張志敏

（山西省交通科學(xué)研究院 黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006）

0 引言

隨著隧道鋪裝技術(shù)的進(jìn)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(huì)放出大量煙霧和有毒氣體，由于隧道空間相對(duì)封閉，燃燒產(chǎn)生的毒氣、煙霧和熱量很難散失，往往導(dǎo)致火災(zāi)事故發(fā)生后人員逃生困難，造成災(zāi)難性事故，損失慘重[1]。2014年3月1日，山西晉濟(jì)高速巖后隧道內(nèi)兩輛甲醇車相撞導(dǎo)致甲醇泄漏爆炸，爆炸引起瀝青路面及周圍滯留運(yùn)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(jīng)濟(jì)損失8 197萬(wàn)元。由此可知，瀝青阻燃劑的研制對(duì)于保證運(yùn)營(yíng)安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文將膨脹石墨加入瀝青中，對(duì)阻燃瀝青的阻燃性能和力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該瀝青阻燃劑在不改變?yōu)r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(jī)理

膨脹石墨的阻燃屬于凝固相阻燃機(jī)理，其受熱到一定程度后，膨脹石墨就會(huì)開(kāi)始膨脹，從而形成一個(gè)很厚的多孔碳化層，該碳化層能在瀝青表面形成穩(wěn)定的碳化層，可以將瀝青和熱源隔開(kāi)，不僅如此，碳化層還可以隔絕氧氣，阻止可燃?xì)怏w外逸，降低發(fā)煙量，從而達(dá)到阻燃目的[2]。除此之外，膨脹石墨受熱后不產(chǎn)生有毒和腐蝕性氣體，對(duì)人體無(wú)害，屬于無(wú)毒環(huán)保阻燃劑。

2 試驗(yàn)方法及原材料

2.1 試驗(yàn)方法

瀝青燃燒性能測(cè)定氧指數(shù)法。

2.2 試驗(yàn)用原材料

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

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

3 性能研究

3.1 基質(zhì)瀝青、改性瀝青氧指數(shù)的確定

武漢理工大學(xué)余劍英[3]、山西省交通科學(xué)研究院杜素軍曾對(duì)基質(zhì)瀝青、改性瀝青的極限氧指數(shù)做過(guò)詳細(xì)研究，本文參照其方法，對(duì)上述4種瀝青及改性瀝青進(jìn)行了極限氧指數(shù)的測(cè)定，結(jié)果如表1。

表1 基質(zhì)瀝青、改性瀝青燃燒性能測(cè)定 %

由表1可知，基質(zhì)瀝青、改性瀝青由于組分基本一致，所以所測(cè)極限氧指數(shù)也差別不大，加入瀝青改性劑SBS后，其氧指數(shù)有所下降，更易著火燃燒，其測(cè)定結(jié)果與文獻(xiàn)相符。

3.2 膨脹石墨阻燃性能研究

由于基質(zhì)瀝青和改性瀝青極限氧指數(shù)基本相當(dāng)，所以在具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，選擇可膨脹石墨和改性瀝青進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并與其他常用瀝青阻燃劑進(jìn)行了對(duì)比，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。

表2 可膨脹石墨阻燃性能測(cè)定 %

由表2可知，膨脹石墨的阻燃效率遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)阻燃劑氫氧化鋁和氫氧化鎂，和鹵系阻燃劑基本相當(dāng)。由于膨脹石墨特殊的阻燃機(jī)理，使得其在阻燃過(guò)程中無(wú)任何有毒和腐蝕性氣體產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境沒(méi)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(chǎn)生和擴(kuò)散。

3.3 物理性能影響研究

實(shí)驗(yàn)中，我們選擇對(duì)含有不同摻量膨脹石墨的齊魯石化70號(hào)基質(zhì)瀝青和改性瀝青進(jìn)行針入度、軟化點(diǎn)、延度的測(cè)試，結(jié)果如表3。

表3 阻燃劑對(duì)瀝青物理性能的影響

表4 阻燃劑對(duì)改性瀝青物理性能的影響

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

4 結(jié)果與討論

膨脹石墨受熱膨脹的初始溫度為230℃，240℃～280℃時(shí)，開(kāi)始迅速膨脹，最高可達(dá)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(guò)程中，膨脹石墨不會(huì)發(fā)生變化，可以滿足施工要求。通過(guò)實(shí)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，可膨脹石墨不僅具有鹵系阻燃劑高效阻燃的特點(diǎn)，同時(shí)還兼顧了無(wú)機(jī)阻燃劑環(huán)保無(wú)毒的優(yōu)點(diǎn)，在一定范圍內(nèi)，對(duì)瀝青的物理性能改變也非常有限，可以滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的要求，是一種優(yōu)良的瀝青阻燃劑產(chǎn)品。