阻燃剂在隧道中的运用

徐敏

摘要：随着沥青路面越来越多的应用到隧道路面中,鉴于隧道的火灾安全,其阻燃性能也必须受到要相应的重视;针对隧道路面环境特点,探讨了阻燃沥青应用到隧道路面的一些问题,对阻燃剂的选择、阻燃沥青的制备和阻燃性能评价做了分析阐述。

关键词:隧道沥青路面阻燃剂阻燃

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

中圖分类号： U416.217 文献标识码：A文章编号：

随着国内高速公路的跨越式发展 ,公路隧道越建越多。近年来，为了适应隧道内特殊的地理环境和施工条件，以及隧道路面安全性、舒适性、环境友好和人性化等方面的要求，很多国内隧道中开始采用沥青路面代替水泥混凝土路面，或者在原来水泥混凝土路面加铺沥青面层，以提高隧道路面的使用性能和改善隧道运营环境。隧道建设技术取得了空前全面快速得发展，但是隧道内路面铺装材料及技术方面的研究还相对较少。然而隧道内应用沥青路面必须面临一个严峻的问题 ——— 火灾安全问题，因此国内外对阻燃沥青路面进行了一些研究，使沥青路面充分发挥自身优点的同时也能满足隧道内特殊环境对路面的要求。阻燃沥青路面必须保留一般沥青路面的优良性能，还应该具有相当的安全性。当隧道内发生火灾时，沥青路面应该能滞缓火灾的蔓延。因此针对隧道内路面环境特点研究开发沥青路面阻燃技术可谓是迫在眉睫，世界各国的相关研究人员都在致力于各种高效、低烟、低毒沥青阻燃剂的研究。

一 隧道内环境特点及火灾危害

1.1 隧道内公路路面环境特点

隧道内公路路面与一般公路路段相比有其特殊性 。隧道路面处于相对较为密闭的环境,受阳光、雨水等气候因素影响较少。而且隧道内水的温度变化、基础情况也与一般路段不同。因此,隧道路面的使用性能以及在汽车荷载作用下的力学响应必然具有其自身的特点。简单按照一般路段设计方法进行隧道路面材料结构设计肯定不能适应隧道路面的实际情况,会导致设计保守或不安全。因此,需要对现有隧道路面的工作环境进行全面认真的调查、分析和研究 。隧道内是一个相对密闭、空间狭小的管状环境。隧道内不存在洞外的日晒雨淋气候的影响,并且在夏季洞内比洞外气温要低,冬季气温则是洞内较洞外高,全年气温相对稳定,温度变化幅度小,温差小;但隧道内湿度大,另外浅层地下水丰富。因此隧道内公路路面相对湿滑,不利于行车安全,对路面的抗滑性能提出了更高要求。隧道内空气流动性小,空气易污染，容易聚集有害气体;隧道内没有日照,常年处于黑暗中,能见度低。因此隧道内路面与一般道路 、桥面铺装结构在使用环境上存在较大的差别。

1.2隧道火灾危害

近年来国际国内发生过多起隧道火灾事故 ,造成巨大的人员和经济的损失。2001年世界最长的运营公路隧道之一的瑞士 St . Got hard隧道发生火灾,造成 11人死亡,大火的温度高达1200℃,引起隧道顶板大块坍塌。国内近年来的隧道火灾事故也是时有发生 。2003年一辆大客车在贵遵路上因追尾造成车上黄磷着火燃烧,并引起路面燃烧。2004年位于高速公路上海方向山服务区附近一辆满载燃料的油罐车与前方行驶的货车追尾发生火灾,造成近400m2的路面燃烧。据国外统计,地面公路火灾发生频率约为0.71107veh/km ,隧道内火灾发生频率约为0.331107veh/km。可见隧道火灾一旦发生,其损失就会非常大。

二 阻燃剂介绍

目前阻燃剂的有很多种类，按化学组成可分为：无机阻燃剂和有机阻燃剂；又可分为：卤系阻燃剂和无卤阻燃剂。

2.1 卤系阻燃剂

主要产品：十溴二苯醚、四溴双酚A、四溴邻苯二甲酚酐、五溴甲苯和六溴环十二烷等等。

阻燃机理：有机卤化物在气相中能够产生活性卤素基团HX并能与聚合物降解产生的H和OH自由基相互作用，这样就可以使自由基浓度下降，从而延缓和终止燃烧的链反应。

卤素阻燃剂是目前世界上使用最广泛的有机阻燃剂之一，以其添加量少，阻燃效果显著而在阻燃领域中具有重要地位。但这些材料也存在一些不足：在分解和燃烧时，会产生大量烟雾和有毒气体。

2.2 无卤阻燃剂

2.2.1 磷系阻燃剂

主要成分：按组成和结构可分为无机磷阻燃剂和有机磷阻燃剂两种阻燃剂类型。无机磷阻燃剂主要以红磷、磷酸盐及磷一氮基化合物为主；有机磷系阻燃剂主要以磷酸酯、亚磷酸酯和膦酸酯为主。除此之外，还有多种磷取代基的化合物、多聚物等。

阻燃原理：磷系阻燃剂受热时分解生成热稳定性很强的聚偏磷酸，并且能够在燃烧物表面形成隔离层。另外，聚偏磷酸具有脱水作用，促进炭化，使表面形成阻燃的炭化膜，从而起到阻燃作用。

磷系阻燃聚合物的优点是：燃烧时，对环境污染少，阻燃剂含量较少就能达到好的阻燃效果，且对聚合物材料的各种性能影响小。无机磷阻燃剂中红磷是一种性能非常优良的阻燃剂，不但发烟量小、低毒、应用范围广，能单独使用，并且可与其他阻燃剂共同使用。但是无机磷阻燃剂中红磷的缺点是：易吸湿，放出有毒磷化氢，在使用过程中易吸潮、易氧化、易释放剧毒气体、粉尘易爆炸等。有机磷系阻燃剂的不足是：发烟量大、毒性大、易水解、热稳定性差等不足。其中磷酸酯具有一定毒性和难闻的气味，耐热性差，在燃烧时有滴落物产生，与高分子材料相容性差等。

2.2.2 金属氢氧化物阻燃剂

主要成分：氢氧化铝和氢氧化镁

阻燃机理：其阻燃机理为释水吸热还有覆盖作用。

金属氢氧化物阻燃剂具有无毒、低烟、腐蚀小、价格低，热稳定性好等优点，所以被誉为无公害阻燃剂。但不足是：无机阻燃剂是亲水性物质，而高分子材料基体则是亲油性，两者热力学上互不相容，从而限制了无机阻燃剂的填充量，降低了其分散性。

2.2.3 膨胀型阻燃剂

主要成分：以磷、氮、碳为主要核心成分的阻燃剂

阻燃机理：以磷、氮、碳为主要核心成分的高聚物受热时，其表面将形成一层均匀的炭质泡沫层阻燃层。该炭质层具有阻隔热量及氧气的传递和抑烟的作用，具有良好的阻燃性能。

膨胀型阻燃剂的优点是：低烟、低毒、无腐蚀性气体产生，并能防止燃烧过程产生熔滴。但也有一些不足，由于吸湿性大、起始分解温度较低，热稳定性较差且阻燃剂分散性差，需要添加量大。

2.2.4 有机硅阻燃剂

主要成分：含硅化合物及硅酮聚合物

阻燃机理：该系阻燃剂必须与一种或多种协同剂并用，这些协同剂有IA族有机金属盐（硬脂酸镁）、聚磷酸铵（PPA）与季戊四醇的混合物、 氢氧化铝（ATH）等。它们既能与基材聚合，又能与硅树脂发生协同效应。

有机硅阻燃剂是一种最新发现的高效、低毒、防熔滴、环境友好的无卤阻燃剂，也是一种成炭型抑烟剂，它的优点是：在赋予高聚物优异阻燃抑烟性的同时，还能改善材料的加工性能及提高材料的机械强度，特别是低温冲击强度。但该系阻燃剂也有一些不足存在，与一种或多种协同剂并用时，有些燃烧时释放出的有毒气体对人体危害较大, 同时降低了有机硅材料本身的特性, 如使用期缩短、贮存时产生凝胶现象或橡胶难于硫化等。

三 阻燃沥青路面的开发应用

将沥青路面取代混凝土路面应用于隧道中 ,主要是看重沥青路面的舒适性 ,低噪音性 ,抗滑性 ,扬尘少等优点。为了将沥青路面更好地应用隧道内路面铺装中,开发具有阻燃性的沥青路防止沥青路面火灾危害面势在必行 。而目前最为简单可行的办法也是普遍采用的办法是往沥青中掺入阻燃剂以提高沥青的阻燃性能。

我国所使用的阻燃剂,卤系比重过高,达 50%以上,并且多为多溴联苯氧化物 、多溴苯、多溴二苯氧基化合物、多溴苯邻二甲酞亚胺、多溴环癸烷、氯代脂环族化合物或多溴苯酚等, 而无机阻燃剂的用量很少,在15 %以下;相比中国，在美国、西欧及日本三大阻燃剂市场无机产品的比例分别为50%～55% ,40%～45%及约30%;因此我国现有的阻燃剂的组成结构不尽合理、发展速度相对落后的,更不符合当今环保的要求,应尽快采取措施相对减少卤系阻燃剂的用量,大力增加无机阻燃剂的用量,改善我国阻燃剂的结构。

四 结束语

沥青混凝土路面的阻燃研究目前取得了长足的进展，相信随着研究的深入以及应用的推广，隧道沥青路面防火问题可以得到完善的解决.

【参考文献】

[1] 《阻燃剂》 欧育湘 ，国防工业出版社

[2] 《阻燃高分子材料配方设计与加工》 张玉龙 ，中国石化出版社

[3] 《阻燃聚合物纳米复合材料》（美）摩根，（美）威构著，欧育汀，李建军，叶南飙，国防工业出版社