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原文传递纳米复合阻燃沥青的设计与性能研究

论文题名：	纳米复合阻燃沥青的设计与性能研究
关键词：	公路隧道;沥青路面;纳米复合阻燃沥青;材料设计;阻燃机理
摘要：	随着我国经济的快速发展和西部大开发战略的实施,西部高原山区修建了大量的高速公路,公路隧道的数量也日益增多,对隧道内路面的要求也逐渐提高,沥青路面逐渐代替传统的水泥混凝土路面,成为隧道路面铺装的主流。但沥青路面的易燃性使得隧道路面发生火灾时,燃烧剧烈,造成巨大的人员伤亡和经济损失,所以,研究沥青路面的阻燃性,以满足隧道特殊的使用环境具有重要的意义。论文借鉴纳米材料在高分子聚合物阻燃方面的技术,希望通过纳米材料和传统阻燃材料的复合,组成纳米复合阻燃体系,加入到沥青中,提高沥青的阻燃性能,减少阻燃剂的用量,降低阻燃剂对沥青性能的影响。　　首先,根据阻燃剂选择原则,本文选用阻燃剂为:十溴二苯乙烷(DBPE)、三氧化二锑(Sb2O3)、粒径为微米级的普通硼酸锌(普通ZB)和纳米硼酸锌(纳米 ZB)。其中,纳米ZB为实验室自制材料,以氧化锌和硼酸为原料,油酸为表面改性剂合成,对纳米ZB进行扫描电镜(SEM)、接触角、红外光谱及热重分析表征,测试表明油酸中的羧酸根(-COO-)已修饰到ZB表面,ZB粒径厚为60～70nm、接触角θ=122.62°,所合成的ZB为疏水亲油性片状纳米结构。将纳米ZB与DBPE、Sb2O3组成阻燃方案A,将普通ZB与DBPE、Sb2O3组成阻燃方案B,分别研究两种阻燃复配体系对沥青阻燃性能的影响,进而对比纳米ZB与普通ZB的协同阻燃效率。　　为克服沥青在试验过程中的流淌,我们发展了一种用于测试阻燃性能的样品制备方法,并采用极限氧指数法(LOI)测试了阻燃沥青的阻燃性能。为确定每种成分的最佳添加量,首先将每种阻燃剂以不同的掺量添加到沥青中,利用LOI法评价单一阻燃剂对沥青LOI的影响,分析比较其阻燃效率和阻燃性价比,确定每种阻燃剂的最佳掺量范围,然后根据正交试验方法和沥青三大指标试验,确定每种阻燃方案的最佳配比和最佳掺量。研究发现,方案A的最优配比是DBPE:Sb2O3:纳米ZB=7:2:2,最佳掺量为沥青质量的5％,LOI为28.9%;方案B的最优配比是DBPE:Sb2O3:普通ZB=7:2:3,最佳掺量为沥青质量的8%,LOI为29.2%;纳米ZB协同阻燃效率优于普通ZB;对阻燃沥青三大指标进行测试,结果表明软化点升高,针入度、延度均有不同程度的下降。　　其次,对未添加阻燃剂的常规沥青混合料、方案A阻燃沥青混合料、方案B阻燃沥青混合料,分别进行车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验等验证其路用性能,研究表明三种方案都能够满足《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)的规范要求,由纳米ZB组成的阻燃方案A的沥青混合料的路用性能优于普通ZB成的阻燃方案B的路用性能,且方案A的阻燃沥青混合料路用性能与常规沥青混合料的路用性能差别较小。　　最后,论文采用沥青混合料直接燃烧试验和完全燃烧试验方法,对三种方案的沥青混合料进行了燃烧性能评价,试验结果表明阻燃方案A和方案B的阻燃效果明显优于常规沥青混合料,且方案A的阻燃效果最佳。　　通过比较基质沥青和阻燃沥青的热分解行为,讨论了纳米复合阻燃沥青的阻燃机理。在300℃～540℃温度阶段,纳米复合阻燃剂发生热分解,生成难燃性气体、结晶水、金属氧化物等,稀释可燃性气体的浓度,降低热量,促进沥青的氧化还原反应和热氧化交联反应,发挥冷却稀释阻燃机理和催化阻燃机理。
作者：	范芳芳
专业：	材料学
导师：	袁小亚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文