摘要:選擇無毒環(huán)保膨脹石墨作為瀝青阻燃劑,研究了其對瀝青的阻燃性能和對瀝青的力學(xué)性能影響,結(jié)果表明該阻燃劑的加入,對瀝青的物理性能影響不大,但可以顯著改善瀝青的阻燃性能。

隨著隧道鋪裝技術(shù)的進(jìn)步，用于鋪筑隧道路面的水泥混凝土已被瀝青混凝土取代，然而瀝青是一種易燃材料，在高溫下燃燒會放出大量煙霧和有毒氣體,由于隧道空間相對封閉,燃燒產(chǎn)生的毒氣、煙霧和熱量很難散失，往往導(dǎo)致火災(zāi)事故發(fā)生后人員逃生困難,造成災(zāi)難性事故,損失慘重"。2014 年 3月1日，山西晉濟(jì)高速巖后隧道內(nèi)兩輛甲醇車相撞導(dǎo)致甲醇泄漏爆炸，爆炸引起瀝青路面及周圍滯留運輸車輛燃燒，造成40人死亡、12人受傷和42輛車燒毀的特大交通安全事故，直接經(jīng)濟(jì)損失8197萬元。由此可知,瀝青阻燃劑的研制對于保證運營安全具有重要的現(xiàn)實意義。本文將膨脹石墨加入瀝青中,對阻燃瀝青的阻燃性能和力學(xué)性能進(jìn)行了測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該瀝青阻燃劑在不改變?yōu)r青基本性能的前提下,可以顯著提高瀝青的阻燃性能。

1、膨脹石墨阻燃機理

膨脹石墨的阻燃屬于凝固相阻燃機理，其受熱到一定程度后,膨脹石墨就會開始膨脹,從而形成一個很厚的多孔碳化層，該碳化層能在瀝青表面形成穩(wěn)定的碳化層,可以將瀝青和熱源隔開,不僅如此，碳化層還可以隔絕氧氣,阻止可燃?xì)怏w外逸,降低發(fā)煙量,從而達(dá)到阻燃目的叫。除此之外,膨脹石墨受熱后不產(chǎn)生有毒和腐蝕性氣體,對人體無害,屬于無毒環(huán)保阻燃劑。

2、試驗方法及原材料

2.1 試驗方法

瀝青燃燒性能測定氧指數(shù)法

2.2試驗用原材料 

a)基質(zhì)瀝青:齊魯石化(AH-70號、AH-90號),SK 瀝青(AH-70號、AH-90號);

b)瀝青改性劑:SBS,型號4303,燕山石化生產(chǎn);

c)膨脹石墨:青島XX公司生產(chǎn)

3、性能研究

3.1基質(zhì)瀝青、改性瀝青氧指數(shù)的確定

武漢理工大學(xué)余劍英則、山西省交通科學(xué)研究院杜素軍曾對基質(zhì)瀝青、改性瀝青的極限氧指數(shù)做過詳細(xì)研究,本文參照其方法,對上述4種瀝青及改性瀝青進(jìn)行了極限氧指數(shù)的測定,結(jié)果如表1。

由表1可知，基質(zhì)瀝青、改性瀝青由于組分基本一致，所以所測極限氧指數(shù)也差別不大，加入瀝青改性劑 SBS 后，其氧指數(shù)有所下降，更易著火燃燒，其測定結(jié)果與文獻(xiàn)相符。

3.2膨脹石墨阻燃性能研究由于基質(zhì)瀝青和改性瀝青極限氧指數(shù)基本相當(dāng)，所以在具體實驗過程中，選擇可膨脹石墨和改性瀝青進(jìn)行了實驗，并與其他常用瀝青阻燃劑進(jìn)行了對比，實驗數(shù)據(jù)如表2。

由表2可知，膨脹石墨的阻燃效率遠(yuǎn)大于傳無機阻燃劑氫氧化鋁和氫氧化鎂，和鹵系阻燃劑基本相當(dāng)。由于膨脹石墨特殊的阻燃機理，使得其在阻燃過程中無任何有毒和腐蝕性氣體產(chǎn)生，對環(huán)境沒有任何危害。不僅如此，致密的隔離層還阻止了大量有害煙氣的產(chǎn)生和擴(kuò)散。

3.3物理性能影響

研究實驗中，我們選擇對含有不同摻量膨脹石墨的齊魯石化70號基質(zhì)瀝青和改性瀝青進(jìn)行針入度、車化點、延度的測試，結(jié)果如表3。

表3阻燃劑對瀝青物理性能的影響

由表3、表4可知，當(dāng)膨脹石墨加入到基質(zhì)瀝青、改性瀝青后，由于其屬于無機物，所以與瀝青相容性較差，使得針入度和延度發(fā)生了一些不良改變，但摻量在5%~10%范圍內(nèi)，改變幅度有限，不影響瀝青和改性瀝青的使用性能。

4、結(jié)果與討論

膨脹石墨受熱膨脹的初始溫度為230℃，240℃~280℃時，開始迅速膨脹，最高可達(dá)原體積的200~300倍。而一般瀝青混凝土施工溫度在180℃以下，所以在高溫施工過程中，膨脹石墨不會發(fā)生變化，可以滿足施工要求。通過實驗不難發(fā)現(xiàn)，可膨脹石墨不僅具有鹵系阻燃劑高效阻燃的特點，同時還兼顧了無機阻燃劑環(huán)保無毒的優(yōu)點，在一定范圍內(nèi)，對瀝青的物理性能改變也非常有限，可以滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的要求，是一種優(yōu)良的瀝青阻燃劑產(chǎn)品。