CN100535055C - 阻燃改性沥青材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阻燃改性沥青材料。阻燃改性沥青材料包括基质沥青、橡胶改性剂及阻燃改性剂组成。本发明采用高速剪切混合乳化机制备阻燃改性沥青材料，先将基质沥青在110℃下脱水30分钟，升温到175℃，加入SBS，在改性沥青设备的胶体磨中剪切10分钟，再加入阻燃改性剂剪切5分钟，制成本发明产品阻燃改性沥青材料。这种材料具有普通改性沥青的部分特点：有很好高温稳定性和低温抗裂性，对石料具有良好的裹覆性，以及良好的抗老化性；同时它还具备优良的阻燃性，减少了高温下沥青混凝土拌和过程中和燃烧过程中产生的沥青烟雾，不仅有利于隧道铺装施工，更有利于在隧道内发生交通事故的情况下的抢救工作和人员逃生，减少生命财产损失和经济损失。

Description

阻燃改性沥青材料及制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种阻燃改性沥青材料，尤其是提供了一种高等级道路隧道用的阻燃改性沥青材料及制备方法。

二、背景技术

随着我国高速公路的发展，公路隧道的数量也不断增加，但目前隧道内路面铺装仍主要局限于水泥混凝土。国内外诸多研究表明，水泥混凝土已经很难满足现代隧道路面的要求，沥青混凝土将逐渐成为隧道路面发展的主流。根据隧道内的使用条件，如何提高沥青的阻燃性及其混合料的水稳定性成为本课题研究的关键技术。但是，目前国内外尚无相关文献报道。沥青的组成极其复杂，一般认为沥青是由沥青质、胶质、芳香烃和饱和烃四个组分组成。因此，沥青实质上是一种组成极其复杂的高分子混合物。由于高分子材料阻燃技术现已发展成一门比较成熟的科学，所以，我们借鉴阻燃技术在高分子领域应用的成功经验，力图将该技术应用到沥青阻燃中来。沥青优良的阻燃性能够大大减少交通事故带来的损失。

阻燃改性沥青主要适用于隧道内沥青路面铺装。在隧道内铺装沥青混凝土，路面抗滑性和舒适性得到很大程度的提高。但一旦隧道内发生交通事故，就可能引起火灾，铺装面层的沥青参与燃烧，产生大量的浓烟，给抢救工作和人员逃生带来极大困难，会造成较严重的损失，国内外公路界已发生过诸多隧道交通事故，损失惨重。在隧道内发生交通事故的情况下，为了降低交通事故的损失，隧道内沥青路面铺装采用阻燃改性沥青是非常必要的。国内外关于沥青改性的研究很多，但目前关于沥青阻燃性方面的研究还未见报道。普通改性沥青能够提高混凝土的综合性能，但对于提高沥青及混凝土的阻燃性却无能为力。因此，对于提高隧道内沥青路面铺装的安全性有着十分重要的理论意义和实际工程意义。

发明专利95117026.0曾公开了一种用于屋面防水的沥青油毡，它是在沥青中添加磷酸氨及氢氧化镁等阻燃剂，在道路方面还未曾使用过。

发明专利92105725.3也曾公开了一种不燃沥青、油毡，它是在沥青中添加碳酸氢钠等化工产品来提高其阻燃性，但由于在高温下碳酸氢钠极易分解而失去阻燃效果使这种油毡的阻燃性大大降低。它主要是用于一般的防水工程，而在隧道路面铺装方面还未曾使用过。

发明专利03143945.4也公开了一种关于隧道内使用的阻燃沥青混合料，其生产工艺主要是在沥青中添加溴化阻燃剂和金属氧化物。由于溴化阻燃剂属剧毒物质，国际上已明确规定在很多领域禁用或限用；而金属氧化物与沥青的相容性很差，容易离析，影响沥青品质。

三、发明内容

本发明的思路是将阻燃改性沥青材料运用到隧道路面铺装的沥青混凝土中，从而可以改善隧道沥青路面的阻燃性能，大大提高隧道营运的安全性性能。这种阻燃改性沥青材料制作工艺简单，不需要添加其它大型设备，成本低，可操作性强。

本发明的目的是提供一种具有阻燃性的阻燃改性沥青材料及其制备方法。

本发明是通过如下途径实现的：一种用于隧道铺装的阻燃改性沥青材料，其组成的质量组分为：

阻燃改性沥青：基质沥青           100份

              橡胶改性剂         3～7份

              阻燃改性剂         3份～10份

阻燃改性沥青中的阻燃改性剂：无机铝系阻燃剂    100份

                            有机硅系阻燃剂    5～20份

                            偶联剂            3～8份

                            光稳定剂          3～8份。

本发明，所述的基质沥青为普通重交70#或90#沥青。

本发明，所述的橡胶改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物，即SBS。其作用是提高阻燃改性沥青材料的高温性能和低温性能。

本发明，所述的阻燃剂为无机铝系阻燃剂为1000目的氢氧化铝粉末与有机硅系阻燃剂硅酮树脂SFR-100。其作用是提高阻燃改性沥青材料的阻燃性能以及在沥青燃烧过程中降低燃烧烟雾的作用。

本发明，所述的偶联剂为一种活性较高的硅烷偶联剂KH-550。其作用是提高无机铝系阻燃剂和有机硅系阻燃剂的表面活性，从而提高阻燃改性剂与基质沥青之间的化学接合力。

本发明，所述的光稳定剂为液态水杨酸苯酯。其作用是提高阻燃改性沥青材料的抗老化性能。

阻燃改性沥青材料的制备方法，由以下几个步骤组成：

步骤1：将无机铝系阻燃剂氢氧化铝粉末置于反应釜中，加热并恒温至20～40℃，开启搅拌，再加入有机硅系阻燃剂硅酮树脂SFR-100，盖好盖子，匀速搅拌10～20分钟；

步骤2：打开反应釜，再依次加入偶联剂硅烷KH-550和光稳定剂水杨酸苯酯，盖好盖子，继续搅拌15～30分钟，升温至60～80℃，恒温2～5小时，停止加热，自然冷却；

步骤3：待温度降至30℃以下时，打开反应釜，将产品进行密封包装，即形成了阻燃改性剂；

步骤4：先将沥青贮存罐里的基质沥青通过循环加热油加热的方式升温至110℃并恒温20～50分钟进行脱水，继续升温到165～195℃；

步骤5：将升温后的沥青导入沥青改性设备高速剪切混合乳化机的胶体磨中，加入橡胶改性剂SBS，开启胶体磨，剪切5～20分钟；

步骤6：再将阻燃改性剂加入到沥青改性设备高速剪切混合乳化机的胶体磨中，开启胶体磨，剪切2～10分钟，制成阻燃改性沥青材料。

本发明的阻燃改性沥青材料，具有阻燃性好、高低温性能优良等优点。按照一定的油石比与一定级配的石料在160～180℃的温度条件下通过沥青混合料生产的专用拌和楼拌和形成阻燃改性沥青混合料，可直接铺装于处理好的隧道路基上，再用常用的压路机碾压即形成阻燃改性的隧道沥青路面。与普通沥青路面相比，该阻燃改性沥青路面具有十分优良的阻燃性，大大提高了隧道沥青路面的安全性。

四、具体实施方式

下面通过一个具体实施实例对本发明进行具体描述。

实施实例

(一)按下述配比称取原料

阻燃改性沥青：基质沥青      100份

              橡胶改性剂    5份

              阻燃改性剂    6份

阻燃改性沥青的阻燃改性剂：无机铝系阻燃剂氢氧化铝粉末    100份

                          有机硅系阻燃剂SFR-100         12份

                          偶联剂硅烷KH-550              5份

                          光稳定剂水杨酸苯酯            6份。

(二)制备工艺

步骤1：将无机铝系阻燃剂氢氧化铝粉末置于反应釜中，加热并恒温至30℃，开启搅拌，再加入有机硅系阻燃剂硅酮树脂SFR-100，盖好盖子，匀速搅拌15分钟；

步骤2：打开反应釜，再依次加入偶联剂硅烷KH-550和光稳定剂水杨酸苯酯，盖好盖子，继续搅拌20分钟，升温至70℃，恒温4小时，停止加热，自然冷却；

步骤3：待温度降至30℃以下时，打开反应釜，将产品进行密封包装，即形成了阻燃改性剂；

步骤4：先将沥青贮存罐里的基质沥青通过循环加热油加热的方式升温至110℃并恒温35分钟进行脱水，继续升温到185℃；

步骤5：将升温后的沥青导入沥青改性设备高速剪切混合乳化机的胶体磨中，加入橡胶改性剂SBS，开启胶体磨，剪切10分钟；

步骤6：再将阻燃改性剂加入到沥青改性设备高速剪切混合乳化机的胶体磨中，开启胶体磨，剪切5分钟，制成阻燃改性沥青材料。

(三)结果测试

通过对比试验的方法，比较了普通改性沥青材料与阻燃改性沥青材料的性能。值得指出的是，此处所描述的普通改性沥青材料与阻燃改性沥青材料的区别是前者没有添加阻燃改性剂而后者添加了6份阻燃改性剂，其它材料配方及制作工艺相同。现将这两种材料的性能测试结果列于表1。

表1普通改性沥青材料与阻燃改性沥青材料的性能比较

技术指标	普通改性沥青材料	阻燃改性沥青材料
			15℃针入度，0.1mm	21.6	18.5
25℃针入度，0.1mm	47.5	37.4
			30℃针入度，0.1mm	64.1	51.1
针入度指数PI	1.7	2.1
			软化点，℃	92.0	90.2
氧指数	19	31
			延度(5℃)，mm	36	25.1
25℃弹性恢复，％	90.2	91.0
			闪点，℃	298	300
RTFOT后残留物
			质量损失，％	0.12	0.08
针入度比，％	75.0	74.5
			延度(5℃)，mm	22	21

从以上测试结果可以看出，除衡量阻燃性优劣指标的氧指数比普通改性沥青材料有明显增大以外，阻燃改性沥青材料的其它技术指标与普通改性沥青材料均基本接近，表明阻燃改性沥青材料不仅具有优良的高、低温性能和抗老化性能，而且具有优良的阻燃性，适合隧道铺装。

Claims (2)

1.一种阻燃改性沥青材料，由基质沥青、橡胶改性剂和阻燃改性剂组成，其特征是组分的质量份数为：

阻燃改性沥青：基质沥青        100份

              橡胶改性剂      3～7份

              阻燃改性剂      3份～10份

其中阻燃改性剂的组分及质量份数是：

              无机铝系阻燃剂  100份

              有机硅系阻燃剂  5～20份

              偶联剂          3～8份

              光稳定剂        3～8份，

所述的基质沥青为普通重交70#或90#沥青，橡胶改性剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物，即SBS，无机铝系阻燃剂为1000目的氢氧化铝粉末，有机硅系阻燃剂为硅酮树脂SFR-100，偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，光稳定剂为水杨酸苯酯；该阻燃改性沥青材料按以下步骤制备：

步骤1：将无机铝系阻燃剂氢氧化铝粉末置于反应釜中，加热并恒温至20～40℃，开启搅拌，再加入有机硅系阻燃剂硅酮树脂SFR-100，盖好盖子，匀速搅拌10～20分钟；

步骤2：打开反应釜，再依次加入偶联剂硅烷KH-550和光稳定剂水杨酸苯酯，盖好盖子，继续搅拌15～30分钟，升温至60～80℃，恒温2～5小时，停止加热，自然冷却；

步骤3：待温度降至30℃以下时，打开反应釜，将产品进行密封包装，即形成了阻燃改性剂；

步骤4：先将沥青贮存罐里的基质沥青通过循环加热油加热的方式升温至110℃并恒温20～50分钟进行脱水，继续升温到165～195℃；

步骤5：将升温后的沥青导入沥青改性设备高速剪切混合乳化机的胶体磨中，加入橡胶改性剂SBS，开启胶体磨，剪切5～20分钟；

步骤6：再将阻燃改性剂加入到沥青改性设备高速剪切混合乳化机的胶体磨中，开启胶体磨，剪切2～10分钟，制成阻燃改性沥青材料。

2.一种制备权利要求1所述的阻燃改性沥青材料的方法，其特征是由以下几个步骤组成：

步骤1：将无机铝系阻燃剂氢氧化铝粉末置于反应釜中，加热并恒温至20～40℃，开启搅拌，再加入有机硅系阻燃剂硅酮树脂SFR-100，盖好盖子，匀速搅拌10～20分钟；

步骤2：打开反应釜，再依次加入偶联剂硅烷KH-550和光稳定剂水杨酸苯酯，盖好盖子，继续搅拌15～30分钟，升温至60～80℃，恒温2～5小时，停止加热，自然冷却；

步骤3：待温度降至30℃以下时，打开反应釜，将产品进行密封包装，即形成了阻燃改性剂；

步骤4：先将沥青贮存罐里的基质沥青通过循环加热油加热的方式升温至110℃并恒温20～50分钟进行脱水，继续升温到165～195℃；

步骤5：将升温后的沥青导入沥青改性设备高速剪切混合乳化机的胶体磨中，加入橡胶改性剂SBS，开启胶体磨，剪切5～20分钟；

步骤6：再将阻燃改性剂加入到沥青改性设备高速剪切混合乳化机的胶体磨中，开启胶体磨，剪切2～10分钟，制成阻燃改性沥青材料。