
‑
15份
10.其中，所述阻燃剂包括质量比为10：(1
‑
4)的氯氧化锑和三氧化二锑；所述温拌剂包括sasobit温拌剂。
11.优选地，所述改性沥青为sbs改性沥青。
12.优选地，所述阻燃剂为质量比为10：(1.5
‑
2.5)的氯氧化锑和三氧化二锑。
13.优选地，所述阻燃剂的添加量为11
‑
13份。
14.优选地，所述阻燃剂由质量比为10：(1
‑
4)的氯氧化锑和三氧化二锑组成；所述温拌剂为sasobit温拌剂。
15.本发明还提供上述阻燃温拌改性沥青的制备方法，将改性沥青加热后加入温拌剂和阻燃剂，搅拌，得到阻燃温拌改性沥青。
16.优选地，将改性沥青加热到140
‑
160℃后加入温拌剂和阻燃剂。
17.优选地，加入温拌剂和阻燃剂后，先高速搅拌处理，然后低速搅拌，冷却，得到阻燃
温拌改性沥青；其中，高速搅拌的转速为4000
‑
6000r/min，高速搅拌时间为40
‑
60min；低速搅拌的转速为400
‑
600r/min，低速搅拌的时间为20
‑
40min。
18.优选地，先加入温拌剂，再加入阻燃剂。
19.本发明还提供上述的阻燃温拌改性沥青，或者上述的制备方法在制备沥青混凝土中的应用。
20.sasobit温拌剂(sasobit的中文：沙索必德，或者称为：沙索)是一种白色或淡黄色固体小颗粒，其化学组成为长链脂肪族烷烃，熔点102℃。sasobit为一种现有的温拌剂，如可以从河南陆鹏交通科技股份有限公司购买。沥青中含有沥青质、胶质、芳香组分和饱和组分，其由直链、支链脂肪烃、烷基环烷烃和一些烷基芳香烃组成。沥青四组分的含量对沥青粘度有不同程度的影响，sasobit温拌剂的加入会降低沥青高温拌合时的粘度。温拌剂在高温下晶粒被融化，吸附沥青中与其结构类似的饱和组分，并溶解与饱和组分中，从而降低沥青的粘度提高其高温流动性。
21.本发明使用的氯氧化锑(sbocl)和三氧化锑阻燃剂为粉末，优选80
‑
200目，易于分散在改性沥青中。本发明在实验过程中发现，在某些条件下，sasobit温拌剂在提高沥青的高温流动性的同时，还能够和阻燃剂一起提高沥青的氧指数，延长沥青点燃时间，降低沥青燃烧热释放速率和co释放率。
22.与现有技术相比，本发明的优势主要在于：
23.(1)本发明的阻燃温拌改性沥青，通过sasobit温拌剂在提高沥青的温拌性能的同时，与本发明的阻燃剂搭配，可以协同提高沥青的氧指数，延长沥青点燃时间，降低沥青燃烧热释放速率和co释放率。
24.(2)本发明的阻燃温拌改性沥青应用到沥青混凝土中，在对沥青路面特别是隧道内沥青路面的阻燃有非常好的应用前景。
具体实施方式
25.为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
26.除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
27.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
28.以下实施例和对比例中，除非另有说明，配方中每份均代表质量份，每份为10g。在数据分析中，掺量的百分数是以改性沥青为基准计算的，比如实施例1的温拌剂掺量为3％，阻燃剂的掺量为12％。下面通过实验和对比来说明sasobit温拌剂与阻燃剂在温拌阻燃沥青中的协同阻燃效果。
29.实施例1：
30.一种本发明的阻燃温拌改性沥青，配方为sbs(i
‑
c)改性沥青100份、sasobit温拌剂3份，阻燃剂12份(为质量比为5：1的氯氧化锑(sbocl)、三氧化二锑)。
31.本实施例的阻燃温拌改性沥青的制备方法，步骤如下：
32.按配方量，将sbs(i
‑
c)改性沥青加热到150
±
5℃；然后将sbs(i
‑
c)改性沥青加入高剪切混合乳化机中搅拌，搅拌的同时缓慢加入温拌剂和阻燃剂(加入的顺序依次为sasobit温拌剂、氯氧化锑(sbocl)、三氧化二锑)，然后以5000r/min的转速搅拌50min，再以500r/min的搅拌速率搅拌30min以驱除气泡，停止加热进行冷却，在冷却过程中手动搅拌以防止离析，最终制得温拌改性沥青。
33.实施例2：
34.一种本发明的阻燃温拌改性沥青，配方为sbs(i
‑
c)改性沥青100份、sasobit温拌剂2份，阻燃剂12份(为质量比为5：1的氯氧化锑(sbocl)、三氧化二锑)。
35.制备方法同实施例1。
36.实施例3：
37.一种本发明的阻燃温拌改性沥青，配方为sbs(i
‑
c)改性沥青100份、sasobit温拌剂4份，阻燃剂12份(为质量比为5：1的氯氧化锑(sbocl)、三氧化二锑)。
38.制备方法同实施例1。
39.对比例1：
40.本对比例的温拌改性沥青，配方为sbs(i
‑
c)改性沥青100份和sasobit温拌剂2份。
41.制备方法同实施例1。
42.对比例2：
43.本对比例的温拌改性沥青，配方为sbs(i
‑
c)改性沥青100份和sasobit温拌剂3份。
44.制备方法同实施例1。
45.对比例3：
46.本对比例的温拌改性沥青，配方为sbs(i
‑
c)改性沥青100份和sasobit温拌剂4份。
47.制备方法同实施例1。
48.对比例4：
49.本对比例的温拌改性沥青，配方为sbs(i
‑
c)改性沥青100份和阻燃剂，其中，阻燃剂12份(为质量比为5：1的氯氧化锑(sbocl)、三氧化二锑)，其中氯氧化锑(sbocl)10份，三氧化二锑2份。
50.本对比例的阻燃改性沥青的制备方法同实施例1。
51.按照nb/sh/t 0815
‑
2010沥青燃烧性能测试标准对sbs(i
‑
c)改性沥青、实施例1
‑
3和对比例1
‑
4获得的沥青的极限氧指数进行测试，试验结果见表1。
52.表1沥青的氧指数
[0053][0054]
由表1可知，sbs(i
‑
c)改性沥青的极限氧指数仅为20.3％，小于空气中的氧气浓度，因此可在常温空气中直接用明火点燃，并持续稳定燃烧。随着sasobit温拌剂的添加，温拌沥青(对比例1
‑
3)的极限氧指数随之增大，但整体幅度较小，在掺加量为2％的sasobit温拌剂下的沥青极限氧指数与空气中的氧浓度相当，其在空气中依然极易被点燃，可见
sasobit温拌剂单独使用是不利于沥青阻燃性能的提高。而添加阻燃剂的沥青的极限氧指数增幅较大，其在12％的掺量下(对比例4)的极限氧指数可达24.1％，此时沥青已较难在空气中被点燃。而本发明通过将阻燃剂和温拌剂组合进行改性沥青(实施例1
‑
3)，使得改性沥青的极限氧指数大幅增大，其中阻燃剂掺量为12％，温拌剂掺量为4％(实施例3)时的极限氧指数达到了26.5％，相比对比例1
‑
4的极限氧指数有了较大的提升，可见sasobit温拌剂，与阻燃剂相互协同，有效降低了沥青的点燃性和可燃性。
[0055]
阻燃剂氯氧化锑(sbocl)、三氧化二锑作为锑系阻燃剂，其主要阻燃机理为阻燃剂与沥青以及sasobit温拌剂中的含卤有机物配合时，会发生锑/卤协同阻燃效应。(1)氯氧化锑(sbocl)分步受热分解释放出卤化锑起阻燃作用；氧化锑与卤化氢反应生成卤化锑，吸热反应降低聚合物的燃烧温度和分解温度；(2)卤化锑蒸汽能在燃烧基体表面形成难燃气体保护层，稀释基体表面的可燃气体，起到隔热、隔氧作用；(3)液态和固态卤化锑微粒的表面效应可降低火焰能量；(4)卤化锑能促进成炭反应，火焰下层的固态和熔融态聚合物中，致密的炭层结构能够起到隔氧、隔热的作用；(5)卤化锑在燃烧区可捕捉气相中维持燃烧链式反应的活性自由基，改变气相燃烧的反应模式，减少反应热而使火焰猝灭。
[0056]
分别对实施例1
‑
3和对比例1
‑
4获得的沥青进行锥形量热仪试验：试验样品形状为浇筑形成的圆饼(内径为70mm、厚度为10mm)，测试的热辐射强度为50kw/m2，试验结果如表2所示。
[0057]
表2沥青的锥形量热仪试验
[0058][0059]
由表2可以看出，实施例1
‑
3相比对比例1
‑
3的燃烧时间大大延长了，说明添加sasobit的阻燃沥青具有很好的阻燃效果。添加12％的阻燃剂的阻燃改性沥青(对比例4)的点燃时间为62s，较sbs(i
‑
c)改性沥青的点燃时间延长了31s，平均热释放率减少了20.5％；而添加12％阻燃剂和4％温拌剂的阻燃温拌改性沥青(实施例3)的点燃时间为83s，较改性沥青的点燃时间延长了52s，平均热释放率减少了44.9％。添加了阻燃温拌剂的实施例3的阻燃温拌改性沥青的co产率最小，当添加12％的阻燃剂和4％的温拌剂时(实施例3)，co释放率仅为改性沥青的62.8％，较添加12％的阻燃剂的阻燃改性沥青和4％的温拌剂的温拌
改性沥青分别进一步减少了22.3％和38.9％。考虑到火灾事故中，超过半数的人员死亡是co导致的。因此在抑制毒烟释放方面，sasobit和此阻燃剂组合的协同阻燃作用显著，可以进一步降低沥青的火灾危害性。