隧道沥青阻燃效果试验
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3． 1 阻燃剂的掺加量对阻燃性能的影响
第 38 卷 第 28 期 2012 年10 月
刘 利：隧道沥青阻燃效果试验研究
·119·
要确定阻燃剂性 能，最 主 要 还 是 要 确 定 其 极 限 氧 指 数 指 标。
从图 3 ～ 图 5 可以看出，沥青的三大指标（ 针入度、延度、软化
同样将上述两种阻燃材料按一定比例加入改性沥青当中，进行可 点） 均随阻燃剂掺量增加而不同程度降低。说明阻燃剂对沥青性
样稳定燃烧的氧、氮混合气体的最低氧浓度。用 OI 表示，其表达
关系式如下：
OI
=
QO QO + QN
× 100% 。
其中，QO 为氧气流量，L / min； QN 为氮气流量，L / min。
氧指数（ OI） 越高，表明材料燃烧需氧量越大越不易燃烧。由
于空气中的氧气浓度一般为 21% ，所以小于 21% 即为易燃材料。
2 阻燃剂评价指标
目前高分子聚合材料阻燃性能测试方法主要有极氧指数、燃
烧法、烟密度法等。这里主要介绍极氧指数。国际上许多组织和
国家都将极限氧指数作为评价材料燃烧难易程度的通用指标。
沥青燃烧能力的评价方法同样优先可以采用氧指数法。根据定
义，氧指数是在规 定 试 验 条 件 下，恰 好 维 持 初 始 温 度 为 室 温 的 试
2） 链传递。
即游离基作用于 参 加 反 应 的 分 子，在 生 产 产 物 的 同 时，产 生
新的游离基，使反应链自发的一个传递一个，不断进行下去。
3） 链终止。
即游离基与器壁碰撞而成为稳定分子，或者两个游离基与第
三个惰性分子相撞后失去能量而成为稳定分子，或反应物全部变
完，游离基消失，使链反应终止。
火源
沥青wenku.baidu.com
可燃气体 难燃气体 固体 烟尘
图 1 沥青降解过程
根据近点连 锁 反 应 理 论 认 为，燃 烧 是 一 种 游 离 基 的 连 锁 反
应，也称链反应。链反应一般经历链引发、链传递、链终止。
1） 链引发。
即游离基的产生，使连锁反应开始。引发方式常见有热源离
解、光照、加入引发剂、氧化还原反应等。
燃性试验并测定沥青持续燃烧能力所需氧气的最低体积分数（ OI 能影响较大。其中，阻燃剂用量对针入度和软化点指标影响较为
沥青的燃烧反应过程可以用如下方程式表示：
RCH2 · + O2 →RCHO + ·OH
（ 链引发）
·OH + CO→CO2 + ·H
（ 链传递）
·H + O2 →·OH + ·O
（ 链传递）
收稿日期： 2012-07-26 作者简介： 刘 利（1986- ） ，女，硕士，助理工程师
阻燃沥青材料燃烧实质上是阻碍或破坏燃烧链式反应过程， 比如可以添加催化剂改变反应条件阻碍链引发的产生，破坏链传 递并使之产生不可燃气体等方式来达到阻止沥青分解，并且抑制 可燃气体的产生。破坏的方式可以是物理或者化学方式。这样 根 据 参 与 形 式 的 不 同，可 以 把 物 理 阻 隔 作 用 的 称 为 添 加 型 阻 燃 剂，把参加化学反应破坏链传递的称为反应型阻燃剂。前者仅是 以物理介质形式抑制沥青受热分解的或者可燃气体产生； 后者可 以作为反应物而参与合成高聚物，使沥青混合物反应成为难燃的 结构链。
当 OI 大于 30% 为难燃 1 级； OI 在 27% ～ 30% 为难燃 2 级； 当 OI
在 24% ～ 27% 为难燃 3 级； 当 OI 在 21% ～ 26% 为难燃 4 级。一般
来说当 OI 大于 27% 表示该材料在火中可以自行熄灭。
3 阻燃剂的性能评价
本文选取两种不同的阻燃剂，为深圳海川的 FRMAX 阻燃剂， 淄博永鼎的 ATH 无机阻燃剂，试验分为两组，每组中阻燃剂材料 按比例掺加，具体如表 1 所示。
摘 要： 根据沥青燃烧理论及阻燃机理，介绍了目前隧道沥青阻燃的可行方式，并且对改性沥青添加不同阻燃剂的效果进行一系
列的对比试验，分析了掺加阻燃剂后对沥青性能的影响及其阻燃效果，得出了科学的结论，有助于提高隧道内行车安全。
关键词： 阻燃沥青，阻燃剂，氧指数
中图分类号： U455
文献标识码： A
0 引言
公路隧道伴随着高速公路修建发展迅速。截 止 2011 年 年 底，全国公路隧道为 7 384 处、512． 26 万 m，已成为世界公路隧道 最多、最长的国家。随 着 公 路 等 级 提 高 和 高 速 化 的 要 求，沥 青 混 凝土取代水泥混凝土已成为隧道路面发展的主要趋势，但由于隧 道内空间局限存在一定的火灾隐患，国内外科技工作者对于应用 于隧道铺装的沥青阻燃性问题研究较少。本文结合阻燃技术的 机理，通过试 验 研 究 添 加 阻 燃 剂 对 改 性 沥 青 材 料 阻 燃 性 能 的 影 响，对于提高隧道内安全行车具有重要意义。
表 1 阻燃剂不同用量下阻燃沥青的极限氧指数
阻燃剂掺量 /% FRMAX ATH
0
3
6
9
12
19． 5
23． 4
26． 3
28． 2
31． 1
19． 5
22． 2
24． 1
26． 2
27． 8
试验对掺加阻燃剂后的沥青进行阻燃性能 （ 氧指数 OI） 测 试； 同时由于阻燃剂的掺量对改性沥青性能有不同程度的降低， 因此本实验同时测定掺加阻燃剂后的改性沥青三大指标（ 软化 点、延度、针入度） ，在满足沥青性能在规范要求的技术指标前提 下，根据阻燃性能和沥青三大指标的测定结果确定两种阻燃材料 各自合理的掺加量。
第 38 卷 第 28 期
·118· 2 0 1 2 年 1 0 月
山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol． 38 No． 28 Oct． 2012
文章编号： 1009-6825（ 2012） 28-0118-02
隧道沥青阻燃效果试验研究
刘利
（ 北京建达道桥咨询有限公司，北京 100015）
1 阻燃机理
沥青的燃烧是指沥青表面发生复杂的氧化反应，跟其他有机 物一样，在空气中具有可燃性。当沥青在空气中受到外部热源或 火源作用时，不乏多种可燃性气体从中得到分解。可燃性气体在 燃烧过程中释放的一些热量，又会进一步促进沥青分解出更多的 可燃性产物，这样 即 使 在 燃 烧 后 将 热 源 移 出，其 燃 烧 并 不 一 定 会 终止。其过程可以用图 1 表示。
第 38 卷 第 28 期 2012 年10 月
刘 利：隧道沥青阻燃效果试验研究
·119·
要确定阻燃剂性 能，最 主 要 还 是 要 确 定 其 极 限 氧 指 数 指 标。
从图 3 ～ 图 5 可以看出，沥青的三大指标（ 针入度、延度、软化
同样将上述两种阻燃材料按一定比例加入改性沥青当中，进行可 点） 均随阻燃剂掺量增加而不同程度降低。说明阻燃剂对沥青性
样稳定燃烧的氧、氮混合气体的最低氧浓度。用 OI 表示，其表达
关系式如下：
OI
=
QO QO + QN
× 100% 。
其中，QO 为氧气流量，L / min； QN 为氮气流量，L / min。
氧指数（ OI） 越高，表明材料燃烧需氧量越大越不易燃烧。由
于空气中的氧气浓度一般为 21% ，所以小于 21% 即为易燃材料。
2 阻燃剂评价指标
目前高分子聚合材料阻燃性能测试方法主要有极氧指数、燃
烧法、烟密度法等。这里主要介绍极氧指数。国际上许多组织和
国家都将极限氧指数作为评价材料燃烧难易程度的通用指标。
沥青燃烧能力的评价方法同样优先可以采用氧指数法。根据定
义，氧指数是在规 定 试 验 条 件 下，恰 好 维 持 初 始 温 度 为 室 温 的 试
2） 链传递。
即游离基作用于 参 加 反 应 的 分 子，在 生 产 产 物 的 同 时，产 生
新的游离基，使反应链自发的一个传递一个，不断进行下去。
3） 链终止。
即游离基与器壁碰撞而成为稳定分子，或者两个游离基与第
三个惰性分子相撞后失去能量而成为稳定分子，或反应物全部变
完，游离基消失，使链反应终止。
火源
沥青wenku.baidu.com
可燃气体 难燃气体 固体 烟尘
图 1 沥青降解过程
根据近点连 锁 反 应 理 论 认 为，燃 烧 是 一 种 游 离 基 的 连 锁 反
应，也称链反应。链反应一般经历链引发、链传递、链终止。
1） 链引发。
即游离基的产生，使连锁反应开始。引发方式常见有热源离
解、光照、加入引发剂、氧化还原反应等。
燃性试验并测定沥青持续燃烧能力所需氧气的最低体积分数（ OI 能影响较大。其中，阻燃剂用量对针入度和软化点指标影响较为
沥青的燃烧反应过程可以用如下方程式表示：
RCH2 · + O2 →RCHO + ·OH
（ 链引发）
·OH + CO→CO2 + ·H
（ 链传递）
·H + O2 →·OH + ·O
（ 链传递）
收稿日期： 2012-07-26 作者简介： 刘 利（1986- ） ，女，硕士，助理工程师
阻燃沥青材料燃烧实质上是阻碍或破坏燃烧链式反应过程， 比如可以添加催化剂改变反应条件阻碍链引发的产生，破坏链传 递并使之产生不可燃气体等方式来达到阻止沥青分解，并且抑制 可燃气体的产生。破坏的方式可以是物理或者化学方式。这样 根 据 参 与 形 式 的 不 同，可 以 把 物 理 阻 隔 作 用 的 称 为 添 加 型 阻 燃 剂，把参加化学反应破坏链传递的称为反应型阻燃剂。前者仅是 以物理介质形式抑制沥青受热分解的或者可燃气体产生； 后者可 以作为反应物而参与合成高聚物，使沥青混合物反应成为难燃的 结构链。
当 OI 大于 30% 为难燃 1 级； OI 在 27% ～ 30% 为难燃 2 级； 当 OI
在 24% ～ 27% 为难燃 3 级； 当 OI 在 21% ～ 26% 为难燃 4 级。一般
来说当 OI 大于 27% 表示该材料在火中可以自行熄灭。
3 阻燃剂的性能评价
本文选取两种不同的阻燃剂，为深圳海川的 FRMAX 阻燃剂， 淄博永鼎的 ATH 无机阻燃剂，试验分为两组，每组中阻燃剂材料 按比例掺加，具体如表 1 所示。
摘 要： 根据沥青燃烧理论及阻燃机理，介绍了目前隧道沥青阻燃的可行方式，并且对改性沥青添加不同阻燃剂的效果进行一系
列的对比试验，分析了掺加阻燃剂后对沥青性能的影响及其阻燃效果，得出了科学的结论，有助于提高隧道内行车安全。
关键词： 阻燃沥青，阻燃剂，氧指数
中图分类号： U455
文献标识码： A
0 引言
公路隧道伴随着高速公路修建发展迅速。截 止 2011 年 年 底，全国公路隧道为 7 384 处、512． 26 万 m，已成为世界公路隧道 最多、最长的国家。随 着 公 路 等 级 提 高 和 高 速 化 的 要 求，沥 青 混 凝土取代水泥混凝土已成为隧道路面发展的主要趋势，但由于隧 道内空间局限存在一定的火灾隐患，国内外科技工作者对于应用 于隧道铺装的沥青阻燃性问题研究较少。本文结合阻燃技术的 机理，通过试 验 研 究 添 加 阻 燃 剂 对 改 性 沥 青 材 料 阻 燃 性 能 的 影 响，对于提高隧道内安全行车具有重要意义。
表 1 阻燃剂不同用量下阻燃沥青的极限氧指数
阻燃剂掺量 /% FRMAX ATH
0
3
6
9
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19． 5
23． 4
26． 3
28． 2
31． 1
19． 5
22． 2
24． 1
26． 2
27． 8
试验对掺加阻燃剂后的沥青进行阻燃性能 （ 氧指数 OI） 测 试； 同时由于阻燃剂的掺量对改性沥青性能有不同程度的降低， 因此本实验同时测定掺加阻燃剂后的改性沥青三大指标（ 软化 点、延度、针入度） ，在满足沥青性能在规范要求的技术指标前提 下，根据阻燃性能和沥青三大指标的测定结果确定两种阻燃材料 各自合理的掺加量。
第 38 卷 第 28 期
·118· 2 0 1 2 年 1 0 月
山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol． 38 No． 28 Oct． 2012
文章编号： 1009-6825（ 2012） 28-0118-02
隧道沥青阻燃效果试验研究
刘利
（ 北京建达道桥咨询有限公司，北京 100015）
1 阻燃机理
沥青的燃烧是指沥青表面发生复杂的氧化反应，跟其他有机 物一样，在空气中具有可燃性。当沥青在空气中受到外部热源或 火源作用时，不乏多种可燃性气体从中得到分解。可燃性气体在 燃烧过程中释放的一些热量，又会进一步促进沥青分解出更多的 可燃性产物，这样 即 使 在 燃 烧 后 将 热 源 移 出，其 燃 烧 并 不 一 定 会 终止。其过程可以用图 1 表示。