隧道沥青路面阻燃技术研究及展望

且碱性矿粉高活性 的分解产物能促进沥青成炭形成保护层 ，从而实现阻
燃。 按照阻燃 学原理 ，目前常用 的石灰石矿粉 ， 于抗滑表层的火成岩 用 粉 ，以及用于抗剥离用的水泥 、消石灰 ，还有硅 藻土改性沥青 、纳米碳 酸钙改性沥青和碳黑改性沥青 中矿物成分都不具有阻燃性能 。
剂 （ 卤一 如 锑协效体 系 ），能够抑制材料 氧化 而促进其生烟 。而一些有 助 于氧化 的抑烟剂则干扰阻燃 。另外 ，４ Ｏ ， ｇ（ Ｈ）等某些 ， １（ Ｈ） 、Ｍ Ｏ ，
・
＋Ｄ＾ Ｈｏ－ ・ 一 ＋ Ｏ・
② Ｈ ‘ Ｒ Ｈ Ｒ Ｈ’Ｈ Ｏ ＋ Ｃ Ｃ ２ ｐ ＋
０・ ＋Ｈ－＋ Ｈｏ－ Ｈ・ ＋
￣Ｒ ｎ ’ ｏ Ｒ Ｈ ＋ Ｏ ｃ ２ Ｃ ＯＨ ‘ ＋ ＠Ｃ ＋ Ｏ —Ｃ Ｈ Ｏ Ｈ ・，ｏ＋ ・ 其中 ， Ｏ Ｈ ・ Ｄ＋ 是最主要的放热反应。 Ｃ ＋ Ｏ 一ｃ ＾ 因此 ， 要实现沥青的阻燃 ，首先就要在沥青的表面形成隔离区，确 保沥青在受热时不熔滴流淌 ，阻止沥青接收热能而与氧气反应 ， 从而抑 制上述连锁反应 ；另外还要增加分解气体 中的不燃 成分等 。归纳起来 ， 沥青 的阻燃机理主要有 ： １ 凝聚相阻燃 ，即指在凝聚相 中延缓或 中断燃烧 ，阻止沥青 的热 ） 分解和可燃性气体的释放。 比如，膨胀 型阻燃剂燃烧 时在其表面生成多 孔炭层 ，此层隔热、隔氧 ，又可阻止可燃气进入气相 ； 另外 ，含大量无 机填料 的阻燃材料，填料既能稀释被 阻燃 的基材 ，又具有较大的热容 ， 既可蓄热 ， 又可导热，因此被阻燃基材不易达到热分解温度等。 ２ 气相阻燃 ，即指在气相中 中断或延缓可燃气体 的燃烧反应 。表 ） 现 为受热时 ，阻燃剂产生活性气体化合物 ，影响火焰形成或增长；产生 细微烟粒子 ，影响燃烧 中的活性 自由基 的集合或终止 ； 释放大量惰性气 体 ，稀释或隔绝氧气或可燃性 产物，并降低可燃气体温度 ，延缓或终止 燃烧 。比如卤系阻燃剂 。 ３ 吸热阻燃 ，即指吸热能分解的化合物 ，如氢氧化铝等能产生水 ） 蒸气或其他不燃气体 ，稀释气相中可燃物浓度 ，并具有冷却作用 ， 使被 阻燃基材的温度降至维持燃烧所 必需 的温度 以下 ，同时热分解的残余物 还可 以作为保护层。 ４ 抑烟 ，即指能够抑制由于材料燃烧和升华作用产生并散布于空 ） 气 中但不发光的悬浮物 。如通过捕获 自由基在气相发挥阻燃作用的阻燃
张厚记等研发 了一种Ｍ － Ｆ 矿粉 ，价格约为ｌ０元／ ， ＰＡ Ｒ Ｏｏ 吨 具有 阻燃 抑烟功能 ，当Ｍ — Ｆ 矿粉掺 量与沥青的比例为ｌ ，１ 和２ 时 ，极 限 ＰＡ Ｒ ： ： ： ２ ｌ ３ 氧指数从２ ４ ｎ ％增加到２ ％、２ ． ３ ４ ％和２ ． ８ ７ ％，满足阻燃沥青极限氧指数 ６ ＞２％的要求 ；而且水平燃烧试验都达到难燃 等级Ｉ 且与沥青掺量 比例 ３ ， 为１０ ０％时的烟密度等级 为５ ，相对于 （ Ｈ）矿粉和石灰石矿粉 的烟 ７ Ｏ ， 密度 明显降低 。
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２ｌ 蹦菹沥青 路面 阻燃技 术
２１ 阻燃 剂 的 应 用 ．
２３ 阻燃纤维的应用 ． 目前的隧道沥青路面表层仍主要为Ｓ Ａ Ｍ 结构 ，需要添加易燃并助长 沥青燃烧的木质纤维和聚合物纤维 。因此 ， 用具有阻燃效 能的矿物纤维
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应 用 方 法 论
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代替木质纤维和聚合物纤维具有现实的意义。 、 研究发现一种 由我国 自己生产 的，类似石棉的碱性矿物质纤维 ，价 格仅为０ 万元， ． ５ 吨，远低于玄武岩矿物纤维 （ ． ２ １ ～ 万元， ） ５ 吨 。通过阻燃 试验发现 ， 该纤维 主要５４ 吸热峰温度范围为３０ ， ５ ＇ ５ ℃时开 Ｙ － ￣ ５ ＇， ０ Ｕ ， Ｃ，３０ ４ 始吸热分解 ， 正好在沥青闪点附近发生 吸热释水反应 ，从而稀 释降低可 燃 物浓度 ，起到阻燃作用 ；而且脱水分解后 的高活性产物具有很大的 比 表 面积 ， 吸收烟和可燃物 ， 会 有一 定的抑烟效果 。此外 ， 该纤维具有 良 好 的热绝缘性质 ，并能够溶解于人体呼吸 系统的酸性环境而消失或者圆
含氮阻燃剂 、氢氧化铝 、 氢氧化镁等 。 １ 有机 卤素化合物 阻燃剂 。有机 卤素化合物阻燃剂 是 目 世界上 ） 前 产量最大的有机阻燃剂之一 。在高温条件 下，有机 卤素化合物会分解 ， 释放 出卤化 氢化合物。 卤化氢化 合物是难燃 气体 ，可以稀释空气 中的 氧 ，并能与Ｈ ・ ０ ， 等作用而降低其浓度 ，此外，卤化氢化合物的 Ｏ ，・・ 密度大于空气 ， 会在沥青表层形成保护层 ， 从而实现阻燃。 但是 ，有机卤素化合物阻燃剂在分解时会产生多溴联苯类及多溴联 苯醚类 ， 其化学结构与二嗯英相似 ，燃烧后可能会产生具有强致癌性的 二嗯英类物质 。另外 ，有机卤素化合物分解生成的卤化氢气体 ，会增加 隧道内烟雾的浓度和烟窒息的可能性 。 ２ 含氮阻燃剂。在受热分解时 ， （ Ｈ ） Ｐ ） Ｎ ４ ， ｏ等无机铵盐会生成 难燃性气体＾ ， 稀释 了氧气的浓度，且能与氧气反应生成Ｍ和 Ｄ， 起 阻隔空气和吸收热量的作用 ， 从而实现阻燃 。 但是 ，含氮阻燃剂一般都是可溶或者易溶于水的物质 ，除非做表面
且 ，高温情况下 ，水蒸气可以与炭粒发生氧化反应 ，减少发烟量。 但是 ， 氢氧化铝 的热分解温度为１０ ２０Ｃ ８ ～ ０ ￣ ，而沥青在一般施工过程 中都要加热到１０ ，因此在热拌 沥青 混合料 中的使用具有一定 的局限 ８％ 性， 并且只适用于火势较小的情况。 ２２ 阻燃矿粉 的应用 ． ， 矿 粉 ，也 称 为 填 料 ，是 指 在 沥青 混 合 料 中 起填 充 作 用 的粒 径 ＜ ． ５ ｍ的矿物质粉末 ，通常由石灰岩或岩浆岩 中的强基性憎水性石料 ０ ７ｍ ０ 加工磨细制得矿粉。阻燃矿粉 ，是指具有阻燃性能的矿粉。 张厚记等研究认为 ：在保证矿粉与沥青 良 好粘 附性的条件下 ，阻燃 矿粉在室温至沥青 混合料施 工温度 的２ ０ ０ ℃以内要保持稳定 ，不发生任 何物理化学反应 ；在沥青燃点３ ０Ｃ ４ ０Ｃ 右时 ， ０ ￣一 ０ ￣左 碱性羟基矿粉 能大 量的吸收热量 ， 去高比例的结构水 ，水在气化过程 中稀释氧浓度 ，并 失
索 、分析和归纳 ，继而提 出了沥青路 面阻燃技术今 后的发展方 向。 关键诩 隧道路 面 ；沥青 ；阻燃技术
中圈分 类 号 Ｔ 文 献标 识 码 Ａ Ｕ 文 章编 号 １７—６ １（ １）８— １８０ ６３ ９７一２ １ １０６—２ ０ ０
近年来 ，随着我 国高等级公路从 平原微丘 区向山岭重丘 区的延伸 ， 大量隧道和隧道群出现 ， 并且不断地向长大化发展 ，再加上行车速度和 密度的不 断增大 ，车辆 在行驶过程中 ，由于相互碰撞 、 货物 的自 等原 燃 因造成 隧道火灾事故也在频繁发生。由于隧道发生火灾时，大量的烟和 热不易排 除，隧道内烟雾弥漫 ，能见度急剧下降 ；再加上高温和毒气 ， 给安全疏散和救援工作带来很大困难。因此 ，隧道路面的阻燃技术引起 了学者的广泛关注。
阻燃剂是指能够提高易燃或可燃物的难燃性 、自 熄性 或消烟性的功 能性助剂。 目前，常见的阻燃剂有有机卤素化合物阻燃剂 、 有机磷系阻燃剂 、
１ 沥 青 的燃烧 机理 及 阻燃机 理 清华大学 的龚景松等 曾对９＃ ｌ ０ 、１ 和１０ｊ路沥青做过热重分析， ４＃ ￣ 结果表明 ：在２ ０ ５ ０ 时 ，沥青受热最容易发生质量损失 ，并且不 同 ５—３￣ Ｃ 沥青热解 的温度具有相似性。当沥青燃烧时 ，热解产生的可燃性产物会 与氧气发生一 系列的反应 ：
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应 用 方 法 论
２ 第期 科年 １ ０ ５ １ 霸 １
隧道沥青路 面阻燃 技术研 究及展 望
高 涛
（ 河南 省公路 工程 局集团有限公 司，河南郑州 ４ ０ ０ ） ５０ ７
摘 要 针对 隧道沥青路 面火灾 的危 害 ，概述 了沥青的燃烧机 理及阻燃机 理 ，分别对 隧道沥青路 面材 料性阻燃及 结构性 阻燃 技术进行 了探
无机物 同时具有阻燃和抑烟功能。钼 、锌 、铁 、 的化合物也是常用 的 锡 抑烟剂。 ５ ）中断热交换 ，即指带走 被阻燃基材燃烧产生的部分热量而降低 原材料的吸热量 。如通过促进材料解聚或分解 ， 有利于材料熔融滴落带 走大部分燃烧热 ，使得材料不能维持热分解 温度，因而不能持续提供可 燃性气体 ， 使得燃烧 自熄。
化 ，不对人体造成危害。 ２４ ＯＧＦ 汽 油逃 逸技术 ． Ｃ Ｏ Ｆ 是 一 种具 有 高孔 隙 率 的开 级 配沥 青混 合 料 ，空 隙率 高 达 Ｇ Ｃ
材料内部渗透 ， 使得燃烧界面上 的氧化反应难以充分进行。随着纳米尺 寸的减小，纳米级材料的比表 面积急剧增大 ， 面原子数及 比例迅速增 表 大。避免了现在微米级无机 阻燃剂填充量大 、阻燃效率不高的缺陷 。纳 米材料的小尺寸效应 、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应 等特性 ，以及 纳米级阻燃 聚合物较低的密度 、良好的柔韧性 、 较高的硬度 以及 良好的 耐热性等特点 ， 都使得纳米级阻燃剂具有明显 的优势。 另外 ，据统计数据显示 ，火灾中的烟雾会大幅度降低可见度 ，增加 遇难 者恐惧心理使其迷失逃生方向 ，并妨碍救援者即使准确 的到达火灾 现场 ，隧道火灾 中伤亡的人员只有 １％ 由于灼伤 而死 ，而高达８ ％的 ５是 ５ 人员则是死于毒烟的窒息 。因此 ，高效抑烟材料的研究，也应该是今后 隧道沥青路面阻燃材料 的一个重点方向。 ３ 结构 阻燃技术 的发展展望 ． ２ 目前，虽然隧道沥青路面仍 主要采用Ｓ Ａ Ｍ 面层。但是 ，由于Ｏ Ｆ 沥 ＧＣ 青路 面 自身的优 良特性 ， 少学 者陆续地就Ｏ Ｆ 沥青路 面的汽油逃逸 不 ＧＣ 阻燃技术开展 了研究 。 研究表明 ：Ｏ Ｆ 沥青路面能够较快的疏散泄露 的液体燃料 ，使参 ＧＣ 与燃 烧 的燃 料量减少 ，而且 Ｏ Ｆ 面层 的空隙能够 吸收一定 的液 体燃 Ｇ Ｃ 料 ，并且空 隙的微孔阻隔效应使其避免快速参与燃烧 ；Ｏ Ｆ 的含油量 ＧＣ 较少 ，可以减少参与燃烧的沥青量 ， 而实现阻燃 。 从 因此 ，在设计Ｏ Ｆ 沥青路 面合理空隙率的同时 ，如何实现在沥青 ＧＣ 中添加合适的阻燃剂 ，或者将研制开发的新型阻燃矿粉或阻燃矿物纤维 替代常规的矿粉 ，实现材料 阻燃和结构阻燃的融合 ，就成为隧道沥青路 面阻燃技术发展的一个新方向。
４ 结 柬语
１％～５ ８ ２％，具有排除路 面积水 ，减少水雾 、 眩光 ，降低噪音 ，抗滑性能 好 ，防止水漂等功能。用其铺筑隧道路面防滑磨耗层 ，不但能显著提高 雨天抗滑性能，而且能减少噪声和防止眩光 。 Ｏ Ｆ 汽油逃逸技术 ，就是指 在隧道阻燃沥青路面 的研究 中引进 了 ＧＣ Ｏ Ｆ 铺装技 术。当隧道内发生液体燃料泄漏时 ， ＧＣ 液体燃料能够 通过 竖 向的空隙迅速渗入 排水面层 ，然后通过横 向的孔隙排 向路面边缘 ，最 终排 向道路两侧 的边沟 ，使得燃 料远离着 火点 ，不参 与燃烧 。另外 ， Ｏ Ｆ 面层 中的空隙能够吸收一部分燃料并处于饱 和状态 ，该部分燃料 ＧＣ 处于着火点的温度条件下 ，但是空隙中没有足够 的氧气 ，所以液体燃料
防水处理 ，不能作为主要成分使用 。 ３ 氢氧化铝 。氢氧化铝阻燃剂简称Ａ Ｈ 占无机阻燃剂的８ ％以 ） Ｔ ， ０
上 ，具有阻燃 、消烟和填充功能 ，以及价格低 、不挥发 、腐蚀小和无毒 等优点。在受热分解 时，氢氧化铝 等会吸收大量的热而释放出 自身的结 合水 ，使材料难 以达到热分解温度 和燃烧温度 。另外 ，水在变成水蒸 气的过程 中，体积大 幅度增大 ，可以稀释生成的可燃性气体和烟雾。而