阻燃劑在隧道中的運(yùn)用

徐敏

摘要：隨著瀝青路面越來越多的應(yīng)用到隧道路面中,鑒于隧道的火災(zāi)安全,其阻燃性能也必須受到要相應(yīng)的重視;針對隧道路面環(huán)境特點(diǎn),探討了阻燃瀝青應(yīng)用到隧道路面的一些問題,對阻燃劑的選擇、阻燃瀝青的制備和阻燃性能評價(jià)做了分析闡述。

關(guān)鍵詞:隧道瀝青路面阻燃劑阻燃

Abstract: with the asphalt pavement more and more applied to tunnel road, in view of the tunnel fire safety, the flame retardant performance by the corresponding must also to more attention; For the road surface environment characteristics, discusses the application of asphalt pavement to flame retardant tunnel of some problems, the selection of fire retardant agent, flame retardant asphalt preparation and flame retardant performance evaluation are analyzed in this paper.

Keywords: tunnel asphalt pavement flame retardant flame retardant

中圖分類號： U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

隨著國內(nèi)高速公路的跨越式發(fā)展 ,公路隧道越建越多。近年來，為了適應(yīng)隧道內(nèi)特殊的地理環(huán)境和施工條件，以及隧道路面安全性、舒適性、環(huán)境友好和人性化等方面的要求，很多國內(nèi)隧道中開始采用瀝青路面代替水泥混凝土路面，或者在原來水泥混凝土路面加鋪瀝青面層，以提高隧道路面的使用性能和改善隧道運(yùn)營環(huán)境。隧道建設(shè)技術(shù)取得了空前全面快速得發(fā)展，但是隧道內(nèi)路面鋪裝材料及技術(shù)方面的研究還相對較少。然而隧道內(nèi)應(yīng)用瀝青路面必須面臨一個(gè)嚴(yán)峻的問題 ——— 火災(zāi)安全問題，因此國內(nèi)外對阻燃瀝青路面進(jìn)行了一些研究，使瀝青路面充分發(fā)揮自身優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也能滿足隧道內(nèi)特殊環(huán)境對路面的要求。阻燃瀝青路面必須保留一般瀝青路面的優(yōu)良性能，還應(yīng)該具有相當(dāng)?shù)陌踩浴．?dāng)隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，瀝青路面應(yīng)該能滯緩火災(zāi)的蔓延。因此針對隧道內(nèi)路面環(huán)境特點(diǎn)研究開發(fā)瀝青路面阻燃技術(shù)可謂是迫在眉睫，世界各國的相關(guān)研究人員都在致力于各種高效、低煙、低毒瀝青阻燃劑的研究。

一 隧道內(nèi)環(huán)境特點(diǎn)及火災(zāi)危害

1.1 隧道內(nèi)公路路面環(huán)境特點(diǎn)

隧道內(nèi)公路路面與一般公路路段相比有其特殊性 。隧道路面處于相對較為密閉的環(huán)境,受陽光、雨水等氣候因素影響較少。而且隧道內(nèi)水的溫度變化、基礎(chǔ)情況也與一般路段不同。因此,隧道路面的使用性能以及在汽車荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)必然具有其自身的特點(diǎn)。簡單按照一般路段設(shè)計(jì)方法進(jìn)行隧道路面材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)肯定不能適應(yīng)隧道路面的實(shí)際情況,會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)保守或不安全。因此,需要對現(xiàn)有隧道路面的工作環(huán)境進(jìn)行全面認(rèn)真的調(diào)查、分析和研究 。隧道內(nèi)是一個(gè)相對密閉、空間狹小的管狀環(huán)境。隧道內(nèi)不存在洞外的日曬雨淋氣候的影響,并且在夏季洞內(nèi)比洞外氣溫要低,冬季氣溫則是洞內(nèi)較洞外高,全年氣溫相對穩(wěn)定,溫度變化幅度小,溫差小;但隧道內(nèi)濕度大,另外淺層地下水豐富。因此隧道內(nèi)公路路面相對濕滑,不利于行車安全,對路面的抗滑性能提出了更高要求。隧道內(nèi)空氣流動(dòng)性小,空氣易污染，容易聚集有害氣體;隧道內(nèi)沒有日照,常年處于黑暗中,能見度低。因此隧道內(nèi)路面與一般道路 、橋面鋪裝結(jié)構(gòu)在使用環(huán)境上存在較大的差別。

1.2隧道火災(zāi)危害

近年來國際國內(nèi)發(fā)生過多起隧道火災(zāi)事故 ,造成巨大的人員和經(jīng)濟(jì)的損失。2001年世界最長的運(yùn)營公路隧道之一的瑞士 St . Got hard隧道發(fā)生火災(zāi),造成 11人死亡,大火的溫度高達(dá)1200℃,引起隧道頂板大塊坍塌。國內(nèi)近年來的隧道火災(zāi)事故也是時(shí)有發(fā)生 。2003年一輛大客車在貴遵路上因追尾造成車上黃磷著火燃燒,并引起路面燃燒。2004年位于高速公路上海方向山服務(wù)區(qū)附近一輛滿載燃料的油罐車與前方行駛的貨車追尾發(fā)生火災(zāi),造成近400m2的路面燃燒。據(jù)國外統(tǒng)計(jì),地面公路火災(zāi)發(fā)生頻率約為0.71107veh/km ,隧道內(nèi)火災(zāi)發(fā)生頻率約為0.331107veh/km。可見隧道火災(zāi)一旦發(fā)生,其損失就會(huì)非常大。

二 阻燃劑介紹

目前阻燃劑的有很多種類，按化學(xué)組成可分為：無機(jī)阻燃劑和有機(jī)阻燃劑；又可分為：鹵系阻燃劑和無鹵阻燃劑。

2.1 鹵系阻燃劑

主要產(chǎn)品：十溴二苯醚、四溴雙酚A、四溴鄰苯二甲酚酐、五溴甲苯和六溴環(huán)十二烷等等。

阻燃機(jī)理：有機(jī)鹵化物在氣相中能夠產(chǎn)生活性鹵素基團(tuán)HX并能與聚合物降解產(chǎn)生的H和OH自由基相互作用，這樣就可以使自由基濃度下降，從而延緩和終止燃燒的鏈反應(yīng)。

鹵素阻燃劑是目前世界上使用最廣泛的有機(jī)阻燃劑之一，以其添加量少，阻燃效果顯著而在阻燃領(lǐng)域中具有重要地位。但這些材料也存在一些不足：在分解和燃燒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量煙霧和有毒氣體。

2.2 無鹵阻燃劑

2.2.1 磷系阻燃劑

主要成分：按組成和結(jié)構(gòu)可分為無機(jī)磷阻燃劑和有機(jī)磷阻燃劑兩種阻燃劑類型。無機(jī)磷阻燃劑主要以紅磷、磷酸鹽及磷一氮基化合物為主；有機(jī)磷系阻燃劑主要以磷酸酯、亞磷酸酯和膦酸酯為主。除此之外，還有多種磷取代基的化合物、多聚物等。

阻燃原理：磷系阻燃劑受熱時(shí)分解生成熱穩(wěn)定性很強(qiáng)的聚偏磷酸，并且能夠在燃燒物表面形成隔離層。另外，聚偏磷酸具有脫水作用，促進(jìn)炭化，使表面形成阻燃的炭化膜，從而起到阻燃作用。

磷系阻燃聚合物的優(yōu)點(diǎn)是：燃燒時(shí)，對環(huán)境污染少，阻燃劑含量較少就能達(dá)到好的阻燃效果，且對聚合物材料的各種性能影響小。無機(jī)磷阻燃劑中紅磷是一種性能非常優(yōu)良的阻燃劑，不但發(fā)煙量小、低毒、應(yīng)用范圍廣，能單獨(dú)使用，并且可與其他阻燃劑共同使用。但是無機(jī)磷阻燃劑中紅磷的缺點(diǎn)是：易吸濕，放出有毒磷化氫，在使用過程中易吸潮、易氧化、易釋放劇毒氣體、粉塵易爆炸等。有機(jī)磷系阻燃劑的不足是：發(fā)煙量大、毒性大、易水解、熱穩(wěn)定性差等不足。其中磷酸酯具有一定毒性和難聞的氣味，耐熱性差，在燃燒時(shí)有滴落物產(chǎn)生，與高分子材料相容性差等。

2.2.2 金屬氫氧化物阻燃劑

主要成分：氫氧化鋁和氫氧化鎂

阻燃機(jī)理：其阻燃機(jī)理為釋水吸熱還有覆蓋作用。

金屬氫氧化物阻燃劑具有無毒、低煙、腐蝕小、價(jià)格低，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，所以被譽(yù)為無公害阻燃劑。但不足是：無機(jī)阻燃劑是親水性物質(zhì)，而高分子材料基體則是親油性，兩者熱力學(xué)上互不相容，從而限制了無機(jī)阻燃劑的填充量，降低了其分散性。

2.2.3 膨脹型阻燃劑

主要成分：以磷、氮、碳為主要核心成分的阻燃劑

阻燃機(jī)理：以磷、氮、碳為主要核心成分的高聚物受熱時(shí)，其表面將形成一層均勻的炭質(zhì)泡沫層阻燃層。該炭質(zhì)層具有阻隔熱量及氧氣的傳遞和抑煙的作用，具有良好的阻燃性能。

膨脹型阻燃劑的優(yōu)點(diǎn)是：低煙、低毒、無腐蝕性氣體產(chǎn)生，并能防止燃燒過程產(chǎn)生熔滴。但也有一些不足，由于吸濕性大、起始分解溫度較低，熱穩(wěn)定性較差且阻燃劑分散性差，需要添加量大。

2.2.4 有機(jī)硅阻燃劑

主要成分：含硅化合物及硅酮聚合物

阻燃機(jī)理：該系阻燃劑必須與一種或多種協(xié)同劑并用，這些協(xié)同劑有IA族有機(jī)金屬鹽（硬脂酸鎂）、聚磷酸銨（PPA）與季戊四醇的混合物、 氫氧化鋁（ATH）等。它們既能與基材聚合，又能與硅樹脂發(fā)生協(xié)同效應(yīng)。

有機(jī)硅阻燃劑是一種最新發(fā)現(xiàn)的高效、低毒、防熔滴、環(huán)境友好的無鹵阻燃劑，也是一種成炭型抑煙劑，它的優(yōu)點(diǎn)是：在賦予高聚物優(yōu)異阻燃抑煙性的同時(shí)，還能改善材料的加工性能及提高材料的機(jī)械強(qiáng)度，特別是低溫沖擊強(qiáng)度。但該系阻燃劑也有一些不足存在，與一種或多種協(xié)同劑并用時(shí)，有些燃燒時(shí)釋放出的有毒氣體對人體危害較大, 同時(shí)降低了有機(jī)硅材料本身的特性, 如使用期縮短、貯存時(shí)產(chǎn)生凝膠現(xiàn)象或橡膠難于硫化等。

三 阻燃瀝青路面的開發(fā)應(yīng)用

將瀝青路面取代混凝土路面應(yīng)用于隧道中 ,主要是看重瀝青路面的舒適性 ,低噪音性 ,抗滑性 ,揚(yáng)塵少等優(yōu)點(diǎn)。為了將瀝青路面更好地應(yīng)用隧道內(nèi)路面鋪裝中,開發(fā)具有阻燃性的瀝青路防止瀝青路面火災(zāi)危害面勢在必行 。而目前最為簡單可行的辦法也是普遍采用的辦法是往瀝青中摻入阻燃劑以提高瀝青的阻燃性能。

我國所使用的阻燃劑,鹵系比重過高,達(dá) 50%以上,并且多為多溴聯(lián)苯氧化物 、多溴苯、多溴二苯氧基化合物、多溴苯鄰二甲酞亞胺、多溴環(huán)癸烷、氯代脂環(huán)族化合物或多溴苯酚等, 而無機(jī)阻燃劑的用量很少,在15 %以下;相比中國，在美國、西歐及日本三大阻燃劑市場無機(jī)產(chǎn)品的比例分別為50%～55% ,40%～45%及約30%;因此我國現(xiàn)有的阻燃劑的組成結(jié)構(gòu)不盡合理、發(fā)展速度相對落后的,更不符合當(dāng)今環(huán)保的要求,應(yīng)盡快采取措施相對減少鹵系阻燃劑的用量,大力增加無機(jī)阻燃劑的用量,改善我國阻燃劑的結(jié)構(gòu)。

四 結(jié)束語

瀝青混凝土路面的阻燃研究目前取得了長足的進(jìn)展，相信隨著研究的深入以及應(yīng)用的推廣，隧道瀝青路面防火問題可以得到完善的解決.

【參考文獻(xiàn)】

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