近年来，随着我国城镇建设规模的不断扩大，住宅建筑的屋顶形式也出现了巨大的变化，形态各异、绚丽多彩的各型瓦屋面应运而生，尤其是不少沿海城市相继推行的“平改坡”工程，为各地居民的居住环境增添了新的亮点。由于彩色沥青瓦具有防水和装饰双重功能，且其质量轻、冷施工、无污染、简单快捷、成本低廉，更受到人们的青睐。最近，建设部出台了提高住宅建筑围护结构的设计标准，倡导节约能源、减少排放，不仅有助于改善居民的生活质量，并进一步推动了彩色沥青瓦屋面的发展。
然而，建筑设计的变化和新型建筑构件的使用，对屋面防水材料提出了越来越高的要求。2009年9月，公安部、住建部印发《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》要求包括屋面在内的外立面建筑外保温材料的燃烧性能宜为A级，且不应低于B2级。对于屋面防水材料而言，其发展趋势是在提高阻燃性能的同时，兼具低碳高效、绿色环保以及可持续性。在各类屋面防水材料中，沥青瓦不仅具备优异的防水性能，而且还兼具良好的防火安全性。现有的沥青瓦技术主要集中在改善沥青瓦的常规性能和设计构造上，鲜有从配方优化角度考虑节能降耗、防火阻燃、工程应用等问题。
对于防火沥青瓦而言，其生产工艺关键在于阻燃沥青混合料(即涂盖种的制备。阻燃沥青混合料通过在沥青中添加适量的阻燃剂，并通过一定的改性工艺制备成阻燃沥青材料，并对其进行沥青混合料配合比设计，制备出既具有阻燃性能又满足使用性能技术要求的沥青涂盖料。阻燃沥青是添加阻燃剂对沥青进行改性制备所得，通常阻燃剂与沥青只是机械的混合，并未能与沥青发生化学反应，加入后对沥青的性能会有一定的影响，而且阻燃剂的掺量越大则对性能影响也越大。
因此，在制备阻燃沥青时要控制添加量，选择阻燃效果好并对沥青性能影响小的阻燃剂进行阻燃改性。有些阻燃剂在阻燃时会产生协同效应，即两种阻燃剂同时存在并产生阻燃作用时，其产生的阻燃效果大于两种阻燃剂各自添加产生的阻燃效果之和。所以，可以寻找具有阻燃协同效应的几种阻燃剂进行复合阻燃改性，提高阻燃效果;同时，在相同阻燃效果条件下，使用具有阻燃协同效应的复合阻燃剂时，可以降低阻燃剂的添加量，进而使沥青的应用性能得到改善。当有火源或发生火灾时，阻燃沥青瓦开始发挥其作用，阻燃沥青瓦温度升高，其中阻燃沥青及阻燃剂也同时受热，沥青开始分解、而阻燃剂开始发挥阻燃作用，从而使沥青瓦达到阻燃的作用，降低火灾的损失。
本项目以现代建筑实际需求为出发点，通过优化沥青基料、改性剂、填料、阻燃剂、涂覆材料及生产工艺等，在不影响沥青瓦使用可靠性和耐久性等应用性能的基础上，满足沥青基材料的阻燃要求，从而保证沥青瓦在使用过程中的防火安全性，制备得到性能优异的建筑防水用彩色防火沥青瓦。
一、防火沥青瓦实验部分
1.1 原材料及设备
沥青:10#石油沥青、70#道路沥青;胎体材料:玻璃纤维毡、聚醋毡;沥青改性剂:苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物(CSBS)、废胶粉;填料:滑石粉;阻燃剂:复合型阻燃剂;助剂:有机硅烷偶联剂。低温冰箱、调温电炉、烘箱、高速分散机、电子拉力机、人工气候老化试验箱和锥形量热仪等。
1.2 制备工艺
阻燃沥青瓦的制备工艺:胎基开卷拼接、贮存干燥、涂盖料(阻燃沥青混合料)制备、浸渍沥青、撒布(砂石等)、覆膜、滚压冷却、涂胶、切割、分送、自助包装、检验、入库。其中阻燃沥青混合料的工艺配方见表1。
二、防水沥青瓦，防火性能如何？结果与讨论如下。
2.1 胎体材料对沥青瓦性能的影响
在坡屋面上，沥青瓦不仅具有防水作用，而且赋予屋面持久美观的几何构造和色泽。沥青瓦的应用性能，特别是强度、耐水性、抗裂性和耐久性主要取决于胎体材料的性质。目前常用的胎体材料有聚醋毡和玻璃纤维毡两种，其中玻璃纤维毡具有优良的耐水、耐腐蚀和耐久性，其抗拉强度大，裁切加工性能良好，在浸涂高温熔融沥青时表现出比聚醋毡更好的尺寸稳定性。分别做了两种胎体材料对沥青瓦性能影响的实验。根据实验观察，采用玻璃纤维毡作为沥青瓦的胎体材料比较理想。此外，采用硅烷偶联剂对玻璃纤维毡进行预处理，可以明显改善玻璃纤维毡与沥青等的共混性能，提高其应用性能。
2.2 沥青原料对阻燃沥青混合料性能的影响
沥青是涂盖料的主要成分，其性能决定了沥青瓦的伸长性、粘结强度和填料吸纳量，常用的沥青包括10#石油沥青和70#道路沥青等，10#沥青虽然具有软化点高的优点，但是由于其含蜡量高、低温脆性大，单独使用无法满足沥青瓦的性能要求，可与70#沥青配合使用，表2是不同沥青配合比对阻燃沥青混合料性能的影响。综合各项指标与材料高低温性能，10"沥青和70#沥青按照7:3 （质量比）的比例混合，可以得到满足标准要求的沥青涂盖料。
2.3 沥青改性剂对阻燃沥青混合料性能的影响
沥青改性剂是指在沥青或沥青混合料中加人的可熔融或分散的物质，能够明显改善和提高沥青制品的性能，根据改性剂的化学性质，可以分为有机改性剂和无机改性剂。有机改性剂往往通过化学键合或交联作用提高沥青瓦的物理机械性能，如树脂类改性剂可以改善沥青的高温稳定性，橡胶类改性剂可以明显改善沥青的低温抗裂性，热塑性弹性体改性剂具有良好的双向改性功能，并同时提高沥青的高温稳定性和低温抗裂性。在热塑性弹性体材料改性剂中，SBS是最常用的改性剂。SBS具有强度高、茹度低等优异特点，常温时具有橡胶的弹性，而加热后又呈现塑性，因此非常易于进行热塑加工，可实现与沥青加热混熔。不同SBS含量对阻燃沥青混合料性能的影响见图1。
从图1中可以看出:经过SBS改性的沥青混合料具有优异的耐高低温的性能，随着SBS的添加，混合料的软化点和低温柔性都有所改善。为了降低成本，生产中一般采用SBS和废胶粉的混合物作改性剂，其配比控制在2:8 （质量比）左右。
2.4 填料对阻燃沥青混合料性能的影响
在生产过程中，无机改性剂主要起物理或机械支撑作用，习惯上称之为填料，最常用的是滑石粉。根据上述试验结果，以改性沥青为胶料，在胶料中添加不同含量的滑石粉作填料，测试沥青涂盖料性能，结果见图2。
从图2中可以看出:当滑石粉填充量<20%时，对沥青瓦的性能没有明显影响;当20%填充量≤50%时，涂盖料的软化点随着填料的增加而明显提高;当填充量≥50%后，软化点水平基本不变，且耐低温性能明显变差。综合考虑，滑石粉填料的用量应控制在30%-50%内，再考虑成本因素，最佳比例为40% 。
2.5溶剂和助剂对阻燃沥青混合料性能的影响
为了改善阻燃沥青混合料和沥青瓦的加工和应用性能，往往在混合料中加入一定量的溶剂及助剂。溶剂的作用主要是溶解改性剂，提高其分散程度和改性效果。助剂包括硅烷偶联剂、增稠剂和抗紫外线剂等，其中硅烷偶联剂可以提高沥青与玻璃布之间的粘接力，使沥青与无机填料结合得更加牢固，并且可以显著改善材料性能;增稠剂可以增加沥青表面茹性，提高覆面材料的牢固性并减少落砂;抗紫外线剂可提高产品的抗老化性。为提高混合料性能，本实验中采用上述各种助剂的混合物，用量控制在1%-2%。
2.6 阻燃剂对阻燃沥青混合料性能的影响
阻燃性能是评价阻燃材料性能最重要的标准，一般用氧化指数(LOL)测评，LOL>26%表示材料在平常的空气中不能燃烧即可认为是难燃。阻燃材料一般是本身不具有可燃性或加入阻燃剂后使之不可燃，一些难燃或不燃材料加入到易燃材料中可以降低材料的可燃性，这类材料即是阻燃剂。但阻燃剂的添加不仅提高了材料的成本，也会使沥青的某些物理性能下降，其阻燃性是以恶化材料其他实用性能为代价而得的，有时甚至引发材料回收处理时的环保问题。因此，阻燃性能应根据多方面的具体情况而定，需在满足材料阻燃性能的前提下，尽可能提高材料的经济性能与环保性能。为此，对阻燃沥青混合料进行阻燃性能方面的设计和优化。
本实验添加质量分数为25%的复配型阻燃剂，并与未添加阻燃剂的沥青混合料作对比，测试混合料的总热释放量，见图3。
从图中可以看出:阻燃剂的加入能够降低沥青混合料的总热释放量，体现出一定的阻燃效果;经测试，通过以上配方制作出来的阻燃沥青瓦，其LOL指数为28.7%，已具备较好的阻燃、防火性能。
三、 防火沥青瓦性能
通过实验优化沥青瓦配方，经测试，按照适当配比制备的阻燃沥青瓦产品满足B1级防火等级，根据GB/T 20474-2006《玻纤胎沥青瓦》标准要求对产品进行性能测试，结果见表3。
四、沥青瓦防火性能试验结论
1) 通过配方调试，可有效降低阻燃沥青瓦的生产温度，且不需要使用高剪切胶体磨进行处理，工艺节能、耗资少，很大程度上节省了用于研磨和污染控制的设备成本。
2) 采用玻璃纤维毡作为胎体材料，10#沥青:70#沥青按照7:3(质量比)为主材，添加质量分数25%为阻燃剂、适量改性剂、填料以及助剂所制备的沥青瓦，性能达到GB/T 20474-2006所规定的要求。
3) 总热释放量是评价材料实际使用时热危害的重要参数，材料的总热释放越大，潜在的热危险越大。实验证明:阻燃剂的加入明显降低了沥青混合料及沥青胶浆的热释放速率与释放量，阻燃剂对试样的引燃时间影响比较明显，加入25%质量分数的阻燃剂后的试样其引燃时间明显增长，不易点燃。
4) 沥青瓦价格适中、施工方便，整体防水性能好、色彩多样、形状各异。更为突出的是，沥青瓦质轻，可以降低建筑地基造价，更适用于屋面坡度大，弧形、球形屋顶等曲面复杂的建筑。对建筑屋面采用阻燃型沥青瓦，可以保证屋面的防火安全。
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