隧道阻燃瀝青研究綜述

長安大學 公路學院 李 凱 李 夢

隧道阻燃瀝青研究綜述

長安大學 公路學院 李 凱 李 夢

近年來，我國的高速公路建設發展迅速，建成的公路隧道也越來越多，瀝青路面也與此同時成為隧道路面的主要形式。但由于瀝青是一種易燃材料，因而隧道中一旦發生火災，再加上隧道特殊位置和空間局限性的影響，必然會使燃燒更劇烈、火勢擴展更快更廣，后果將不堪設想。因此來說，對阻燃瀝青進行深入研究是很有必要的。

一、瀝青的燃燒特性與阻燃機制

1.瀝青的燃燒特性。瀝青是一種棕黑色的膠凝狀有機物，由瀝青質、膠質、芳香分以及飽和分四部分組成。瀝青的燃燒是一個非常復雜的物理化學過程。瀝青燃燒時，會依次出現熔融、滴落、流淌、熔珠燃燒、灑落等物理現象，同時會分解產生氫、甲烷、苯及烷烴類易燃氣體，從而使火勢進一步蔓延擴大，甚至釀成火災。因此，解決瀝青易燃問題的關鍵就在于提高瀝青的分解溫度和熔點，使瀝青在受熱過程中不出現熔滴、流淌現象，從而避免其分解產生可燃的有毒氣體。

2.瀝青的阻燃機制。聚合物的燃燒過程受其本身性質的影響，通風、引燃源等外界因素也會對此起到一定的制約作用。聚合物的燃燒是一個周而復始的過程：聚合物吸熱分解釋放出易燃物質，易燃物質與氧發生燃燒反應并釋放熱量，熱量促使原聚合物繼續分解，從而形成一個循環。阻燃體系的作用機制有以下3種。

（1）氣相阻燃機制。氣相阻燃是利用阻燃劑受熱時產生的氣體來抑制燃燒反應。氣相阻燃的形式有3種：阻燃劑受熱分解產生細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；阻燃劑受熱產生高密度蒸氣，使可燃氣體與氧氣隔離，從而中斷燃燒。

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

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

總的來說，燃燒和阻燃都是非常復雜的物理化學過程，也正因如此，所以很難界定一種阻燃體系的阻燃機制。事實上，大部分阻燃體系都是由幾種阻燃機制共同發揮作用的。

二、常用瀝青阻燃劑

瀝青阻燃劑可分為反應型和添加型兩種，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如表1所示。

表1 常用添加型阻燃劑分類及其特點

常用無機阻燃劑主要有氫氧化鋁和氫氧化鎂等，具有無鹵、無毒、抑煙、價廉的特點，但阻燃效率低，用量大。有機阻燃劑的阻燃效率較高，用量相對較少，對瀝青性能的影響也較小，但在燃燒過程中易生成較多的煙和腐蝕性氣體，甚至會產生有毒氣體。大量研究表明：使用多種阻燃劑對瀝青進行阻燃時，阻燃劑之間會出現增效作用，阻燃效果優于單獨使用的效果之和；由于復合阻燃劑具有增效作用，因而添加少量復合阻燃劑就能達到預期阻燃效果，從而可以避免因大量添加阻燃劑而對瀝青路面性能產生不利影響。因此，在條件允許的情況下，應避免使用單一種類的阻燃劑，最好是選擇復合阻燃劑。

三、隧道阻燃瀝青

阻燃瀝青是通過阻燃劑進行改性的瀝青，其過程只是物理混合，兩者之間不存在化學反應，但添加阻燃劑會導致瀝青性能發生變化。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。因此，為制備性能優良的阻燃瀝青，應選擇阻燃效果良好、添加量少、對瀝青性能影響小且能與其他阻燃劑產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。阻燃瀝青的應用可以有效避免隧道內火災形勢的擴大，從而降低損失。

四、結論

1.阻燃瀝青氧指數的測定方法缺乏統一標準。由于測定方法的不同，因而測得的阻燃瀝青氧指數也各不相同，且差別較大。這就導致無法用統一的標準去評價阻燃瀝青的阻燃效果。

2.大力開發高效、環保的阻燃劑。納米復合技術的引入為發展新興阻燃材料提供了一個新途徑，但是目前有關這方面的報道卻寥寥無幾，有待于進一步研究和開發。