阻燃沥青及沥青混合料研究

组成。
一段时间后，便可制成阻燃沥青。若阻燃剂表面活 性较差，便会在沥青中出现离析、沉淀难融等问 题，这样就会影响到沥青的性能指标，尤其是延 度。这时，可以用硅烷偶联剂对阻燃剂进行处理或 者将阻燃剂微胶囊化。 随着人们环保意识的越来越高，阻燃环保沥 青越来越受关注，制备性能优良的阻燃环保沥青
必须考虑：（１）避免阻燃过程中放出大量含有毒气
路工程沥青及沥青混合料试验过程》（删０５２—２０００）
测定阻燃沥青的闪点。闪点越高，说明阻燃沥青的 极限燃点越高，阻燃效果越好。 虽然不同的研究都采用氧指数指标来评价沥 青的阻燃性质，但由于测试方法不规范不统一导 致氧指数测试结果差异较大。 ２．２阻燃沥青的应用 国外对阻燃沥青的研究较早，以卤系和磷系 作为阻燃剂，主要应用于屋面阻燃沥青油毡和沥 青涂层，其重点是突出实用性，针对隧道沥青路面
表１常用添加型阻燃剂分类及其特点 常用阻燃剂 分类 特点
金属氢氧化物具有阻燃、和抑烟的功能，阻燃效率 阻燃剂 低，填充量大。
１阻燃剂
１．１阻燃剂的阻燃机理 根据沥青的燃烧特性，沥青阻燃剂的阻燃原 理主要有吸热、覆盖、抑制链反应及不燃气体窒息 作用等。 （１）吸热机理，高温时阻燃剂能吸收燃烧放出 的热量，降低可燃物表面的温度，有效抑制可燃性 气体的生成。 （２）覆盖机理，阻燃剂在高温下能在沥青表面 形成稳定的泡沫状的炭化层，隔绝热量和氧气，同 时阻止可燃气体向外逸出，使燃烧终止产生自熄。 （３）抑制链反应机理，阻燃剂能在燃烧初期，
万方数据
２０１４年４月第４期
城市道桥与防洪
科技研究２２３
人、李力等人对路用阻燃沥青的研究现状进行了 归纳和总结，提出了开发出环保高效的阻燃沥青， 少用甚至不用卤系、磷系这些放烟量大、价格贵的 材料。王晓英等人通过介绍金属氢氧化物、溴系、 有机磷系阻燃剂等新型环保阻燃剂的研究状况， 指出烷基次膦酸盐是应电子电器工业需要而产生 的、具有发展前景的阻燃剂。 单一的阻燃剂对沥青的阻燃效果不是很理 想，而复合阻燃剂由于具有协同阻燃作用可以显
我国最早进行研究的是重庆交通设计院的陈 辉强、陈仕周等采用有机卤素和无机金属化合物 作为ＳＢＳ改性沥青的阻燃剂，阻燃剂掺量为ＳＢＳ 改性沥青质量的７％左右，氧指数由１９提高到２３， 成功应用于渝（重庆）一合（合川）高速公路北碚隧 道和西山坪隧道的沥青路面铺装工程，但是阻燃 改性沥青的氧指数不高。 ２００５年１月，何唯平等人公开了一种阻燃沥 青，明确指出了“阻燃”与“抑烟”同等重要。２００６年 １１月，余剑英等人发明公开一种无卤阻燃聚合物 改性沥青及其制备方法。同年４月丁庆军等人公 开了一种防火降噪防滑隧道路面材料的制备方 法，这种路面材料由矿料、高粘度阻燃改性沥青和 纤维组成。其中所使用的沥青阻燃抑烟剂主要由 十溴联苯醚、三氧化二锑、氧氧化铝和复合抑烟剂
徐青柏等人公开了一种路用阻燃沥青组合物 及其制备方法，其中所用的阻燃剂采用溴系阻燃 剂、卤系阻燃剂等，同时考虑到阻燃沥青热储期间 阻燃剂的离析问题加入偶联剂和相容剂。谭忆秋
等通过试验提出卤一锑一硼阻燃方案，即十溴二
苯乙烷（ＤＢＰＥ），三氧化二锑（Ｓｂ：Ｏ，），硼酸锌（ＺＢ） 和氢氧化铝（ＡＴＨ）组成的协效阻燃体系，极限氧指 数由１９．３％提高到２８．１％，阻燃效果好，且材料的 闪点、燃点及毒性都满足施工及环保性要求。 综上所述，目前在大量的阻燃沥青路面研究
３阻燃纤维
３．１纤维的分类
阻燃纤维的定义【６】可以依据其燃烧特性分类
说明。纺织材料的燃烧是一个复杂过程，分为三个 阶段：（１）材料受热到热裂解温度时，大分子发生 裂解，生成低分子产物，包括可燃气体、不可燃气体 和碳化残渣；（２）可燃气体与氧气混和，温度达到着 火点或遇其他火源时，着火燃烧并释放光、热、烟； （３）放出的热量使纤维继续燃烧，引起火焰蔓延。 在有火焰燃烧的同时，还有裂解的碳化残渣与氧
１．３阻燃剂的选取
阳卫军等人对卤一锑阻燃协同体系的阻燃机 理进行了分析，发现卤一锑阻燃协同体系具有优 异的阻燃性能和低廉的价格，是早期复合阻燃剂 的主流。李荣勋等人以十溴二苯乙烷（ＤＢＤＰＥ）和三 氧化二锑（Ｓｂ２０３）作为复合阻燃剂，对聚对苯二甲酸 丁二醇酯（ＰＢ，Ｉ＇）进行改性，结果发现阻燃剂 ＤＢＤＰＥ／Ｓｂ２０，对ＰＢＴ具有良好的阻燃效果。杨树
发生固相燃烧即阴燃。描述纤维燃烧的指标有极
４阻燃矿粉
由于沥青混合料中矿粉所占的比例约５％一１０％， 是沥青用量的１—１．５倍，因此只要矿粉能在沥青 燃点附近发生脱水或者吸热或者成炭的化学反 应，就会起到较好的阻燃作用。 张厚记利用碱性阻燃矿粉（简称ＭＰ—ＡＦＲ）ＩｉＩＩ 经济又有阻燃的效果；武汉理工大学刘新权、丁庆 军等用以氢氧化铝（ＡＴＨ）为主体，利用氢氧化镁 （ＭＨ）的协同作用、Ｚｅｏｌｉｔｅ沸石粉的促进作用、硅藻 土的改性作用开发出集阻燃、改性功能于一体的 ＡＭ—ＺＤ阻燃型矿粉，沥青胶浆极限氧指数ＬＯＩ在 ３０％以上，理化性能优于石灰石矿粉，依据我国的 《塑料燃烧性能试验方法一水平燃烧法》 ＧＢ／Ｔ２４０８—１９９６与美国ＡＮＳＵＬ一９４试验方法分别 对ＡＭ－ＺＤ阻燃型矿粉、ＡＴＨ及石灰石矿粉与沥青 混合制备的沥青胶浆进行水平与垂直燃烧测试， 划分燃烧等级。测试结果列于表３。
限氧指数ＬＯＩ、着火点温度、燃烧时间、火焰温度等
指标。目前国际上广泛采用极限氧指数ＬＯＩ（Ｌｉｍｉｔ
Ｏｘｙｇｅｎ
Ｉｎｄｅｘ）来表征纺织品的可燃性。所谓极限氧
指数，是指试样在氧气和氮气的混合气体中，维持 完全燃烧状态所需的最低氧气体积分数。ＬＯＩ值愈 大，说明燃烧时所需氧气的浓度愈高，常态下愈难 燃烧。根据ＬＯＩ值的大小，各种纤维按其燃烧性能
施工技术规范》在沥青混合料中掺加的纤维稳定 剂宜选用木质素纤维、矿物纤维等。矿物纤维宜采 用玄武岩等矿石制造，易影响环境及造成人体伤 害的石棉纤维不宜直接使用。条文说明中又规定： 近年来美国有一种观点认为木质素纤维拌制的沥 青混合料不能再生使用，矿物纤维与集料品种一 样，能再生使用，所以矿物纤维用量大为增加。一 些州甚至规定不能使用木质素纤维，这是一个值 得重视的新动向。 张厚记等人采用不燃烧的矿物纤维取代木质 素纤维或聚合物矿物纤维等易燃纤维，该碱性纤 维类似于石棉纤维，对人体无害且价格低廉，可以 降低沥青路面的燃烧性能。武汉理工大学刘新权 等人也采用张厚记在博士课题研究中开发的 ＭＦ—ＡＦＲ阻燃纤维并运用于ＯＧＦＣ路面。 但阻燃矿物纤维仅适用于改善诸如玛蹄脂筋 青碎石（ＳＭＡ）之类的含纤维的沥青混合料的燃烧 性能，而对于不含纤维的混合料则显得无能为力。
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２２４科技研究
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表２根据ＬＯＩ值对纤维的分类
中，各研究思路和方法基本相同，主要是采用添加 阻燃剂的技术路线来提高路面的阻燃性能，大量 采用的阻燃剂主要是目前最有效的有机溴一梯协 效体系、有机傥系、硼酸锌等。但目前的研究还存 在一些问题，如现在的阻燃剂成本一般较高，导致 使用阻燃沥青路面的修建成本大幅度增加，不利 于沥青阻燃技术的普及应用；有机溴类阻燃剂在 施工和阻燃过程中会产生溴化氧等有毒气体，火 灾发生时产生的有毒气体对被困人员的生命安全 危害较大；为了追求较高的阻燃效果而导致阻燃 剂掺量太大，对阻燃沥青及混合料的工程性质产 生不良影响；存在阻燃剂与沥青的相容性较差的 问题，在运输和储存过程中可能发生分层离析现 象，影响阻燃沥青的性能。所以实际使用中一般通 过对阻燃剂进行表面改性和利用阻燃剂的协同效 应，选择合理的配方，尽可能地满足我们对阻燃沥 青使用性能的要求。沥青阻燃剂的研究应该以高 效、低毒、低烟、经济且降低对沥青性能的不利影 响等作为进一步的发展方向。
（ＯＧＦＣ）用于隧道阻燃路面取得了一定的成效，也存在一些问题，通过列举几种环保阻燃沥青混合料，对阻燃沥青混合料形成一
个思路补充。 关键词：隧道路面；沥青阻燃剂；阻燃矿粉；阻燃纤维；ＯＧＦＣ 中圈分类号：Ｕ４１４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－７７１６（２０１４）０４－－０２２２－０５
０前言
随着中国经济发展和西部大开发的进行，公 路建设不断发展和完善，公路隧道里程也逐年增 加，隧道路面等级逐渐提高，对隧道内行车的舒适 性和安全性也提出了更高的要求。隧道内水泥混 凝土路面存在诸多缺陷：平整度差，影响行车舒适 性；抗滑性能衰减较快，存在安全隐患；灰尘大，ＣＯ 浓度大；行车噪声大且持续时间长；路面接缝较易 破坏等。使得沥青路面正在成为隧道路面铺装的 主流，但沥青的易燃性成为进一步开发隧道沥青 路面应用潜力的一个重要障碍。隧道由于其位置 特殊及空间的局限性，使得隧道内发生火灾时，燃 烧剧烈，温度急剧上升，产生大量的有害烟雾，毒 性较大，人员逃生及灭火困难，造成巨大的经济损 失，因而隧道沥青路面的阻燃性研究具有重要的
收稿日期：２０１３一１２—１０ 作者简介：张立华（１９７０－），男，河北沧州人，高级工程师，从 事公路工程监理工作。
无机嗽剂蓁弑栅燃黧篡烈对槲黝舰械
锑系无机阻燃辅助型阻燃剂，与含卤阻燃剂复配使 剂 用。
卤素类醐剂冀兰警莫了综合性能优良’价格也
有机阻燃剂氮系阻燃剂 磷系阻燃剂 冲淡可燃气体，抑制聚合物持续燃烧。 形成含磷的炭化保护层，抑制燃烧。
意义【１１。
捕捉反应中活性很强的自由基（ＨＯ一和Ｈ一），抑制 连锁反应的发生。
（４）不燃气体窒息机理，阻燃剂能分解出不燃 气体，冲淡燃烧区内氧浓度及可燃气体浓度，阻止 燃烧的蔓延。 １．２阻燃剂的分类 目前对沥青的阻燃方式主要是围绕着在沥青 中添加阻燃剂、抑烟剂来实现的。常见的阻燃剂有 有机卤素化合物、锑系阻燃剂、含氮阻燃剂、磷系 阻燃剂及新型阻燃剂等，常见的阻燃抑烟剂有氢 氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、碳酸钙等。常用阻燃剂 的分类及特点见表１。
２阻燃沥青
２．１阻燃沥青的制备与性能评价指标
对于阻燃沥青的制备，考虑到阻燃的施工工 艺以及《沥青及沥青混合料试验规程》对热拌沥青 混合料制备温度的规定，一般先将沥青加热到一 定温度，再将一定量的阻燃剂和抑烟剂加人沥青 中，最后采用高速剪切混合乳化机或者机械搅拌