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膨胀石墨沥青阻燃剂性能研究

2021-08-26 已有847人浏览 皖燃科技

摘要:选择无毒环保膨胀石墨作为沥青阻燃剂,研究了其对沥青的阻燃性能和对沥青的力学性能影响,结果表明该阻燃剂的加入,对沥青的物理性能影响不大,但可以显著改善沥青的阻燃性能。

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随着隧道铺装技术的进步,用于铺筑隧道路面的水泥混凝土已被沥青混凝土取代,然而沥青是一种易燃材料,在高温下燃烧会放出大量烟雾和有毒气体,由于隧道空间相对封闭,燃烧产生的毒气、烟雾和热量很难散失,往往导致火灾事故发生后人员逃生困难,造成灾难性事故,损失惨重"。2014 年 3月1日,山西晋济高速岩后隧道内两辆甲醇车相撞导致甲醇泄漏爆炸,爆炸引起沥青路面及周围滞留运输车辆燃烧,造成40人死亡、12人受伤和42辆车烧毁的特大交通安全事故,直接经济损失8197万元。由此可知,沥青阻燃剂的研制对于保证运营安全具有重要的现实意义。本文将膨胀石墨加入沥青中,对阻燃沥青的阻燃性能和力学性能进行了测试,结果发现,该沥青阻燃剂在不改变沥青基本性能的前提下,可以显著提高沥青的阻燃性能。


1、膨胀石墨阻燃机理

膨胀石墨的阻燃属于凝固相阻燃机理,其受热到一定程度后,膨胀石墨就会开始膨胀,从而形成一个很厚的多孔碳化层,该碳化层能在沥青表面形成稳定的碳化层,可以将沥青和热源隔开,不仅如此,碳化层还可以隔绝氧气,阻止可燃气体外逸,降低发烟量,从而达到阻燃目的叫。除此之外,膨胀石墨受热后不产生有毒和腐蚀性气体,对人体无害,属于无毒环保阻燃剂。


2、试验方法及原材料


2.1 试验方法

沥青燃烧性能测定氧指数法


2.2试验用原材料 


a)基质沥青:齐鲁石化(AH-70号、AH-90号),SK 沥青(AH-70号、AH-90号);

b)沥青改性剂:SBS,型号4303,燕山石化生产;

c)膨胀石墨:青岛XX公司生产


3、性能研究


3.1基质沥青、改性沥青氧指数的确定

武汉理工大学余剑英則、山西省交通科学研究院杜素军曾对基质沥青、改性沥青的极限氧指数做过详细研究,本文参照其方法,对上述4种沥青及改性沥青进行了极限氧指数的测定,结果如表1。

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由表1可知,基质沥青、改性沥青由于组分基本一致,所以所测极限氧指数也差别不大,加入沥青改性剂 SBS 后,其氧指数有所下降,更易着火燃烧,其测定结果与文献相符。


3.2膨胀石墨阻燃性能研究由于基质沥青和改性沥青极限氧指数基本相当,所以在具体实验过程中,选择可膨胀石墨和改性沥青进行了实验,并与其他常用沥青阻燃剂进行了对比,实验数据如表2。

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由表2可知,膨胀石墨的阻燃效率远大于传无机阻燃剂氢氧化铝氢氧化镁,和卤系阻燃剂基本相当。由于膨胀石墨特殊的阻燃机理,使得其在阻燃过程中无任何有毒和腐蚀性气体产生,对环境没有任何危害。不仅如此,致密的隔离层还阻止了大量有害烟气的产生和扩散。


3.3物理性能影响


研究实验中,我们选择对含有不同掺量膨胀石墨的齐鲁石化70号基质沥青和改性沥青进行针入度、车化点、延度的测试,结果如表3。

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表3阻燃剂对沥青物理性能的影响

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由表3、表4可知,当膨胀石墨加入到基质沥青、改性沥青后,由于其属于无机物,所以与沥青相容性较差,使得针入度和延度发生了一些不良改变,但掺量在5%~10%范围内,改变幅度有限,不影响沥青和改性沥青的使用性能。


4、结果与讨论

膨胀石墨受热膨胀的初始温度为230℃,240℃~280℃时,开始迅速膨胀,最高可达原体积的200~300倍。而一般沥青混凝土施工温度在180℃以下,所以在高温施工过程中,膨胀石墨不会发生变化,可以满足施工要求。通过实验不难发现,可膨胀石墨不仅具有卤系阻燃剂高效阻燃的特点,同时还兼顾了无机阻燃剂环保无毒的优点,在一定范围内,对沥青的物理性能改变也非常有限,可以满足相关技术指标的要求,是一种优良的沥青阻燃剂产品。