隧道亮色阻燃铺装涂料的制备及性能研究

刘鹏飞，张 帅，刘 哲

（山西省交通科学研究院 交通运输行业重交通公路养护材料技术协同创新平台，山西 太原 030006）

0 引言

隧道作为公路交通的重要组成部分，处于一个相对封闭、空间狭小的环境。传统的隧道路面铺装层多为沥青混凝土路面，沥青混凝土路面在隧道内较暗环境中较其他颜色反射光亮度差，易造成交通安全事故。而且沥青易燃烧，一旦发生火灾，沥青路面会起火并产生大量浓烟和有毒气体，为隧道内逃生、救援造成困难[1]。近几年随着我国公路建设事业快速发展，隧道建设技术取得了较大发展，但对隧道内路面铺装材料方面的研究还相对较少。

笔者通过在环氧树脂中添加阻燃剂、颜料和稀释助剂等，然后和固化剂发生交联反应研制出一种应用于隧道沥青混凝土路面之上的铺装层涂料，可以起到增亮、阻燃、提高行车舒适性的作用，减少因“黑洞效应”而造成的交通事故；即使隧道发生火灾，对路面具有良好的阻燃作用，能够延迟沥青路面的燃烧，为安全救援争得宝贵时间[2-3]。

1 试验部分

1.1 试验原料及主要设备

环氧树脂，工业级，无锡凤凰树脂厂；环氧固化剂，工业级，天津天豪达化工有限公司；无机阻燃剂，工业级，合肥中科阻燃新材料有限公司；填料：硅微粉、碳酸钙等均选用市售化工原料；其他助剂：促进剂、增韧剂、偶联剂、稀释剂等均选用市售化工原料。

分光测色计CM-2300d，柯尼卡美能达；光度仪HYD-09，哈尔滨宇达电子技术有限公司；氧指数测定仪HC-2C，南京上元分析仪器有限公司；电动搅拌装置SWFS-400，上海索维仪器厂；电子万能试验机CMT4304，美特斯(MTS)工业系统。

1.2 样品制备

a）A组分制备 在低黏度环氧树脂中加入稀释剂与填料搅拌均匀，然后加入相关助剂继续搅拌均匀，脱泡。

b）B组分制备 将固化剂、促进剂混合搅拌均匀即可。

c）样品制备 将A、B组分按照一定比例混合，搅拌均匀，脱泡后按相关标准注入模具或试验样板，固化成型。

图1 隧道亮色阻燃铺装涂料制备流程图

1.3 试验测试

亮色性能试验执行标准：JT/T 280—2004；阻燃性能试验执行标准：GB/T 2406.2—2009；力学性能试验执行标准：GB/T 2569—1995。

2 结果与讨论

2.1 隧道亮色阻燃铺装涂料亮色性能研究

通过添加不同色彩的颜料制备涂料并将其均匀涂抹在试验样板，用色彩色差计检测，可以测试出不同颜色涂料的亮度因数和色品状况。试验结果如表1所示。

表1 不同颜色铺装涂料亮度因数

由表1可见，当涂料为白色其亮度因数最高，黑色最低。当道路路面为白色时行车过程会造成人眼视觉疲劳，不宜采用，故在隧道内一般常采用黄色颜料进行铺装。在同样光照条件下，浅黄色铺装涂料的亮度因数是黑色的近40倍，橘黄色铺装涂料亮度因数是黑色的14倍。隧道亮色（黄色）阻燃铺装涂料在同样光照下比黑色沥青路面、灰色水泥混凝土路面更具增亮效果。

2.2 隧道亮色阻燃铺装涂料阻燃性能研究

极限氧指数法（LOI）：是指在规定的条件下，材料在氧氮混合气流中进行有焰燃烧所需的最低氧浓度。以氧所占的体积百分数的数值来表示。氧指数高表示材料不易燃烧，氧指数低表示材料容易燃烧，一般认为氧指数小于22属于易燃材料，氧指数在22～27之间属可燃材料，氧指数大于27属难燃材

料[4]。

本实验将两种无机阻燃剂按1∶1复配，做极限氧指数实验，经国家建筑材料测试中心出具检测报告显示氧指数为27.6，检测结果如图2所示。

图2 国家建筑材料测试中心氧指数检验报告

由图2可见该隧道亮色阻燃铺装涂料极限氧指数可以达到27以上，具备阻燃能力。

2.3 隧道亮色阻燃铺装涂料力学性能研究

2.3.1 抗弯强度

将配制好的隧道亮色阻燃铺装涂料按照相关标准进行装模、养护，然后在万能试验机上进行抗弯强度测试。试验结果如图3所示。

图3 抗弯强度测试试验分析图

图3 所示试验样条的破坏载荷大都在3 900 N以上，均达到理想要求。施工涂装后具有一定的柔韧性，可满足应力传导引起的震动，抗弯折能力强。

2.3.2 抗压强度

由于该涂料应用在隧道路面上不断地经受车辆的碾压，需承受足够大的压力。将配制好的隧道亮色阻燃铺装涂料按照相关标准进行装模、养护，然后在万能试验机上进行测试。试验结果如图4所示。

图4 抗压强度测试试验分析图

通过图4可以看到：在压力超过8.0 kN时材料才会被破坏。这在树脂浇注体中甚至比桥梁接缝胶、黏钢胶效果都要好。故其抗压强度可以满足路面行车要求。

2.4 隧道亮色阻燃铺装涂料微观性能表征

将隧道亮色阻燃铺装涂料制成标准样条，在空气中燃烧，然后将其燃烧物与未燃烧的试验样条分别做扫描电子显微镜（SEM）分析，试验结果如图5和图6所示。

图5 未燃烧试验样条SEM图

图6 燃烧后试验样条SEM图

图5 和图6是对隧道亮色阻燃铺装涂料试验样条燃烧前后的扫描电子显微镜对比分析，发现图6结晶物较图5多，且团聚比较密集。这是其中的阻燃剂在发生燃烧反应后脱水造成的，微观结构研究进一步证明阻燃填料起到阻燃作用。

3 结论

隧道亮色阻燃铺装涂料作为一种特殊功能材料，应用于隧道路面面层，是对隧道内交通环境的一次革新，与普通沥青混凝土路面相比，因其色彩变化和阻燃性在促进道路交通安全、美化狭小空间等领域发挥重要作用。针对传统隧道沥青路面、水泥路面应用的局限性，在同等强度光照下，可以明显提高隧道内路面的亮度，提高车辆在隧道内行驶的舒适度，有效降低交通事故的发生率，推动隧道路面铺装层技术的进一步发展。