膨脹石墨瀝青阻燃劑性能研究

張志敏

（山西省交通科學研究院 黃土地區公路建設與養護技術交通行業重點實驗室，山西 太原 030006）

0 引言

隨著隧道鋪裝技術的進步，用于鋪筑隧道路面的水泥混凝土已被瀝青混凝土取代，然而瀝青是一種易燃材料，在高溫下燃燒會放出大量煙霧和有毒氣體，由于隧道空間相對封閉，燃燒產生的毒氣、煙霧和熱量很難散失，往往導致火災事故發生后人員逃生困難，造成災難性事故，損失慘重[1]。2014年3月1日，山西晉濟高速巖后隧道內兩輛甲醇車相撞導致甲醇泄漏爆炸，爆炸引起瀝青路面及周圍滯留運輸車輛燃燒，造成40人死亡、12人受傷和42輛車燒毀的特大交通安全事故，直接經濟損失8 197萬元。由此可知，瀝青阻燃劑的研制對于保證運營安全具有重要的現實意義。本文將膨脹石墨加入瀝青中，對阻燃瀝青的阻燃性能和力學性能進行了測試，結果發現，該瀝青阻燃劑在不改變瀝青基本性能的前提下，可以顯著提高瀝青的阻燃性能。

1 膨脹石墨阻燃機理

膨脹石墨的阻燃屬于凝固相阻燃機理，其受熱到一定程度后，膨脹石墨就會開始膨脹，從而形成一個很厚的多孔碳化層，該碳化層能在瀝青表面形成穩定的碳化層，可以將瀝青和熱源隔開，不僅如此，碳化層還可以隔絕氧氣，阻止可燃氣體外逸，降低發煙量，從而達到阻燃目的[2]。除此之外，膨脹石墨受熱后不產生有毒和腐蝕性氣體，對人體無害，屬于無毒環保阻燃劑。

2 試驗方法及原材料

2.1 試驗方法

瀝青燃燒性能測定氧指數法。

2.2 試驗用原材料

a）基質瀝青：齊魯石化（AH-70號、AH-90號），SK瀝青（AH-70號、AH-90號）；

b）瀝青改性劑：SBS，型號4303，燕山石化生產；c）膨脹石墨：青島歐爾石墨有限公司生產。

3 性能研究

3.1 基質瀝青、改性瀝青氧指數的確定

武漢理工大學余劍英[3]、山西省交通科學研究院杜素軍曾對基質瀝青、改性瀝青的極限氧指數做過詳細研究，本文參照其方法，對上述4種瀝青及改性瀝青進行了極限氧指數的測定，結果如表1。

表1 基質瀝青、改性瀝青燃燒性能測定 %

由表1可知，基質瀝青、改性瀝青由于組分基本一致，所以所測極限氧指數也差別不大，加入瀝青改性劑SBS后，其氧指數有所下降，更易著火燃燒，其測定結果與文獻相符。

3.2 膨脹石墨阻燃性能研究

由于基質瀝青和改性瀝青極限氧指數基本相當，所以在具體實驗過程中，選擇可膨脹石墨和改性瀝青進行了實驗，并與其他常用瀝青阻燃劑進行了對比，實驗數據如表2。

表2 可膨脹石墨阻燃性能測定 %

由表2可知，膨脹石墨的阻燃效率遠大于傳統無機阻燃劑氫氧化鋁和氫氧化鎂，和鹵系阻燃劑基本相當。由于膨脹石墨特殊的阻燃機理，使得其在阻燃過程中無任何有毒和腐蝕性氣體產生，對環境沒有任何危害。不僅如此，致密的隔離層還阻止了大量有害煙氣的產生和擴散。

3.3 物理性能影響研究

實驗中，我們選擇對含有不同摻量膨脹石墨的齊魯石化70號基質瀝青和改性瀝青進行針入度、軟化點、延度的測試，結果如表3。

表3 阻燃劑對瀝青物理性能的影響

表4 阻燃劑對改性瀝青物理性能的影響

由表3、表4可知，當膨脹石墨加入到基質瀝青、改性瀝青后，由于其屬于無機物，所以與瀝青相容性較差，使得針入度和延度發生了一些不良改變，但摻量在5%～10%范圍內，改變幅度有限，不影響瀝青和改性瀝青的使用性能。

4 結果與討論

膨脹石墨受熱膨脹的初始溫度為230℃，240℃～280℃時，開始迅速膨脹，最高可達原體積的200～300倍。而一般瀝青混凝土施工溫度在180℃以下，所以在高溫施工過程中，膨脹石墨不會發生變化，可以滿足施工要求。通過實驗不難發現，可膨脹石墨不僅具有鹵系阻燃劑高效阻燃的特點，同時還兼顧了無機阻燃劑環保無毒的優點，在一定范圍內，對瀝青的物理性能改變也非常有限，可以滿足相關技術指標的要求，是一種優良的瀝青阻燃劑產品。