隧道阻燃瀝青研究綜述

長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院 李 凱 李 夢(mèng)

隧道阻燃瀝青研究綜述

長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院 李 凱 李 夢(mèng)

近年來(lái)，我國(guó)的高速公路建設(shè)發(fā)展迅速，建成的公路隧道也越來(lái)越多，瀝青路面也與此同時(shí)成為隧道路面的主要形式。但由于瀝青是一種易燃材料，因而隧道中一旦發(fā)生火災(zāi)，再加上隧道特殊位置和空間局限性的影響，必然會(huì)使燃燒更劇烈、火勢(shì)擴(kuò)展更快更廣，后果將不堪設(shè)想。因此來(lái)說(shuō)，對(duì)阻燃瀝青進(jìn)行深入研究是很有必要的。

一、瀝青的燃燒特性與阻燃機(jī)制

1.瀝青的燃燒特性。瀝青是一種棕黑色的膠凝狀有機(jī)物，由瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、芳香分以及飽和分四部分組成。瀝青的燃燒是一個(gè)非常復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。瀝青燃燒時(shí)，會(huì)依次出現(xiàn)熔融、滴落、流淌、熔珠燃燒、灑落等物理現(xiàn)象，同時(shí)會(huì)分解產(chǎn)生氫、甲烷、苯及烷烴類易燃?xì)怏w，從而使火勢(shì)進(jìn)一步蔓延擴(kuò)大，甚至釀成火災(zāi)。因此，解決瀝青易燃問(wèn)題的關(guān)鍵就在于提高瀝青的分解溫度和熔點(diǎn)，使瀝青在受熱過(guò)程中不出現(xiàn)熔滴、流淌現(xiàn)象，從而避免其分解產(chǎn)生可燃的有毒氣體。

2.瀝青的阻燃機(jī)制。聚合物的燃燒過(guò)程受其本身性質(zhì)的影響，通風(fēng)、引燃源等外界因素也會(huì)對(duì)此起到一定的制約作用。聚合物的燃燒是一個(gè)周而復(fù)始的過(guò)程：聚合物吸熱分解釋放出易燃物質(zhì)，易燃物質(zhì)與氧發(fā)生燃燒反應(yīng)并釋放熱量，熱量促使原聚合物繼續(xù)分解，從而形成一個(gè)循環(huán)。阻燃體系的作用機(jī)制有以下3種。

（1）氣相阻燃機(jī)制。氣相阻燃是利用阻燃劑受熱時(shí)產(chǎn)生的氣體來(lái)抑制燃燒反應(yīng)。氣相阻燃的形式有3種：阻燃劑受熱分解產(chǎn)生細(xì)微煙粒子和氣體化合物，從而影響活性基的集合；阻燃劑受熱放出大量惰性氣體，從而減少可燃物與氧氣的接觸面積，最終減緩燃燒；阻燃劑受熱產(chǎn)生高密度蒸氣，使可燃?xì)怏w與氧氣隔離，從而中斷燃燒。

（2）凝聚相阻燃機(jī)制。凝聚相阻燃是通過(guò)降低固態(tài)物質(zhì)溫度的方式，抑制其分解產(chǎn)生易燃物質(zhì)或阻止聚合物表面的燃燒反應(yīng)。凝聚相阻燃包括3種形式：在被阻燃物中添加可以導(dǎo)熱和蓄熱的無(wú)機(jī)填料，以降低被阻燃物的溫度，從而使其難以分解；阻燃劑分解時(shí)吸收燃燒的熱量，消耗熱源；在聚合物表面設(shè)較厚的孔炭層，隔絕熱源和氧氣，從而中斷聚合物的燃燒。

（3）中斷熱交換機(jī)制。中斷熱交換指的是中斷可燃物質(zhì)燃燒釋放熱量和聚合物分解吸收熱量的交換過(guò)程。在聚合物分解、可燃物燃燒加劇時(shí)，熔融滴落等物理過(guò)程會(huì)轉(zhuǎn)移掉大量的燃燒熱，從而使熱源減少，這樣原聚合物吸收的熱量就無(wú)法達(dá)到其分解溫度，也就無(wú)法為燃燒提供燃料，最終使燃燒終止。

總的來(lái)說(shuō)，燃燒和阻燃都是非常復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，也正因如此，所以很難界定一種阻燃體系的阻燃機(jī)制。事實(shí)上，大部分阻燃體系都是由幾種阻燃機(jī)制共同發(fā)揮作用的。

二、常用瀝青阻燃劑

瀝青阻燃劑可分為反應(yīng)型和添加型兩種，前者種類少且成本較高，所以目前施工中常用的阻燃劑以添加型為主。常用添加劑型阻燃劑的分類及特點(diǎn)如表1所示。

表1 常用添加型阻燃劑分類及其特點(diǎn)

常用無(wú)機(jī)阻燃劑主要有氫氧化鋁和氫氧化鎂等，具有無(wú)鹵、無(wú)毒、抑煙、價(jià)廉的特點(diǎn)，但阻燃效率低，用量大。有機(jī)阻燃劑的阻燃效率較高，用量相對(duì)較少，對(duì)瀝青性能的影響也較小，但在燃燒過(guò)程中易生成較多的煙和腐蝕性氣體，甚至?xí)a(chǎn)生有毒氣體。大量研究表明：使用多種阻燃劑對(duì)瀝青進(jìn)行阻燃時(shí)，阻燃劑之間會(huì)出現(xiàn)增效作用，阻燃效果優(yōu)于單獨(dú)使用的效果之和；由于復(fù)合阻燃劑具有增效作用，因而添加少量復(fù)合阻燃劑就能達(dá)到預(yù)期阻燃效果，從而可以避免因大量添加阻燃劑而對(duì)瀝青路面性能產(chǎn)生不利影響。因此，在條件允許的情況下，應(yīng)避免使用單一種類的阻燃劑，最好是選擇復(fù)合阻燃劑。

三、隧道阻燃瀝青

阻燃瀝青是通過(guò)阻燃劑進(jìn)行改性的瀝青，其過(guò)程只是物理混合，兩者之間不存在化學(xué)反應(yīng)，但添加阻燃劑會(huì)導(dǎo)致瀝青性能發(fā)生變化。研究表明：隨著阻燃劑添加量的增加，瀝青的性能變化呈增大趨勢(shì)。因此，為制備性能優(yōu)良的阻燃瀝青，應(yīng)選擇阻燃效果良好、添加量少、對(duì)瀝青性能影響小且能與其他阻燃劑產(chǎn)生增效作用的阻燃劑。

在隧道中，由阻燃瀝青鋪筑而成的路面被稱為隧道阻燃瀝青路面。阻燃瀝青的應(yīng)用可以有效避免隧道內(nèi)火災(zāi)形勢(shì)的擴(kuò)大，從而降低損失。

四、結(jié)論

1.阻燃瀝青氧指數(shù)的測(cè)定方法缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。由于測(cè)定方法的不同，因而測(cè)得的阻燃瀝青氧指數(shù)也各不相同，且差別較大。這就導(dǎo)致無(wú)法用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)去評(píng)價(jià)阻燃瀝青的阻燃效果。

2.大力開(kāi)發(fā)高效、環(huán)保的阻燃劑。納米復(fù)合技術(shù)的引入為發(fā)展新興阻燃材料提供了一個(gè)新途徑，但是目前有關(guān)這方面的報(bào)道卻寥寥無(wú)幾，有待于進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)。