隧道亮色阻燃鋪裝涂料的制備及性能研究

劉鵬飛，張 帥，劉 哲

（山西省交通科學(xué)研究院 交通運輸行業(yè)重交通公路養(yǎng)護材料技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新平臺，山西 太原 030006）

0 引言

隧道作為公路交通的重要組成部分，處于一個相對封閉、空間狹小的環(huán)境。傳統(tǒng)的隧道路面鋪裝層多為瀝青混凝土路面，瀝青混凝土路面在隧道內(nèi)較暗環(huán)境中較其他顏色反射光亮度差，易造成交通安全事故。而且瀝青易燃燒，一旦發(fā)生火災(zāi)，瀝青路面會起火并產(chǎn)生大量濃煙和有毒氣體，為隧道內(nèi)逃生、救援造成困難[1]。近幾年隨著我國公路建設(shè)事業(yè)快速發(fā)展，隧道建設(shè)技術(shù)取得了較大發(fā)展，但對隧道內(nèi)路面鋪裝材料方面的研究還相對較少。

筆者通過在環(huán)氧樹脂中添加阻燃劑、顏料和稀釋助劑等，然后和固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)研制出一種應(yīng)用于隧道瀝青混凝土路面之上的鋪裝層涂料，可以起到增亮、阻燃、提高行車舒適性的作用，減少因“黑洞效應(yīng)”而造成的交通事故；即使隧道發(fā)生火災(zāi)，對路面具有良好的阻燃作用，能夠延遲瀝青路面的燃燒，為安全救援爭得寶貴時間[2-3]。

1 試驗部分

1.1 試驗原料及主要設(shè)備

環(huán)氧樹脂，工業(yè)級，無錫鳳凰樹脂廠；環(huán)氧固化劑，工業(yè)級，天津天豪達化工有限公司；無機阻燃劑，工業(yè)級，合肥中科阻燃新材料有限公司；填料：硅微粉、碳酸鈣等均選用市售化工原料；其他助劑：促進劑、增韌劑、偶聯(lián)劑、稀釋劑等均選用市售化工原料。

分光測色計CM-2300d，柯尼卡美能達；光度儀HYD-09，哈爾濱宇達電子技術(shù)有限公司；氧指數(shù)測定儀HC-2C，南京上元分析儀器有限公司；電動攪拌裝置SWFS-400，上海索維儀器廠；電子萬能試驗機CMT4304，美特斯(MTS)工業(yè)系統(tǒng)。

1.2 樣品制備

a）A組分制備 在低黏度環(huán)氧樹脂中加入稀釋劑與填料攪拌均勻，然后加入相關(guān)助劑繼續(xù)攪拌均勻，脫泡。

b）B組分制備 將固化劑、促進劑混合攪拌均勻即可。

c）樣品制備 將A、B組分按照一定比例混合，攪拌均勻，脫泡后按相關(guān)標準注入模具或試驗樣板，固化成型。

圖1 隧道亮色阻燃鋪裝涂料制備流程圖

1.3 試驗測試

亮色性能試驗執(zhí)行標準：JT/T 280—2004；阻燃性能試驗執(zhí)行標準：GB/T 2406.2—2009；力學(xué)性能試驗執(zhí)行標準：GB/T 2569—1995。

2 結(jié)果與討論

2.1 隧道亮色阻燃鋪裝涂料亮色性能研究

通過添加不同色彩的顏料制備涂料并將其均勻涂抹在試驗樣板，用色彩色差計檢測，可以測試出不同顏色涂料的亮度因數(shù)和色品狀況。試驗結(jié)果如表1所示。

表1 不同顏色鋪裝涂料亮度因數(shù)

由表1可見，當(dāng)涂料為白色其亮度因數(shù)最高，黑色最低。當(dāng)?shù)缆仿访鏋榘咨珪r行車過程會造成人眼視覺疲勞，不宜采用，故在隧道內(nèi)一般常采用黃色顏料進行鋪裝。在同樣光照條件下，淺黃色鋪裝涂料的亮度因數(shù)是黑色的近40倍，橘黃色鋪裝涂料亮度因數(shù)是黑色的14倍。隧道亮色（黃色）阻燃鋪裝涂料在同樣光照下比黑色瀝青路面、灰色水泥混凝土路面更具增亮效果。

2.2 隧道亮色阻燃鋪裝涂料阻燃性能研究

極限氧指數(shù)法（LOI）：是指在規(guī)定的條件下，材料在氧氮混合氣流中進行有焰燃燒所需的最低氧濃度。以氧所占的體積百分數(shù)的數(shù)值來表示。氧指數(shù)高表示材料不易燃燒，氧指數(shù)低表示材料容易燃燒，一般認為氧指數(shù)小于22屬于易燃材料，氧指數(shù)在22～27之間屬可燃材料，氧指數(shù)大于27屬難燃材

料[4]。

本實驗將兩種無機阻燃劑按1∶1復(fù)配，做極限氧指數(shù)實驗，經(jīng)國家建筑材料測試中心出具檢測報告顯示氧指數(shù)為27.6，檢測結(jié)果如圖2所示。

圖2 國家建筑材料測試中心氧指數(shù)檢驗報告

由圖2可見該隧道亮色阻燃鋪裝涂料極限氧指數(shù)可以達到27以上，具備阻燃能力。

2.3 隧道亮色阻燃鋪裝涂料力學(xué)性能研究

2.3.1 抗彎強度

將配制好的隧道亮色阻燃鋪裝涂料按照相關(guān)標準進行裝模、養(yǎng)護，然后在萬能試驗機上進行抗彎強度測試。試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 抗彎強度測試試驗分析圖

圖3 所示試驗樣條的破壞載荷大都在3 900 N以上，均達到理想要求。施工涂裝后具有一定的柔韌性，可滿足應(yīng)力傳導(dǎo)引起的震動，抗彎折能力強。

2.3.2 抗壓強度

由于該涂料應(yīng)用在隧道路面上不斷地經(jīng)受車輛的碾壓，需承受足夠大的壓力。將配制好的隧道亮色阻燃鋪裝涂料按照相關(guān)標準進行裝模、養(yǎng)護，然后在萬能試驗機上進行測試。試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 抗壓強度測試試驗分析圖

通過圖4可以看到：在壓力超過8.0 kN時材料才會被破壞。這在樹脂澆注體中甚至比橋梁接縫膠、黏鋼膠效果都要好。故其抗壓強度可以滿足路面行車要求。

2.4 隧道亮色阻燃鋪裝涂料微觀性能表征

將隧道亮色阻燃鋪裝涂料制成標準樣條，在空氣中燃燒，然后將其燃燒物與未燃燒的試驗樣條分別做掃描電子顯微鏡（SEM）分析，試驗結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖5 未燃燒試驗樣條SEM圖

圖6 燃燒后試驗樣條SEM圖

圖5 和圖6是對隧道亮色阻燃鋪裝涂料試驗樣條燃燒前后的掃描電子顯微鏡對比分析，發(fā)現(xiàn)圖6結(jié)晶物較圖5多，且團聚比較密集。這是其中的阻燃劑在發(fā)生燃燒反應(yīng)后脫水造成的，微觀結(jié)構(gòu)研究進一步證明阻燃填料起到阻燃作用。

3 結(jié)論

隧道亮色阻燃鋪裝涂料作為一種特殊功能材料，應(yīng)用于隧道路面面層，是對隧道內(nèi)交通環(huán)境的一次革新，與普通瀝青混凝土路面相比，因其色彩變化和阻燃性在促進道路交通安全、美化狹小空間等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。針對傳統(tǒng)隧道瀝青路面、水泥路面應(yīng)用的局限性，在同等強度光照下，可以明顯提高隧道內(nèi)路面的亮度，提高車輛在隧道內(nèi)行駛的舒適度，有效降低交通事故的發(fā)生率，推動隧道路面鋪裝層技術(shù)的進一步發(fā)展。