近年來，隨著我國城鎮建設規模的不斷擴大，住宅建筑的屋頂形式也出現了巨大的變化，形態各異、絢麗多彩的各型瓦屋面應運而生，尤其是不少沿海城市相繼推行的“平改坡”工程，為各地居民的居住環境增添了新的亮點。由于彩色瀝青瓦具有防水和裝飾雙重功能，且其質量輕、冷施工、無污染、簡單快捷、成本低廉，更受到人們的青睞。最近，建設部出臺了提高住宅建筑圍護結構的設計標準，倡導節約能源、減少排放，不僅有助于改善居民的生活質量，并進一步推動了彩色瀝青瓦屋面的發展。
然而，建筑設計的變化和新型建筑構件的使用，對屋面防水材料提出了越來越高的要求。2009年9月，公安部、住建部印發《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》要求包括屋面在內的外立面建筑外保溫材料的燃燒性能宜為A級，且不應低于B2級。對于屋面防水材料而言，其發展趨勢是在提高阻燃性能的同時，兼具低碳高效、綠色環保以及可持續性。在各類屋面防水材料中，瀝青瓦不僅具備優異的防水性能，而且還兼具良好的防火安全性?，F有的瀝青瓦技術主要集中在改善瀝青瓦的常規性能和設計構造上，鮮有從配方優化角度考慮節能降耗、防火阻燃、工程應用等問題。
對于防火瀝青瓦而言，其生產工藝關鍵在于阻燃瀝青混合料(即涂蓋種的制備。阻燃瀝青混合料通過在瀝青中添加適量的阻燃劑，并通過一定的改性工藝制備成阻燃瀝青材料，并對其進行瀝青混合料配合比設計，制備出既具有阻燃性能又滿足使用性能技術要求的瀝青涂蓋料。阻燃瀝青是添加阻燃劑對瀝青進行改性制備所得，通常阻燃劑與瀝青只是機械的混合，并未能與瀝青發生化學反應，加入后對瀝青的性能會有一定的影響，而且阻燃劑的摻量越大則對性能影響也越大。
因此，在制備阻燃瀝青時要控制添加量，選擇阻燃效果好并對瀝青性能影響小的阻燃劑進行阻燃改性。有些阻燃劑在阻燃時會產生協同效應，即兩種阻燃劑同時存在并產生阻燃作用時，其產生的阻燃效果大于兩種阻燃劑各自添加產生的阻燃效果之和。所以，可以尋找具有阻燃協同效應的幾種阻燃劑進行復合阻燃改性，提高阻燃效果;同時，在相同阻燃效果條件下，使用具有阻燃協同效應的復合阻燃劑時，可以降低阻燃劑的添加量，進而使瀝青的應用性能得到改善。當有火源或發生火災時，阻燃瀝青瓦開始發揮其作用，阻燃瀝青瓦溫度升高，其中阻燃瀝青及阻燃劑也同時受熱，瀝青開始分解、而阻燃劑開始發揮阻燃作用，從而使瀝青瓦達到阻燃的作用，降低火災的損失。
本項目以現代建筑實際需求為出發點，通過優化瀝青基料、改性劑、填料、阻燃劑、涂覆材料及生產工藝等，在不影響瀝青瓦使用可靠性和耐久性等應用性能的基礎上，滿足瀝青基材料的阻燃要求，從而保證瀝青瓦在使用過程中的防火安全性，制備得到性能優異的建筑防水用彩色防火瀝青瓦。
一、防火瀝青瓦實驗部分
1.1 原材料及設備
瀝青:10#石油瀝青、70#道路瀝青;胎體材料:玻璃纖維氈、聚醋氈;瀝青改性劑:苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物(CSBS)、廢膠粉;填料:滑石粉;阻燃劑:復合型阻燃劑;助劑:有機硅烷偶聯劑。低溫冰箱、調溫電爐、烘箱、高速分散機、電子拉力機、人工氣候老化試驗箱和錐形量熱儀等。
1.2 制備工藝
阻燃瀝青瓦的制備工藝:胎基開卷拼接、貯存干燥、涂蓋料(阻燃瀝青混合料)制備、浸漬瀝青、撒布(砂石等)、覆膜、滾壓冷卻、涂膠、切割、分送、自助包裝、檢驗、入庫。其中阻燃瀝青混合料的工藝配方見表1。
二、防水瀝青瓦，防火性能如何？結果與討論如下。
2.1 胎體材料對瀝青瓦性能的影響
在坡屋面上，瀝青瓦不僅具有防水作用，而且賦予屋面持久美觀的幾何構造和色澤。瀝青瓦的應用性能，特別是強度、耐水性、抗裂性和耐久性主要取決于胎體材料的性質。目前常用的胎體材料有聚醋氈和玻璃纖維氈兩種，其中玻璃纖維氈具有優良的耐水、耐腐蝕和耐久性，其抗拉強度大，裁切加工性能良好，在浸涂高溫熔融瀝青時表現出比聚醋氈更好的尺寸穩定性。分別做了兩種胎體材料對瀝青瓦性能影響的實驗。根據實驗觀察，采用玻璃纖維氈作為瀝青瓦的胎體材料比較理想。此外，采用硅烷偶聯劑對玻璃纖維氈進行預處理，可以明顯改善玻璃纖維氈與瀝青等的共混性能，提高其應用性能。
2.2 瀝青原料對阻燃瀝青混合料性能的影響
瀝青是涂蓋料的主要成分，其性能決定了瀝青瓦的伸長性、粘結強度和填料吸納量，常用的瀝青包括10#石油瀝青和70#道路瀝青等，10#瀝青雖然具有軟化點高的優點，但是由于其含蠟量高、低溫脆性大，單獨使用無法滿足瀝青瓦的性能要求，可與70#瀝青配合使用，表2是不同瀝青配合比對阻燃瀝青混合料性能的影響。綜合各項指標與材料高低溫性能，10"瀝青和70#瀝青按照7:3 （質量比）的比例混合，可以得到滿足標準要求的瀝青涂蓋料。
2.3 瀝青改性劑對阻燃瀝青混合料性能的影響
瀝青改性劑是指在瀝青或瀝青混合料中加人的可熔融或分散的物質，能夠明顯改善和提高瀝青制品的性能，根據改性劑的化學性質，可以分為有機改性劑和無機改性劑。有機改性劑往往通過化學鍵合或交聯作用提高瀝青瓦的物理機械性能，如樹脂類改性劑可以改善瀝青的高溫穩定性，橡膠類改性劑可以明顯改善瀝青的低溫抗裂性，熱塑性彈性體改性劑具有良好的雙向改性功能，并同時提高瀝青的高溫穩定性和低溫抗裂性。在熱塑性彈性體材料改性劑中，SBS是最常用的改性劑。SBS具有強度高、茹度低等優異特點，常溫時具有橡膠的彈性，而加熱后又呈現塑性，因此非常易于進行熱塑加工，可實現與瀝青加熱混熔。不同SBS含量對阻燃瀝青混合料性能的影響見圖1。
從圖1中可以看出:經過SBS改性的瀝青混合料具有優異的耐高低溫的性能，隨著SBS的添加，混合料的軟化點和低溫柔性都有所改善。為了降低成本，生產中一般采用SBS和廢膠粉的混合物作改性劑，其配比控制在2:8 （質量比）左右。
2.4 填料對阻燃瀝青混合料性能的影響
在生產過程中，無機改性劑主要起物理或機械支撐作用，習慣上稱之為填料，最常用的是滑石粉。根據上述試驗結果，以改性瀝青為膠料，在膠料中添加不同含量的滑石粉作填料，測試瀝青涂蓋料性能，結果見圖2。
從圖2中可以看出:當滑石粉填充量<20%時，對瀝青瓦的性能沒有明顯影響;當20%填充量≤50%時，涂蓋料的軟化點隨著填料的增加而明顯提高;當填充量≥50%后，軟化點水平基本不變，且耐低溫性能明顯變差。綜合考慮，滑石粉填料的用量應控制在30%-50%內，再考慮成本因素，最佳比例為40% 。
2.5溶劑和助劑對阻燃瀝青混合料性能的影響
為了改善阻燃瀝青混合料和瀝青瓦的加工和應用性能，往往在混合料中加入一定量的溶劑及助劑。溶劑的作用主要是溶解改性劑，提高其分散程度和改性效果。助劑包括硅烷偶聯劑、增稠劑和抗紫外線劑等，其中硅烷偶聯劑可以提高瀝青與玻璃布之間的粘接力，使瀝青與無機填料結合得更加牢固，并且可以顯著改善材料性能;增稠劑可以增加瀝青表面茹性，提高覆面材料的牢固性并減少落砂;抗紫外線劑可提高產品的抗老化性。為提高混合料性能，本實驗中采用上述各種助劑的混合物，用量控制在1%-2%。
2.6 阻燃劑對阻燃瀝青混合料性能的影響
阻燃性能是評價阻燃材料性能最重要的標準，一般用氧化指數(LOL)測評，LOL>26%表示材料在平常的空氣中不能燃燒即可認為是難燃。阻燃材料一般是本身不具有可燃性或加入阻燃劑后使之不可燃，一些難燃或不燃材料加入到易燃材料中可以降低材料的可燃性，這類材料即是阻燃劑。但阻燃劑的添加不僅提高了材料的成本，也會使瀝青的某些物理性能下降，其阻燃性是以惡化材料其他實用性能為代價而得的，有時甚至引發材料回收處理時的環保問題。因此，阻燃性能應根據多方面的具體情況而定，需在滿足材料阻燃性能的前提下，盡可能提高材料的經濟性能與環保性能。為此，對阻燃瀝青混合料進行阻燃性能方面的設計和優化。
本實驗添加質量分數為25%的復配型阻燃劑，并與未添加阻燃劑的瀝青混合料作對比，測試混合料的總熱釋放量，見圖3。
從圖中可以看出:阻燃劑的加入能夠降低瀝青混合料的總熱釋放量，體現出一定的阻燃效果;經測試，通過以上配方制作出來的阻燃瀝青瓦，其LOL指數為28.7%，已具備較好的阻燃、防火性能。
三、 防火瀝青瓦性能
通過實驗優化瀝青瓦配方，經測試，按照適當配比制備的阻燃瀝青瓦產品滿足B1級防火等級，根據GB/T 20474-2006《玻纖胎瀝青瓦》標準要求對產品進行性能測試，結果見表3。
四、瀝青瓦防火性能試驗結論
1) 通過配方調試，可有效降低阻燃瀝青瓦的生產溫度，且不需要使用高剪切膠體磨進行處理，工藝節能、耗資少，很大程度上節省了用于研磨和污染控制的設備成本。
2) 采用玻璃纖維氈作為胎體材料，10#瀝青:70#瀝青按照7:3(質量比)為主材，添加質量分數25%為阻燃劑、適量改性劑、填料以及助劑所制備的瀝青瓦，性能達到GB/T 20474-2006所規定的要求。
3) 總熱釋放量是評價材料實際使用時熱危害的重要參數，材料的總熱釋放越大，潛在的熱危險越大。實驗證明:阻燃劑的加入明顯降低了瀝青混合料及瀝青膠漿的熱釋放速率與釋放量，阻燃劑對試樣的引燃時間影響比較明顯，加入25%質量分數的阻燃劑后的試樣其引燃時間明顯增長，不易點燃。
4) 瀝青瓦價格適中、施工方便，整體防水性能好、色彩多樣、形狀各異。更為突出的是，瀝青瓦質輕，可以降低建筑地基造價，更適用于屋面坡度大，弧形、球形屋頂等曲面復雜的建筑。對建筑屋面采用阻燃型瀝青瓦，可以保證屋面的防火安全。
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