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一种高效沥青阻燃剂多元复配方案设计方法

阅读：278发布：2021-03-02

IPRDB可以提供一种高效沥青阻燃剂多元复配方案设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种沥青高效阻燃剂的多元复配方案的设计方法，解决目前沥青阻燃剂阻燃效果差、不能对沥青热分解全过程进行高效阻燃的问题。先根据沥青各组分热重试验，了解沥青各组分热分解性能梯度分布特征；再分别优选与沥青各组分热分解温度区间相匹配的阻燃剂及其添加量，先在各组分层面上实现阻燃；其次，根据沥青中各组分含量，初步设计出阻燃剂复配方案，考察该复配多元阻燃剂对沥青阻燃效果及各阻燃剂之间协同效应，对阻燃剂复配方案进行初步优化；最后，评价复合阻燃剂对沥青及其混合料路用性能影响，进一步优化阻燃剂复配方案，完善阻燃剂多元复配方案设计。本发明提供的方法能实现对沥青热分解全过程进行高效阻燃，提高沥青路面火灾安全。，下面是一种高效沥青阻燃剂多元复配方案设计方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种道路沥青材料的高效阻燃剂多元复配方案的设计新方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：

(1)选定沥青试样，分别制备沥青的饱和分、芳香分、胶质和沥青质四种组分试样，并测定沥青中各组分的含量。取沥青及各组分试样约10mg，采用热重-差热同步分析仪分别进行测试，氮气流量为60ml/min，升温速率为5℃/min，自室温升温至750℃，获得TG、DTG、DTA数据和成炭率；

(2)根据沥青各组分TG-DTG曲线，了解各试样的主要热分解温度区间和各组分热分解动力学性能梯度分布特点，分别优选与沥青各组分热分解温度区间相匹配的阻燃剂及其添加量，先在沥青各组分的层面上实现阻燃；

(3)根据沥青中各组分的含量，分别计算对应于沥青中各组分的阻燃剂用量，初步设计阻燃剂复配方案，并制备阻燃型沥青试样，采用热重-差热同步分析仪进行测试，试验方法和条件同(1)，考察该复配多元阻燃剂对沥青的阻燃效果，并分析各阻燃剂之间之间协同效应，据此对阻燃剂复配方案进行初步优化；

(4)根据现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规(JTG E20-2011)》中有关规定，评价该复配阻燃剂对沥青及其混合料高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等路用性能的影响，进一步优化该多元阻燃剂复配方案，从而完善沥青高效阻燃剂多元复配方案的设计方法。

说明书全文

一种高效沥青阻燃剂多元复配方案设计方法

技术领域

[0001] 本发明是一种道路沥青材料的高效阻燃剂多元复配方案设计方法，属于道路沥青路面火灾安全技术领域。

背景技术

[0002] 近年来，我国城市建设迅猛发展，大型城市地下通道作为城市交通格局重要组成部分也得到同步发展，如南京玄武湖隧道。地下通道在多山、多湖城市建设中可用于克服地形与高程障碍，改善线形，缩短行车里程，提高行车速度，保护生态环境等。因此，大型地下通道在城市建设中得到广泛应用。目前大型地下通道向长大化方向发展，交通量增加，行驶速度提高，成为交通事故多发路段，由此引起的火灾事故率呈上升趋势，城市地下通道面临着严峻的火灾安全问题。

[0003] 随着人们对城市地下通道路面安全使用性能要求提高及阻燃、抑烟技术进步，沥青路面因其行车舒适、抗滑性能好、噪音小、建设周期短、维修方便等优点已成为城市地下通道的主要路面结构类型，如南京玄武湖隧道等。据调查，2000年前修建的地下通道主要采用水泥路面，主要是考虑到水泥路面在火灾时不产生有毒烟气；为了提高地下通道路面行驶性能，2000年后修建的地下通道一般采用沥青路面。

[0004] 但是，沥青在火灾环境下会热分解、燃烧，并释放出大量有毒烟气和热量，这严重阻碍地下通道和城市交通，给被困人员逃生及火灾救援带来极大困难，造成大量人员伤亡。因此，大型城市地下通道沥青路面阻燃性能研究日益显得迫切，需要阻燃性能更好的复合阻燃剂，使沥青材料热分解全过程受到阻燃剂的抑制作用。

[0005] 另外，过去常采用卤/锑阻燃体系来提高材料的阻燃性，但由于该体系在燃烧时产生大量的烟雾及含卤的有毒有害气体造成二次灾害。因此，低烟无卤阻燃材料的研究和开发倍受人们的重视。在低烟无卤环保型阻燃材料的开发中，为了克服单一无机或有机阻燃剂添加量较大而降低材料本来优良机械性能和加工性能的缺点，目前复配技术已成为阻燃剂开发应用研究领域的前沿课题。采用阻燃剂复配技术不但可以使材料就有较好的阻燃性能，还可以兼顾被阻燃材料本身优良的力学性能。

[0006] 目前城市地下通火灾安全研究主要集中在通风、人员疏散、灾后评价等方面。针对火灾过程沥青路面温度场分布、沥青热解行为、阻燃技术方面的研究较少。为了控制火灾下沥青路面中沥青成分的热分解、燃烧，降低其危害性，研究者主要采用热重、锥形量热仪、红外光谱等技术从宏观层次对沥青的整体热行为进行了分析，并采用有机或无机阻燃剂进行阻燃。

[0007] 国内研究者测定原样沥青聚集状态改变时的热量变化，评价了不同沥青的温度稳定性和高温性能，并研究了长隧道火灾过程中沥青路面燃烧的热效应，提出以沥青自燃点作为界定沥青路面必然发生燃烧的临界温度，明确了沥青材料的燃烧特性，燃烧机理；国外学者采用锥形量热仪模拟隧道火灾工况，研究了不同类型沥青混合料的热分解特性，在隧道火灾过程沥青混合料会燃烧，且热释放率、燃烧残留物和生成的烟气量各不相同。并通过沥青路面燃烧实验，指出沥青路面燃烧分为两个阶段，开始只是路面表层少量沥青热分解、燃烧，随温度升高，路面结构内沥青开始熔融、分解，析出大量可燃性挥发分并聚集在路面表层，使路面继续大规模燃烧。

[0008] 实际上，沥青是十分复杂的烃类与非烃类的混合物，通常将沥青中若干个化学、物理性质相似，且与其胶体结构性质、路用性能有一定关系的组，这些组就称为沥青的组分，沥青包括饱和分、芳香分、胶质和沥青质四种组分，如图1。沥青每种组分在高温环境下热分解的温度区间不同，呈现明显梯度分布特征，如图2，沥青各组分热分解特性存在明显差异，每种组分由于具有不同的分子结构使得它们的热解动力学参数有所不同，这为沥青高效阻燃剂多元复配方案设计提供了条件。

[0009] 可见，已有研究没有深入到沥青组分的层面上探讨沥青阻燃剂的配方设计，而是把沥青热分解过程看作是一个整体，更没有从沥青组分热分解特性呈梯度分布的角度来选择与各组分热分解特性相匹配的阻燃剂，更没有采用复配技术来制备复合阻燃剂，并研究各阻燃剂之间的协同效应，导致阻燃剂只能在沥青的某个分解阶段起到阻燃作用，不能对沥青热分解全过程进行阻燃；为了片面追求阻燃效果，目前较多采用种类单一的有机、含卤阻燃剂，虽其阻燃效果较好，但同时也产生大量有毒烟气，隧道火灾时带来较大的次生灾害，用于隧道沥青路面阻燃具有较大局限性。可见，需要研发更科学的阻燃剂以适应我国城镇化发展趋势对城市地下通沥青路面阻燃技术的要求。

发明内容

[0010] (1)技术问题

[0011] 本发明目的是提供一种道路沥青材料的高效阻燃剂多元复配方案设计新方法，该方法从沥青各组分热分解性能呈梯度分布的角度来选择与各组分热分解特性相匹配的阻燃剂，再通过多元复配技术制得高效阻燃剂，从而解决目前沥青阻燃剂阻燃效果差、只能针对沥青某个热分解阶段起到阻燃作用，不能对沥青热分解全过程进行高效阻燃的问题。

[0012] (2)技术方案

[0013] 鉴于目前沥青阻燃剂存在阻燃效果差的问题，本发明深入到沥青组分的层次上，从沥青各组分热分解特性入手，提供一种沥青高效阻燃剂的多元复配方案的设计方法，从而提高沥青阻燃效果，使沥青热分解全过程受到高效抑制。本发明技术方案如下：首先，选定沥青试样，制备沥青各组分，采用热重试验充分了解沥青各组分热分解动力学性能梯度分布特点；然后，分别优选与沥青各组分热分解特性相匹配的阻燃剂及其添加量，先在沥青各组分的层面上实现阻燃；其次，根据沥青中各组分的含量，初步设计出阻燃剂复配方案，考察该复配多元阻燃剂对沥青的阻燃效果，并分析各阻燃剂之间协同效应，据此对阻燃剂复配方案进行初步优化；最后，评价复合阻燃剂对沥青及其混合料路用性能的影响，进一步优化阻燃剂复配方案，从而使沥青路面具有良好的阻燃、抑烟性能，又具有良好的路用性能和耐久性。

[0014] (3)有益效果

[0015] 随着我国城市建设规模发展，需要建设越来越多的公路隧道及城市地下通道，需要铺筑更多的沥青路面来提高路面的行驶舒适性和安全性，为阻燃型沥青路面提供了广阔的推广应用前景。采用本发明提供的道路沥青材料的高效阻燃剂多元复配方案设计方法，从沥青各组分热分解性能呈梯度分布的角度来选择与各组分热分解特性相匹配的阻燃剂，再通过多元复配技术制得高效阻燃剂，较好解决目前沥青阻燃剂阻燃效果差、只能针对沥青某个热分解阶段起到阻燃作用，不能对沥青热分解全过程进行高效阻燃的问题。

[0016] 根据本发明提供的专利技术，通过产学研相结合，积极与相关企业合作，能够开发出具有自主知识产权的沥青高效阻燃剂，用于公路隧道及城市地下通道沥青路面中，改善了司乘人员舒适性，使隧道及城市地下通道具有安全、低碳、环保等特点。降低了隧道内噪音水平，改善了隧道周围居民的生活环境，体现了以人为本的建设理念，更好地适应我国城镇化建设的发展趋势，推进城市建设布局更加趋于合理化，具有良好的社会、环境效益。为大型隧道内采用沥青路面提供了理论依据，为进一步研究奠定了基础，具有较高的科学价值；同时，改善了隧道及城市地下通道沥青路面长期使用性能，提高沥青路面火灾安全性和耐久性，为使用者提供优质的服务，节约运营成本，具有较好的经济效益。

附图说明

[0017] 图1沥青四组分结构组成示意图

[0018] 1-饱和分 2-芳香分 3-胶质 4-沥青质

[0019] 图2沥青四组分热重(TG)曲线

[0020] 1-横坐标轴(温度(℃)) 2-纵坐标轴(热失重率(％))

[0021] 3-饱和分TG曲线 4-芳香分TG曲线

[0022] 5-胶质TG曲线 6-沥青质TG曲线

具体实施方式

[0023] 本发明提供一种道路沥青材料的高效阻燃剂多元复配方案设计新方法，具体实施步骤如下：

[0024] (1)选定沥青试样，分别制备沥青的饱和分、芳香分、胶质和沥青质四种组分试样，并测定沥青中各组分的含量。取沥青及各组分试样约10mg，采用热重-差热同步分析仪分别进行测试，氮气流量为60ml/min，升温速率为5℃/min，自室温升温至750℃，获得TG、DTG、DTA数据和成炭率；

[0025] (2)根据沥青各组分TG-DTG曲线，了解各试样的主要热分解温度区间和各组分热分解动力学性能梯度分布特点，分别优选与沥青各组分热分解温度区间相匹配的阻燃剂及其添加量，先在沥青各组分的层面上实现阻燃；

[0026] (3)根据沥青中各组分的含量，分别计算对应于沥青中各组分的阻燃剂用量，初步设计阻燃剂复配方案，并制备阻燃型沥青试样，采用热重-差热同步分析仪进行测试，试验方法和条件同(1)，考察该复配多元阻燃剂对沥青的阻燃效果，并分析各阻燃剂之间之间协同效应，据此对阻燃剂复配方案进行初步优化；

[0027] (4)根据现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规(JTG E20-2011)》中有关规定，评价该复配阻燃剂对沥青及其混合料高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等路用性能的影响，进一步优化该多元阻燃剂复配方案，从而完善沥青高效阻燃剂多元复配方案的设计方法。

标题	发布/更新时间	阅读量
热分解性粘合剂-专利编号CN108884372A	2020-05-11	99
环烷酸的热分解-专利编号CN1125868C	2020-05-12	341
热分解性粘结剂-专利编号CN107406666B	2020-05-13	787
废气用热分解炉-专利编号CN1121255C	2020-05-12	897
环烷酸的热分解-专利编号CN1175972A	2020-05-13	885
热分解性粘结剂-专利编号CN107406666A	2020-05-13	1007
氯化镁的热分解-专利编号CN106163989A	2020-05-12	190
热分解炉-专利编号CN1037204A	2020-05-11	792
一种热分解炉-专利编号CN109553261A	2020-05-11	912
热分解机-专利编号CN201267823Y	2020-05-11	744

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