CN103626417A

CN103626417A - 一种隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂

Info

Publication number: CN103626417A
Application number: CN201310639699.1A
Authority: CN
Inventors: 刘红瑛; 郝培文; 徐金枝; 兰翔; 王春; 张铭铭; 张海伟
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2013-11-30
Filing date: 2013-11-30
Publication date: 2014-03-12

Abstract

本发明公开了一种隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂，它由以下重量百分数的原料混合球磨而成：聚磷酸胺28%～31%，季戊四醇7%～8%，氯化石蜡12%～13%，沸石41%～43%，纳米TiO₂4%～5%，电气石粉3%～4.5%。本发明的环保温拌膨胀型阻燃剂不仅提高了沥青混合料的防火能力，而且利用沸石能够降低沥青混合料的拌合温度达到节能减排的目的，利用电气石粉及TiO₂吸收空气和水中重金属并降解隧道内部汽车尾气浓度以改善隧道内部行车环境。

Description

一种隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂

技术领域

本发明涉及路面沥青材料技术领域，尤其是涉及一种隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂。

背景技术

近年来随着高等级公路建设进入新阶段，从行车舒适性、抗滑性、降低噪声等角度考虑，大量的长大隧道路面开始采用沥青混凝土进行铺装。隧道与高速公路其他组成部分不同，其空间封闭狭长，交通事故频发，一旦发生火灾，隧道内部烟雾和温度不易排出，能见度急剧下降，同时由于沥青混合料中沥青燃烧产生大量有害气体，严重威胁到人员生命财产安全。

我国国内隧道沥青路面施工时一般采用热拌沥青混合料进行铺装，热拌沥青混合料摊铺温度较高，由于隧道内部在施工过程中通风设施不完善，在摊铺过程中大量的有害气体和热量不能及时排除，导致隧道内部施工环境恶劣，严重影响周围环境质量和施工人员的身体健康；另一方面，长大隧道由于其相对封闭的内部环境，公路隧道中大量汽车尾气不能排出，尾气形成的烟雾不仅影响驾驶员视线，而且和其他污染源有机物通过光化学反应，直接污染隧道内的设施，而且，由于隧道内部通风较差，逐渐积累的尾气在路面形成油渍，使路面抗滑性能下降，形成安全隐患，此外，降雨或排水设施内的水中可能含有大量的重金属，这些重金属一旦渗入地下水而被人类饮用，将对人类的健康造成严重的危害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种能够使沥青混合料既具有防火阻燃的性能，又具有低温施工性能和隧道内部尾气吸收性能的隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂，其特征在于：由以下重量百分数的原料混合球磨而成：聚磷酸胺28%～31%，季戊四醇7%～8%，氯化石蜡12%～13%，沸石41%～43%，纳米TiO₂4%～5%，电气石粉3%～4.5%。

上述的一种隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂，其特征在于：由以下重量百分数的原料混合球磨而成：聚磷酸胺28%～30%，季戊四醇7.5%～8%，氯化石蜡12.5%～13%，沸石42%～43%，纳米TiO₂4%～4.5%，电气石粉4%～4.5%。

上述的一种隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂，其特征在于：由以下重量百分数的原料混合球磨而成：聚磷酸胺30%，季戊四醇7.5%，氯化石蜡12.5%，沸石42%，纳米TiO₂4%，电气石粉4%。

上述的一种隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂，其特征在于：所述球磨的速率为300r/min～500r/min，球磨的时间为30min～50min。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明用于隧道路面的沥青混合料中，能够使隧道路面的防火能力得到显著提高，安全系数大大增加。

2、本发明一方面利用季戊四醇在燃烧过程中被炭化而形成泡沫炭化层物质和氯化石蜡在高温下能够产生相对密度比空气大的卤化物以阻隔空气使被燃物窒息；另一方面，利用沸石在一定温度条件下释放出的结合水使沥青混合料发泡，提高了在较低温度下混合料的和易性和集料的裹覆性，从而降低了沥青混合料拌合与压实的温度，有利于实现温拌沥青的制备。

3、本发明所采用的电气石粉是将电气石原矿经过去除杂质，再经机械粉碎得到的粉体，加工提纯后的电气石粉体具有较高的负离子产生量和远红外发射率，能够有效吸收空气及水中的重金属颗粒；此外，纳米TiO₂ 在日光或灯光中紫外线的作用下使TiO₂激活并生成具有高催化活性的游离基，能产生很强的光氧化及还原能力，可催化、光解附着于物体表面的各种甲醛等有机物及部分无机物，能够起到净化室内空气的功能，所以电气石粉及TiO₂均能起到降解隧道内部汽车尾气浓度改善隧道内部行车环境的作用。

4、本发明能够降低沥青混合料的生产温度，混合料可以有效吸收隧道内部尾气中CO、CO₂、烃类气体、氮氧化物等有害气体，改善了隧道沥青沥青路面施工环境，实现了低能耗、低排放的目标。

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明尾气净化测试设备的结构示意图。

附图标记说明:

1—发动机； 2—过滤干燥器； 3—反应箱；

4—管道； 5—尾气测试仪。

具体实施方式

实施例1

本实施例隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂由以下重量份的原料混合球磨而成：聚磷酸胺30%，季戊四醇7.5%，氯化石蜡12.5%，沸石42%，纳米TiO₂4%，电气石粉4%，所述球磨的速率为400r/min，球磨时间为40min。

实施例2

本实施例隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂由以下重量份的原料混合球磨而成：聚磷酸胺28%，季戊四醇8%，氯化石蜡13%，沸石43%，纳米TiO₂5%，电气石粉3%，所述球磨的速率为350r/min，球磨时间为45min。

实施例3

本实施例隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂由以下重量份的原料混合球磨而成：聚磷酸胺31%，季戊四醇7%，氯化石蜡12%，沸石41%，纳米TiO₂4.5%，电气石粉4.5%，所述球磨的速率为450r/min，球磨时间为40min。

实施例4

本实施例隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂由以下重量份的原料混合球磨而成：聚磷酸胺30%，季戊四醇7.5%，氯化石蜡12.5%，沸石42%，纳米TiO₂4%，电气石粉4%，所述球磨的速率为300r/min，球磨时间为50min。

实施例5

本实施例隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂由以下重量份的原料混合球磨而成：聚磷酸胺30%，季戊四醇7.5%，氯化石蜡12.5%，沸石42%，纳米TiO₂4%，电气石粉4%。所述球磨的速率为500r/min，球磨时间为30min。

实施例1至5所得膨胀型阻燃剂在制备沥青混合料中的用法为：矿料的级配类型采用OGFC-13型，最佳油石比4.55%，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011）要求生产添加膨胀型阻燃剂的阻燃SBS改性沥青混合料，将沥青加热到140℃～150℃后保温，将集料加热到145℃～155℃并保温4h～6h，将膨胀型阻燃剂、聚酯纤维和保温后的集料置于拌锅中干拌90s，然后将矿粉和保温的沥青加入拌锅中，在140℃～150℃温度下湿拌90s，成型后得到沥青混合料，所述膨胀型阻燃剂的用量为沥青质量的15%～17%，所述聚酯纤维的用量为沥青混合料质量的1%。

本发明制备的隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂的应用效果评价试验方法如下：

一、阻燃性能

分别将本发明实施例1至5所得膨胀型阻燃剂加入到SBS改性沥青中制备阻燃SBS改性沥青，制备方法为：将SBS改性沥青在100℃～120℃的烘箱中脱水干燥1h～2h，升高烘箱温度至160℃～170℃保温1h～2h，将膨胀型阻燃剂加入保温的SBS改性沥青中后得到混合物，将混合物置于高速剪切仪中剪切即得到阻燃SBS改性沥青，所述剪切仪的转速为5000r/min，剪切时间为5min～8min，所述膨胀型阻燃剂的用量为SBS沥青质量的15%～17%，所述SBS沥青满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的要求，按照《沥青燃烧性能测定—氧指数法》（NB/SH/T0815-2010）对未添加膨胀型阻燃剂的SBS改性沥青和添加膨胀型阻燃剂的阻燃SBS改性沥青进行氧指数测试，检测结果如表1所示。

表1不同沥青的氧指数检测结果

由表1的检测结果可知，添加实施例1至5所得膨胀型阻燃剂制备的阻燃SBS改性沥青氧指数均高于27，属于难燃材料，加入膨胀型阻燃剂的沥青混合料的阻燃性能大幅提高，可以实现离火后很快自熄。

二、生产温度

采用OGFC-13，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求生产未添加膨胀型阻燃剂的SBS改性沥青混合料和添加膨胀型阻燃剂的阻燃SBS改性沥青混合料，未添加膨胀型阻燃剂的SBS改性沥青混合料与添加膨胀型阻燃剂的SBS改性沥青混合料的最佳油石比均为4.55%，所述SBS沥青满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的要求，矿料合成级配如表2所示。表3比较了未添加膨胀型阻燃剂的SBS改性沥青混合料和添加实施例1制备的阻燃SBS改性沥青混合料各生产阶段的温度要求。

表2矿料合成级配

表3两类混合料各阶段的温度对比

从表3可以看出添加膨胀型阻燃剂后，在集料的准备、混合料拌合以及成型各阶段温度要求均大幅降低，由此需要的燃油消耗、产生的废气排放等都相对减少，因此本发明制备的膨胀型阻燃剂能够实现沥青混合料的温拌，降低能源消耗。

三、路用性能

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011）对未添加膨胀型阻燃剂的SBS改性沥青混合料和添加膨胀型阻燃剂的阻燃SBS改性沥青混合料的路用性能对比测试，测试结果如表4所示。

表4不同沥青混合料路用性能试验结果

从表4测试结果可以看出，添加实施例1至5所得膨胀型阻燃剂制备的阻燃SBS改性沥青混合料同时具有高温稳定性和低温抗裂性，本发明膨胀型阻燃剂的添加使沥青混合料的水稳定性有所降低，但均在满足改性沥青混合料规范要求值。

四、尾气吸收

测试方法：

1）设计尾气净化测试设备：尾气净化测试设备由发动机1、反应箱3、尾气测试仪5以及管道4连接组成，所述发动机1用于产生废气，所述反应箱3为内部设置有紫外灯和普通光源的密封箱体，反应箱3的进气口通过管道4与发动机1的排气口相连，反应箱3的出气口通过管道4与尾气测试仪5的测试室相连，反应箱3内部设置有风扇，发动机1与反应箱3之间的管道4上设置有过滤干燥器2，所述尾气测试仪5为AVL-4000型废气分析仪。

2）测试过程：启动发动机1和反应箱3，尾气通过管道4进入反应箱3中，通气30min～60min后关闭发动机1，同时关闭反应箱3的进气口，开启尾气测试仪5进入浓度实时监测状态，记录反应箱3内CO、CO₂、烃类气体和氮氧化物的初始浓度，退出测试状态，将未添加膨胀型阻燃剂的SBS改性沥青混合料车辙板试样放入反应箱中，10min记录各类气体的浓度值，取出未添加膨胀型阻燃剂的SBS改性沥青混合料车辙板试样，此后依次将添加实施例1至5制备的阻燃SBS改性沥青混合料车辙板试样轮流放入反应箱3中，记录每个试样放入10min后反应箱3内各类气体的浓度值，每次采集数据为尾气测试仪5进入监测状态60s后，所述尾气净化测试设备的结构示意图如图1所示，测试结果如表5所示。

表5不同沥青混合料尾气降解效率测试结果

添加膨胀型阻燃剂制备的阻燃SBS改性沥青混合料车辙板在光催化作用下，CO、CO₂、烃类气体、氮氧化物的浓度都有所降低，表明本发明所制备的膨胀型阻燃剂具有良好的吸收尾气作用，其中CO、CO₂浓度降低主要是由于在光催化作用下发生一系列复杂的氧化还原反应，进而导致CO、CO₂浓度产生了降低；烃类气体的浓度随时间的增长而不断下降是由于烃类气体发生氧化分解后生成碳氧化物和水；氮氧化物的浓度下降最为明显，主要是由于在光催化作用下被氧化成HNO₃和H₂O，这个反应过程不可逆，因此理论上在经过足够长的反应时间之后，氮氧化物将被完全分解。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂，其特征在于：由以下重量百分数的原料混合球磨而成：聚磷酸胺28%～31%，季戊四醇7%～8%，氯化石蜡12%～13%，沸石41%～43%，纳米TiO₂4%～5%，电气石粉3%～4.5%。

2.根据权利要求1所述的一种隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂，其特征在于：由以下重量百分数的原料混合球磨而成：聚磷酸胺28%～30%，季戊四醇7.5%～8%，氯化石蜡12.5%～13%，沸石42%～43%，纳米TiO₂4%～4.5%，电气石粉4%～4.5%。

3.根据权利要求2所述的一种隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂，其特征在于：由以下重量百分数的原料混合球磨而成：聚磷酸胺30%，季戊四醇7.5%，氯化石蜡12.5%，沸石42%，纳米TiO₂4%，电气石粉4%。

4.根据权利要求1所述的一种隧道路面用环保温拌膨胀型阻燃剂，其特征在于：所述球磨的速率为300r/min～500r/min，球磨的时间为30min～50min。