隧道亮色阻燃鋪裝涂料的制備及性能研究

劉鵬飛，張 帥，劉 哲

（山西省交通科學(xué)研究院 交通運(yùn)輸行業(yè)重交通公路養(yǎng)護(hù)材料技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新平臺，山西 太原 030006）

0 引言

隧道作為公路交通的重要組成部分，處于一個(gè)相對封閉、空間狹小的環(huán)境。傳統(tǒng)的隧道路面鋪裝層多為瀝青混凝土路面，瀝青混凝土路面在隧道內(nèi)較暗環(huán)境中較其他顏色反射光亮度差，易造成交通安全事故。而且瀝青易燃燒，一旦發(fā)生火災(zāi)，瀝青路面會(huì)起火并產(chǎn)生大量濃煙和有毒氣體，為隧道內(nèi)逃生、救援造成困難[1]。近幾年隨著我國公路建設(shè)事業(yè)快速發(fā)展，隧道建設(shè)技術(shù)取得了較大發(fā)展，但對隧道內(nèi)路面鋪裝材料方面的研究還相對較少。

筆者通過在環(huán)氧樹脂中添加阻燃劑、顏料和稀釋助劑等，然后和固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)研制出一種應(yīng)用于隧道瀝青混凝土路面之上的鋪裝層涂料，可以起到增亮、阻燃、提高行車舒適性的作用，減少因“黑洞效應(yīng)”而造成的交通事故；即使隧道發(fā)生火災(zāi)，對路面具有良好的阻燃作用，能夠延遲瀝青路面的燃燒，為安全救援爭得寶貴時(shí)間[2-3]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料及主要設(shè)備

環(huán)氧樹脂，工業(yè)級，無錫鳳凰樹脂廠；環(huán)氧固化劑，工業(yè)級，天津天豪達(dá)化工有限公司；無機(jī)阻燃劑，工業(yè)級，合肥中科阻燃新材料有限公司；填料：硅微粉、碳酸鈣等均選用市售化工原料；其他助劑：促進(jìn)劑、增韌劑、偶聯(lián)劑、稀釋劑等均選用市售化工原料。

分光測色計(jì)CM-2300d，柯尼卡美能達(dá)；光度儀HYD-09，哈爾濱宇達(dá)電子技術(shù)有限公司；氧指數(shù)測定儀HC-2C，南京上元分析儀器有限公司；電動(dòng)攪拌裝置SWFS-400，上海索維儀器廠；電子萬能試驗(yàn)機(jī)CMT4304，美特斯(MTS)工業(yè)系統(tǒng)。

1.2 樣品制備

a）A組分制備 在低黏度環(huán)氧樹脂中加入稀釋劑與填料攪拌均勻，然后加入相關(guān)助劑繼續(xù)攪拌均勻，脫泡。

b）B組分制備 將固化劑、促進(jìn)劑混合攪拌均勻即可。

c）樣品制備 將A、B組分按照一定比例混合，攪拌均勻，脫泡后按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)注入模具或試驗(yàn)樣板，固化成型。

圖1 隧道亮色阻燃鋪裝涂料制備流程圖

1.3 試驗(yàn)測試

亮色性能試驗(yàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：JT/T 280—2004；阻燃性能試驗(yàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 2406.2—2009；力學(xué)性能試驗(yàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 2569—1995。

2 結(jié)果與討論

2.1 隧道亮色阻燃鋪裝涂料亮色性能研究

通過添加不同色彩的顏料制備涂料并將其均勻涂抹在試驗(yàn)樣板，用色彩色差計(jì)檢測，可以測試出不同顏色涂料的亮度因數(shù)和色品狀況。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 不同顏色鋪裝涂料亮度因數(shù)

由表1可見，當(dāng)涂料為白色其亮度因數(shù)最高，黑色最低。當(dāng)?shù)缆仿访鏋榘咨珪r(shí)行車過程會(huì)造成人眼視覺疲勞，不宜采用，故在隧道內(nèi)一般常采用黃色顏料進(jìn)行鋪裝。在同樣光照條件下，淺黃色鋪裝涂料的亮度因數(shù)是黑色的近40倍，橘黃色鋪裝涂料亮度因數(shù)是黑色的14倍。隧道亮色（黃色）阻燃鋪裝涂料在同樣光照下比黑色瀝青路面、灰色水泥混凝土路面更具增亮效果。

2.2 隧道亮色阻燃鋪裝涂料阻燃性能研究

極限氧指數(shù)法（LOI）：是指在規(guī)定的條件下，材料在氧氮混合氣流中進(jìn)行有焰燃燒所需的最低氧濃度。以氧所占的體積百分?jǐn)?shù)的數(shù)值來表示。氧指數(shù)高表示材料不易燃燒，氧指數(shù)低表示材料容易燃燒，一般認(rèn)為氧指數(shù)小于22屬于易燃材料，氧指數(shù)在22～27之間屬可燃材料，氧指數(shù)大于27屬難燃材

料[4]。

本實(shí)驗(yàn)將兩種無機(jī)阻燃劑按1∶1復(fù)配，做極限氧指數(shù)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)國家建筑材料測試中心出具檢測報(bào)告顯示氧指數(shù)為27.6，檢測結(jié)果如圖2所示。

圖2 國家建筑材料測試中心氧指數(shù)檢驗(yàn)報(bào)告

由圖2可見該隧道亮色阻燃鋪裝涂料極限氧指數(shù)可以達(dá)到27以上，具備阻燃能力。

2.3 隧道亮色阻燃鋪裝涂料力學(xué)性能研究

2.3.1 抗彎強(qiáng)度

將配制好的隧道亮色阻燃鋪裝涂料按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行裝模、養(yǎng)護(hù)，然后在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行抗彎強(qiáng)度測試。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 抗彎強(qiáng)度測試試驗(yàn)分析圖

圖3 所示試驗(yàn)樣條的破壞載荷大都在3 900 N以上，均達(dá)到理想要求。施工涂裝后具有一定的柔韌性，可滿足應(yīng)力傳導(dǎo)引起的震動(dòng)，抗彎折能力強(qiáng)。

2.3.2 抗壓強(qiáng)度

由于該涂料應(yīng)用在隧道路面上不斷地經(jīng)受車輛的碾壓，需承受足夠大的壓力。將配制好的隧道亮色阻燃鋪裝涂料按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行裝模、養(yǎng)護(hù)，然后在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 抗壓強(qiáng)度測試試驗(yàn)分析圖

通過圖4可以看到：在壓力超過8.0 kN時(shí)材料才會(huì)被破壞。這在樹脂澆注體中甚至比橋梁接縫膠、黏鋼膠效果都要好。故其抗壓強(qiáng)度可以滿足路面行車要求。

2.4 隧道亮色阻燃鋪裝涂料微觀性能表征

將隧道亮色阻燃鋪裝涂料制成標(biāo)準(zhǔn)樣條，在空氣中燃燒，然后將其燃燒物與未燃燒的試驗(yàn)樣條分別做掃描電子顯微鏡（SEM）分析，試驗(yàn)結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖5 未燃燒試驗(yàn)樣條SEM圖

圖6 燃燒后試驗(yàn)樣條SEM圖

圖5 和圖6是對隧道亮色阻燃鋪裝涂料試驗(yàn)樣條燃燒前后的掃描電子顯微鏡對比分析，發(fā)現(xiàn)圖6結(jié)晶物較圖5多，且團(tuán)聚比較密集。這是其中的阻燃劑在發(fā)生燃燒反應(yīng)后脫水造成的，微觀結(jié)構(gòu)研究進(jìn)一步證明阻燃填料起到阻燃作用。

3 結(jié)論

隧道亮色阻燃鋪裝涂料作為一種特殊功能材料，應(yīng)用于隧道路面面層，是對隧道內(nèi)交通環(huán)境的一次革新，與普通瀝青混凝土路面相比，因其色彩變化和阻燃性在促進(jìn)道路交通安全、美化狹小空間等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。針對傳統(tǒng)隧道瀝青路面、水泥路面應(yīng)用的局限性，在同等強(qiáng)度光照下，可以明顯提高隧道內(nèi)路面的亮度，提高車輛在隧道內(nèi)行駛的舒適度，有效降低交通事故的發(fā)生率，推動(dòng)隧道路面鋪裝層技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。