摘要
采用氢氧化铝、有机蒙脱土与可膨胀石墨复配阻燃抑烟剂，通过极限氧指数（LOI）法、烘箱恒温加热试验、热重分析、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜及X射线能谱分析了复合阻燃抑烟剂对沥青的作用效果与协同机理. 结果表明：复配剂的加入起到明显的阻燃抑烟效果，含量为6%的复配剂可将沥青的LOI值提升至25.19%，单位沥青烟气释放量减少70%；复配剂拓宽了单一助燃剂的作用温度范围，在沥青燃烧过程中吸收热量，稀释可燃气体浓度，不仅能够提升沥青的热稳定性，还可形成复合阻隔层，起到协同阻燃抑烟作用.
传统热拌沥青混合料在生产施工过程会释放大量烟气，造成能源耗费和环境污染.在隧道等封闭路段内，交通事故诱发火灾时易造成沥青路面热分解和燃烧.随着“双碳计划”落地的实施和人们对健康安全理念的重视，降低沥青路面施工过程中的烟气排放，提升突发火灾时沥青的阻燃抑烟性能，已成为当前研究热点.
目前，应用较多的沥青阻燃材料主要有氢氧化铝（ATH）、可膨胀石墨（EG）、有机蒙脱土（OMMT）、聚磷酸铵和光催化材料
鉴于此，本研究以ATH、OMMT和EG为原材料，复配无机-有机三系复合阻燃抑烟剂，同时在沥青中加入温拌剂Sasobi
沥青选用SBS改性沥青，25 ℃针入度为5.5 mm，5 ℃延度为31 cm，软化点为68 ℃.温拌剂采用Sasobit. 复合阻燃抑烟剂中ATH平均粒径为5.1 μm，Na2O含量（质量分数，下同）为0.200%，SiO2含量为0.015%，分解温度范围为210~900 ℃；EG密度为1.2 g/c
（1）依据文献［
（2）将SBS改性沥青加热到165 ℃后投入2% Sasobit，并使用高速剪切仪以1 000 r/min的转速剪切15 min；再次加热到150 ℃，分别加入沥青质量0%、4%、6%、8%和10%的AOE，匀速搅拌10 min；之后先以4 500 r/min的转速剪切45 min，再以1 000 r/min的转速继续剪切10 min，即制备得到试验用温拌阻燃抑烟沥青试样，分别编号为AOE‑0、AOE‑4、AOE‑6、AOE‑8和AOE‑10.
将150.0 mm×150.0 mm的玻璃纤维表面毡，置于内腔尺寸为151.0 mm×151.0 mm×3.0 mm的金属模具框内，把加热后的阻燃抑烟沥青浇洒于玻璃纤维毡上并浸透，待其冷却后脱模，裁剪成尺寸为6.5 mm×151.0 mm×3.0 mm的长条试样.按照NB/SH/T 0815—2010《沥青燃烧性能测定 氧指数法》对沥青的LOI值进行测试.
鉴于国内外对于沥青烟气的排放与检测尚无标准，本研究自主设计了烘箱恒温加热法.取5种阻燃抑烟沥青试样各50 g置于称重后的铁质空容器中，一起放入烘箱，烘箱温度设置为220 ℃，加热6 h，每间隔1 h称重并记录试样的质量数据，以分析其质量变化情况.
使用NETZSCH STA 449 F3型热重分析仪，设定气体流量为35 mL/min、初始温度为20 ℃，并以10 K/min的速率升温至800 ℃，对沥青试样开展热重分析.
图1 各AOE掺量下阻燃抑烟沥青的LOI值
Fig.1 LOI values of flame retardant and smoke suppression asphalts at different AOE contents
图2 各AOE掺量下阻燃抑烟沥青的质量损失
Fig.2 Mass loss of flame retardant and smoke suppression asphalts at different AOE contents
采用沥青试样的初始质量与加热6 h后的质量损失来计算单位阻燃抑烟沥青的烟气释放量，并进行非线性拟合得到二者的指数回归方程，结果如
图3 单位阻燃抑烟沥青的烟气释放量
Fig.3 Smoke emission of unit flame retardant and smoke suppression asphalts
结合烘箱恒温加热和LOI的试验结果，同时考虑经济性，本研究将AOE的最佳掺量范围确定为4%~8%.后续试验以试样AOE‑0为对照组，对试样AOE‑4、AOE‑6和AOE‑8展开进一步研究.
图4 阻燃抑烟沥青的TG曲线
Fig.4 TG curves of flame retardant and smoke suppression asphalts
由
隧道等封闭环境发生火灾时温度一般最高为1 000
图5 阻燃抑烟沥青的FTIR图谱
Fig.5 FTIR spectra of flame retardant and smoke suppression asphalts
图6 阻燃抑烟沥青的SEM照片
Fig.6 SEM images of flame retardant and smoke suppression asphalts
综合考虑后，推荐AOE的最佳掺量为6%.取试样AOE‑0和AOE‑6燃烧后的残炭进行SEM观察，照片如
图7 AOE‑0和AOE‑6残炭的SEM照片
Fig.7 SEM images of char residues of AOE‑0 and AOE‑6
选取
图8 AOE‑0和AOE‑6残炭微面的EDS图谱
Fig.8 EDS spectra of char residues microface of AOE‑0 and AOE‑6
由
结合试验结果绘制AOE的协同阻燃抑烟机理示意图，如
图9 AOE的协同阻燃抑烟机理示意图
Fig.9 Schematic diagram of synergistic mechanism Flame retardant smoke suppression of AOE
由
由
由
（1）采用氢氧化铝（ATH）、有机蒙脱土（OMMT）和可膨胀石墨（EG）复配的无机-有机三系阻燃抑烟剂（AOE）能够提升沥青的阻燃抑烟性能.考虑经济性，推荐AOE掺量为6%，由此制备得到阻燃抑烟沥青AOE‑6，其极限氧指数（LOI）值增至25.19%，能够抑制70%的单位沥青烟气释放量；且AOE的作用温度范围能够覆盖沥青燃烧分解的全过程，充分发挥阻燃抑烟作用.
（2）AOE能够提升沥青结构的稳定性，使沥青表面呈现均匀褶皱形态；沥青燃烧后，AOE分解残留物，形成致密片状物，裹覆在残炭表面，使残炭表面O元素的质量分数增加28.66%，C元素的质量分数减少6.75%.
（3）ATH、OMMT和EG在不同的作用温度区间反应分解，相互配合，实现了气相稀释、固相凝聚和物理吸附等多种效应.一方面弥补了单种材料温度区间较小的缺点；另一方面反应生成物相互配合，形成三系复合阻隔层，弥补了单层阻隔层薄弱易剥落的缺点，阻断了烟气释放与燃烧的进一步发展.
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