纳米复合阻燃沥青的设计与性能研究

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1、重庆交通大学硕士学位论文纳米复合阻燃沥青的设计与性能研究姓名：范芳芳申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：袁小亚20120413摘要随着我国经济的快速发展和匿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馒得隧道路愿发生火灾时，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

2、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，提离沥青的隘燃性能，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：+溴二苯乙烷(DBPE)、三氧化二锑(sb203)、粒径为微米级的普通硼酸锌(普通ZB)和纳米硼酸锌(纳米皿)。其中，纳米ZB为实验室鲁制材料，以氧化锌和硼酸为原料，油酸为表面改性铡合成，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，测试表萌油酸中豹羧酸根(-coo-)己修饰到髓表面，ZB粒径厚

3、为60"--70rim．接触角0=122．620，所合成的ZB为琉水亲油性片状纳米结构。将纳米ZB与DBPE、Sb203组成阻燃方案A，将普通ZB与DBPE、Sb203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。必克服沥青在试验过程中的流淌，我fl、殇￡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麓。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LO

4、I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曝，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沈和最佳掺量。研究发现，方案A的最优配比是DBPE．-Sb203：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：Sb203：普通积弦7．2．3，最佳掺壁为沥青质量的8％，LOI为29。2％；纳米ZB协同阻燃效率优子普通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

5、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》(JW052．2000)的规范要求，由纳米猛组成的阻燃方案A的沥青混合料的路用性能优于普通ZB组成的阻燃方案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

6、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，纳米复合阻燃荆发生热分解，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。关键字：隧道；纳米材料；阻燃沥青：路用性能；阻燃性能；阻燃机理ABSTRACTWimtherapiddevelopmentofoBreconomyandtheimplementation

7、ofthewesterndevelopmentstrategy,alargenumberofhighwaysarebuiltinthewesternplateaumountain，SOthenumberofroadtunnelsiSalsoincreasing．Inordertomeetrequirementsoftunnelpavement,theasphaltpavementisgraduallyreplacingthetraditionalcementconcretepavement,tobecomet

8、hemainstreamofthetunnelpavement．However,whenthetLIntlelpavementfired,theflammabilityofasphaltpavementmaycauseburningviolently,greatcasualtiesandeconomiclOSS，thusstudyingflameretardancyoftheasphaltpavem