CN105585280A - 一种用于隧道沥青路面的复配阻燃矿粉及阻燃沥青混合料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于隧道沥青路面的复配阻燃矿粉，以重量份计，包括：石灰石40～80份；消石灰10～30份；水滑石类化合物10～30份。本发明还包括一种添加了所述复配阻燃矿粉的沥青混合料。本发明提供的复配阻燃矿粉不仅对阻燃沥青混凝土中的沥青具有显著的阻燃性，还可提升制得的阻燃沥青混凝土的高、低温性能及水稳定性。

Description

一种用于隧道沥青路面的复配阻燃矿粉及阻燃沥青混合料

技术领域

本发明涉及阻燃沥青领域，以及一种用于隧道沥青路面的复配阻燃矿粉及阻燃沥青混合料。

背景技术

沥青具有易燃性，当发生隧道火灾时，隧道沥青路面的温度将远远高于沥青的燃点，从而引燃一定范围内的沥青。沥青的燃烧一方面释放热量促进火势蔓延，另一方面释放大量的有毒烟气，妨害受灾区域的人员逃生。隧道沥青路面的防火安全性一直被国内外学者所持续关注，通过添加阻燃剂提升沥青路面的阻燃抑烟性能，是解决这一问题的有效途径之一。以氢氧化铝(ATH)和氢氧化镁(MH)为典型代表的金属氢氧化物阻燃剂因具有稳定性好、无毒、抑烟等优点，而被越来越广泛地应用。但ATH和MH会在一定程度上降低沥青的低温性能和水稳定性，这制约了金属氢氧化物阻燃剂在沥青路面中的进一步推广。

水滑石类化合物(LDHs)是一种层状双羟基复合金属氢氧化物，是一类近年来发展迅速的阴离子型粘土。由于其特殊的结构和组成，受热分解时吸收大量热，能降低燃烧体系的温度；分解释放出的水等气体能稀释、阻隔可燃性气体；分解后的产物为碱性多孔性物质，比表面积大，能吸附有害气体特别是酸性气体，因而具有阻燃抑烟双重功能。研究表明，LDHs相比ATH和MH阻燃性能更佳，采用LDHs可减少阻燃剂添量，在保证阻燃性能的同时，提升沥青力学性能。

公开号为CN103044937A的中国专利文献公开了一种环保路用阻燃抑烟沥青及其制备方法，该阻燃抑烟沥青按重量份由基础沥青100份、水滑石粉2～10份、氢氧化铝和/或氢氧化镁10～20份、消烟剂0～5份、偶联剂0～5份组成。

氢氧化钙(HL)作为沥青路面的常用添加剂，可有效提高和改善阻燃沥青混合料的高、低温性能和水稳定性。研究表明尽管在提高极限氧指数和抑制沥青点燃方面，HL的表现不如ATH、MH卓越，但添加HL可有效降低沥青燃烧的反应速率和燃烬率，使总热释放率和总发烟量均显著减少，阻燃抑烟效果明显，且HL价格更为低廉。

公开号为CN104629389A的中国专利文献公开了一种改性阻燃沥青，添加的消石灰质量为原未改性沥青质量的25％～80％。

现有阻燃剂较少兼顾沥青路面的阻燃抑烟性能和路用性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种金属氢氧化物复配阻燃矿粉，不仅可以提升沥青的阻燃抑烟性能，提高发生火灾时沥青的安全性，同时可以提升阻燃沥青混合料的路用性能，延长路面的使用寿命。

一种用于隧道沥青路面的复配阻燃矿粉，以重量份计，包括：

石灰石40～80份；

消石灰10～30份；

水滑石类化合物10～30份。

消石灰，水滑石类化合物都可以用作沥青阻燃剂，其中HL的阻燃机理主要表现为凝聚相阻燃，其在燃烧过程中形成致密阻隔层，从而有效降低沥青燃烧的反应速率和燃烬率，致使总热释放率和总发烟量均显著减少。而水滑石类化合物的阻燃机理则主要表现为气相阻燃，其受热分解产生的惰性气体可起到吸热、稀释、阻隔等多重作用。两者以适当的比例同时添加，可起到互补和协同作用——复配阻燃矿粉在促进惰性阻隔层形成的同时降低反应区域的温度和自由基的浓度，从沥青燃烧的初期至后期，全面抑制沥青的点燃和反应，展现出更加全面、稳定和长效的阻燃效果。

本发明中，所述的复配阻燃矿粉为金属氢氧化物复配阻燃矿粉，在所述组分及重量配比下，不仅能显著提高所制得的阻燃沥青混凝土的阻燃性，还可以提升阻燃沥青混凝土的高、低温性能及水稳定性。

将所需重量份的石灰石、消石灰、水滑石类化合物搅拌混合即得到所述复配阻燃矿粉。

作为优选，所述的复配阻燃矿粉以重量份计，包括：

石灰石60～70份；

消石灰15～25份；

水滑石类化合物10～20份。

进一步优选，所述的复配阻燃矿粉以重量份计，包括：

石灰石60份；

消石灰20～25份；

水滑石类化合物15～20份。

所述消石灰中，Ca(OH)₂含量为75％-100％，颗粒中位径为0.5-50μm。

作为优选，所述消石灰中，Ca(OH)₂含量为90％-100％，颗粒中位径在0.5-20μm。

水滑石类化合物为水滑石、类水滑石和插层水滑石中的一种或多种。

水滑石类化合物的平均比表面积为20m²/g～200m²/g。

作为优选，水滑石类化合物的平均比表面积为80～200m²/g。

本发明还提供了一种添加所述的复配阻燃矿粉的阻燃沥青混合料，所述的复配阻燃矿粉的重量为阻燃沥青混合料总重量的3％-6％。

作为优选，所述的复配阻燃矿粉的重量为阻燃沥青混合料总重量的4％-5％。

阻燃沥青混合料的制备方法采用现有技术，如将沥青加热至140℃～170℃后加入到180℃～200℃的集料中拌和85～95秒，然后同时加入本发明提供的复配阻燃矿粉，再次拌和85～95秒，再经成型工序，制得阻燃沥青混合料(阻燃沥青混凝土)。

本发明的优点在于：

(1)本发明利用水滑石类化合物在抑制沥青点燃和降低燃烧热量及烟气释放速率的功效，并通过复配消石灰可进一步降低沥青燃烧的燃烬率，减少总热量和烟气释放量。

(2)本发明的金属氢氧化物复配阻燃矿粉阻燃抑烟效果明显，无毒无害，是一种高效环保的沥青无卤阻燃矿粉。

(3)本发明中消石灰来源广泛，相比氢氧化镁在内的传统阻燃剂价格更加低廉，而水滑石类化合物阻燃性能更佳，两者复配替代部分传统石灰石矿粉同时可有效提高和改善沥青混凝土的高、低温性能和水稳定性，具有良好的实际工程应用价值。

具体实施方式

以下实施例按上述操作方法实施：

实施例1：

阻燃沥青混合料由粗集料、细集料、沥青、复配阻燃矿粉组成，质量比为粗集料：细集料：沥青：复配阻燃矿粉＝100：20：5.0：5.2。

所述粗集料为玄武岩；所述细集料为玄武岩；所述沥青为70号A级道路石油沥青。

所述复配阻燃矿粉由质量比为60：25：15的石灰石、消石灰和水滑石复配合成。

所述的消石灰选用1250目的消石灰，中位径8μm，Ca(OH)₂纯度为95％；所述的水滑石的比表面积为80m²/g。

将沥青加热至160℃后加入到180℃的集料中拌和90秒，然后同时加入复配阻燃矿粉，再次拌和90秒，再经成型工序，制得阻燃沥青混凝土。

对比例1：

阻燃沥青混合料由粗集料、细集料、沥青、矿粉组成，质量比为粗集料：细集料：沥青：矿粉＝100：20：5.0：5.2。

所述粗集料为玄武岩；所述细集料为玄武岩；所述沥青为70号A级道路石油沥青。

所述矿粉为石灰石。

将沥青加热至160℃后加入到180℃的集料中拌和90秒，然后同时加入矿粉，再次拌和90秒，再经成型工序，制得阻燃沥青混凝土。

对比例2：

阻燃沥青混合料由粗集料、细集料、沥青、矿粉组成，质量比为粗集料：细集料：沥青：矿粉＝100：20：5.0：5.2。

所述粗集料为玄武岩；所述细集料为玄武岩；所述沥青为70号A级道路石油沥青。

所述矿粉由石灰石、氢氧化铝组成，质量比为石灰石：氢氧化铝＝60：40。

所述的氢氧化铝，中位径为12μm。

将沥青加热至160℃后加入到180℃的集料中拌和90秒，然后同时加入矿粉，再次拌和90秒，再经成型工序，制得阻燃沥青混凝土。

对比例3

和实施例1相比，区别在于，用石灰石、消石灰和氢氧化铝的复配物代替所述复配阻燃矿粉，其中，石灰石、消石灰和氢氧化铝的质量比为60：25：15。所述的氢氧化铝，中位径为12μm。

其他参数与物料和实施例1相同。

对比例4

和实施例1相比，区别在于，用石灰石、氢氧化铝和水滑石的复配物代替所述复配阻燃矿粉，其中，石灰石、氢氧化铝和水滑石的质量比为60：25：15。所述的氢氧化铝，中位径为12μm。

其他参数与物料和实施例1相同。

沥青混凝土性能测试

将实施例1和对比例1、2制得的阻燃沥青混凝土切割成70mm*70mm*10mm的混凝土块，将混凝土块分别放入锥形量热仪进行锥形量热仪试验，测试时的热辐射强度为50kW/m²，测试结果见表1。

表1.沥青混凝土的锥形量热仪试验

由表1可以看到，实施例1制得的沥青混凝土的点燃时间长、平均热释放率、CO产率均明显较低，可见添加消石灰后沥青混凝土表现出更为优异的阻燃抑烟特性。相比添加含有氢氧化铝阻燃剂的沥青混凝土(对比例2)，添加隧道沥青路面用金属氢氧化物复配阻燃矿粉的阻燃沥青混凝土(实施例1)各项阻燃抑烟指标仍更佳。

对比例3和对比例4的各项指标(除对比例4的点燃时间外)都差于实施例1，说明消石灰和水滑石在的阻燃抑烟特性方面具有协同作用。

根据JTGE20-2011规定对实施例1和对比例1、2获得的沥青混凝土进行高、低温及水稳性能测试，测试结果见表2。

表2.阻燃沥青混凝土路用性能测试

由表2可以看到，实施例1制得的阻燃沥青混凝土的动稳定度、最大弯拉应变、冻融劈裂强度比相较于对比例1分别提高37％、5％、4％以上；相比添加含有氢氧化铝阻燃剂的沥青混凝土(对比例2)，实施例1制得的阻燃沥青混凝土的动稳定度、最大弯拉应变比、冻融劈裂强度比分别提高29％、15％、7％以上。

由实施例1、对比例3和对比例4可知，消石灰、水滑石、石灰石的协同改善沥青路面的动稳定度、最大弯拉应变性能的优势明显。

综合沥青混凝土的阻燃性能和路用性能试验测试，可见隧道沥青路面用金属氢氧化物复配阻燃矿粉有效提升了沥青混凝土的阻燃抑烟性能和路用性能，有效的避免了氢氧化铝阻燃剂对阻燃沥青混合料低温性能和水稳定性能的不利影响。

实施例2：

复配阻燃矿粉由石灰石、消石灰以及水滑石组成，质量比为石灰石：消石灰：水滑石＝60：20：20。

所述的消石灰选用1250目的消石灰，中位径8μm，Ca(OH)₂纯度为95％；

所述的水滑石选用的比表面积为80m²/g；

隧道阻燃沥青混合料由粗集料、细集料、沥青、纤维、复配阻燃矿粉组成，质量比为粗集料：细集料：沥青：纤维：复配阻燃矿粉＝100：20：4.8：0.2：5.1。所述粗集料为玄武岩；所述细集料为玄武岩；所述沥青为SBS改性沥青；所述纤维为玄武岩纤维。

生产采用间歇式沥青拌合楼，生产前将所述复配阻燃矿粉按配比混合均匀后泵入粉仓待用；拌合时，首先加入粗、细集料干拌10秒，之后加入玄武岩纤维干拌25秒，之后依次加入沥青、矿粉进行湿拌，湿拌时间为45秒，总拌和时间控制在约80秒，制得阻燃沥青混凝土。对铺筑的沥青混合料试验路面进行取芯，测得混合料的冻融劈裂比达85％。锥型量热仪试验显示混合料点燃时间为213s，平均热释放速率40.8kW·m-²，CO释放率0.0418kg·kg^-1。

实施例3：

复配阻燃矿粉由石灰石、消石灰以及类水滑石组成，质量比为石灰石：消石灰：类水滑石＝70：20：10。按上述配比选取原料，混合搅拌，得到复配阻燃矿粉。

所述的消石灰选用800目的消石灰，中位径15μm，Ca(OH)₂纯度为90％；

所述的类水滑石选用的比表面积为120m²/g；

阻燃沥青混合料由粗集料、细集料、沥青、复配阻燃矿粉组成，质量比为粗集料：细集料：沥青：复配阻燃矿粉＝100：20：5.5：5.7。所述粗集料为玄武岩；所述细集料为玄武岩；所述沥青为SBS改性沥青。

生产采用间歇式沥青拌合楼，生产前将所述复配阻燃矿粉按配比混合均匀后泵入粉仓待用；拌合时，首先加入粗、细集料干拌10秒，之后依次加入沥青、复配阻燃矿粉进行湿拌，湿拌时间为45秒，总拌和时间控制在约55秒，制得阻燃沥青混凝土。对铺筑的沥青混合料路面进行取芯，测得混合料的冻融劈裂比达86％。锥型量热仪试验显示混合料点燃时间为189s，平均热释放速率43.8kW·m^-2，CO释放率0.0613kg·kg^-1。

实施例4：

复配阻燃矿粉由石灰石、消石灰以及水滑石组成，质量比为石灰石：消石灰：水滑石＝65：15：20。按上述配比选取原料，混合搅拌，得到复配阻燃矿粉。

所述的消石灰选用1600目的消石灰，中位径5μm，Ca(OH)₂纯度为98％；

所述的水滑石选用的比表面积为50m²/g；

阻燃沥青混合料由粗集料、细集料、沥青、复配阻燃矿粉组成，质量比为粗集料：细集料：沥青：复配阻燃矿粉＝100：20：5.5：5.7。所述粗集料为玄武岩；所述细集料为玄武岩；所述沥青为SBS改性沥青。

生产采用间歇式沥青拌合楼，生产前将所述复配阻燃矿粉按配比混合均匀后泵入粉仓待用；拌合时，首先加入粗、细集料干拌10秒，之后依次加入沥青、复配阻燃矿粉进行湿拌，湿拌时间为45秒，总拌和时间控制在约55秒，制得阻燃沥青混凝土。

Claims (9)

1.一种用于隧道沥青路面的复配阻燃矿粉，其特征在于，以重量份计，包括：

石灰石40～80份；

消石灰10～30份；

水滑石类化合物10～30份。

2.根据权利要求1所述的用于隧道沥青路面的复配阻燃矿粉，其特征在于，以重量份计，包括：

石灰石60～70份；

消石灰15～25份；

水滑石类化合物10～20份。

3.根据权利要求2所述的用于隧道沥青路面的复配阻燃矿粉，其特征在于，以重量份计，包括：

石灰石60份；

消石灰20～25份；

水滑石类化合物15～20份。

4.根据权利要求1所述的用于隧道沥青路面的复配阻燃矿粉，其特征在于，所述消石灰中，Ca(OH)₂含量为75％-100％，颗粒中位径为0.5-50μm。

5.根据权利要求4所述的用于隧道沥青路面的复配阻燃矿粉，其特征在于，所述消石灰中，Ca(OH)₂含量为90％-100％，颗粒中位径在0.5-20μm。

6.根据权利要求1所述的用于隧道沥青路面的复配阻燃矿粉，其特征在于,水滑石类化合物为水滑石、类水滑石和插层水滑石中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的用于隧道沥青路面的复配阻燃矿粉，其特征在于，水滑石类化合物的平均比表面积为20m²/g～200m²/g。

8.根据权利要求7所述的用于隧道沥青路面的复配阻燃矿粉，其特征在于，水滑石类化合物的平均比表面积为80～200m²/g。

9.一种添加权利要求1-8任一项所述的复配阻燃矿粉的阻燃沥青混合料，其特征在于，所述的复配阻燃矿粉的重量为阻燃沥青混合料总重量的3％-6％。