[发明专利]一种评价沥青阻燃效果的方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于热重-差热同步试验与热分析动力学理论计算相结合来准确评价阻燃剂对沥青阻燃效果的方法，属于道路沥青路面的技术领域。

背景技术

随着公路建设迅速发展，公路隧道日益增多。沥青路面因其行车舒适、抗滑性能好、噪音小、建设周期短、维修方便等优点在长大型隧道内日益得到广泛应用。由于沥青在隧道火灾高温环境下会热解、燃烧，并释放出大量有毒烟气和热量，造成严重次生灾害，给人员逃生及火灾救援带来极大困难。因此，隧道沥青路面阻燃性能的研究日益受到普遍重视。

为了抑制沥青材料燃烧，加入阻燃剂是有效方法之一。按组分的不同阻燃剂种类包括无机盐类阻燃剂、有机阻燃剂、有机与无机混合阻燃剂三种。无机阻燃剂主要组分是无机物，如氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸一铵、氯化铵、硼酸等。有机阻燃剂的主要组分为有机物，如卤系阻燃剂、磷酸酯、卤代磷酸酯等。有机与无机混合阻燃剂是无机盐类阻燃剂的改良产品，主要用非水溶性的有机磷酸酯的水乳液，部分代替无机盐类阻燃剂。在上述阻燃剂类别中，无机阻燃剂具有无毒、无害、无烟、无卤的优点，广泛应用于各类领域。

为了发挥阻燃剂的阻燃性能，需要将阻燃剂先加入到沥青基体中，制备阻燃沥青，即将沥青加热到一定温度熔融流动后，加入某一比例的上述阻燃剂，并充分高速搅拌，使阻燃剂与沥青基体充分混合，制备均匀稳定的阻燃沥青。为了评价阻燃剂对沥青的阻燃效果，需要对上述制备的阻燃沥青进行耐燃性测试，目前评价阻燃材料耐燃性的试验方法主要有闪点和燃点试验、氧指数试验、水平燃烧试验、锥形量热仪试验等。

上述方法在评价沥青的阻燃效果时存在较大局限性，是粗放性试验，较难准确定量评价阻燃材料的耐燃性。闪点和燃点试验可以评价沥青在储存及施工过程中的安全性，但是它们均不能评价沥青的持续燃烧能力，用来评价沥青的燃烧性能则存在明显缺点；氧指数试验多应用于纺织、化工等行业对阻燃材料的评价，但沥青在常温下的燃烧相当困难，需要加热到一定温度，且沥青的燃烧与气体流量、流速等都有关系，应用目前的氧指数试验方法评价沥青材料阻燃效果还存在较大困难；水平燃烧试验主要用于评价塑料、橡胶等固体材料在规定火源直接燃烧下的耐燃性能，判断阻燃材料的耐火等级。但是沥青材料在加热至燃烧温度前已成流动液体，难以进行测试，且该方法只能定性评价耐火等级，不能定量评价沥青材料的阻燃性能；锥形量热仪试验是一种对建筑材料在特定的热辐射条件下测定试样燃烧热释放速率的试验，主要用来测试固体材料，存在与水平燃烧试验类似的局限性。

热分析是在程序控温下，利用热分析仪测量物质的物理性质与温度的关系的一类技术，本发明采用热重-差热同步热分析试验方法。热重试验法(Thermogravimetry，简称TG)是指在程序控温条件下，连续测量出样品的质量变化与温度或时间的函数关系的方法。该方法是评价沥青材料热分解、燃烧和阻燃性能的非常简便有效的方法，阻燃前后沥青热分解失重的快慢和剧烈程度可以灵敏、直观地反映在TG曲线上。热重法原理是样品以一定的升温速率从常温升到指定温度，通过计算机自动监测反应过程中的物料质量随时间或温度的变化，并直接测出质量与时间或温度的失重(TG)曲线、微分失重(DTG)曲线和成炭率，其中DTG曲线是TG曲线对时间或温度的一阶导数。单质炭不会发生热分解，成炭率能反映沥青材料阻燃性能，成炭率越高，沥青材料阻燃性能越好。该法操作简单，灵敏度高，具有快速、准确和直观的特点，通过TG和DTG曲线进行定性和定量分析，可以获得有关样品分解过程中的重要信息及相应过程的反应动力学参数。

热重法有非等温热重法与等温热重法两种。通常有机物的热解采用非等温热重法，与等温法相比，非等温热重法有优点有：①试验量小，只需一次试验就可以获得反应温度范围内各温度点的反应常数信息；②试验数据在同一个样品上获得，可以消除因样品的差异而引起的试验误差；③它反映了整个反应温度范围内的情况，消除了因温度范围选择不当而造成的试验数据的不可比性。