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阻燃瀝青阻燃性能評價方法與阻燃效果分析

文檔作者：尹華杰文檔來源：江西省交通工程質(zhì)量監(jiān)督站		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月08日
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阻燃瀝青阻燃性能評價方法與阻燃效果分析
尹華杰
(江西省交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，江西南昌330008)
摘要：對目前常用的阻燃瀝青燃燒性性能評價方法進(jìn)行分析，采用極限氧指數(shù)法進(jìn)行瀝青的阻燃性能評價，并對四種阻燃劑的阻
燃效果進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞：隧道阻燃劑極限氧指數(shù)難燃級別
1 前言
在我國高速公路建設(shè)的早期，隧道內(nèi)路面鋪裝材料主要局
限于水泥混凝土。水泥混凝土在隧道內(nèi)潮濕的使用條件下不
易發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，施工簡單，路面的耐久性相對較好。但水
泥混凝土路面也有很多明顯的缺陷，主要表現(xiàn)在：(1)路面平
整度差、行車舒適性不好；(2)水泥混凝土路面的抗滑性能衰
減較快，行車安全性較差；(3)灰塵大、行車噪聲大，隧道環(huán)境
質(zhì)量差。因此，普通水泥混凝土路面已難以滿足現(xiàn)代隧道路面
鋪裝的特殊要求。
與水泥混凝土路面相比，瀝青混凝土路面的抗滑性、平整
性、吸音性等比較優(yōu)良，且養(yǎng)護(hù)容易，在公路建設(shè)中得到了廣泛
應(yīng)用，但隧道內(nèi)相對特殊的使用環(huán)境制約了其在長大公路隧道
路面中的應(yīng)用，隧道內(nèi)溫差小、潮濕的環(huán)境導(dǎo)致瀝青路面施工
困難，還會直接影響瀝青路面的使用性能與耐久性，而且瀝青
路面抗水損害能力差、亮度低，尤其是在油浸蝕時發(fā)生火災(zāi)后
會產(chǎn)生大量的有毒氣體危害嚴(yán)重，隧道施工或發(fā)生火災(zāi)時，極
易造成人員和財產(chǎn)的重大損失。
為盡可能降低火災(zāi)對隧道內(nèi)影響，常用的方法是在瀝青中
摻入阻燃劑，取得了良好的效果，目前，對于阻燃劑性能評價方
法研究不多，對阻燃效果分析也存在一定問題，為此，本文對目
前常用的阻燃瀝青燃燒性性能評價方法進(jìn)行分析，采用極限氧
指數(shù)法進(jìn)行瀝青的阻燃性能評價，并對四種阻燃劑的阻燃效果
進(jìn)行分析。
2 阻燃瀝青燃燒性性能評價方法
瀝青結(jié)合料阻燃性能的測試評價方法較多，主要有氧指數(shù)
試驗法、水平及垂直燃燒測定法、錐形(Cone)量熱儀法、熔融
流淌時間和耐燒穿時間測定法、煙密度試驗法、標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)房法、
煙氣毒性法、ASTM E一108法等。但針對隧道瀝青混凝土路
面而言，目前主要采用極限氧指數(shù)法和煙密度試驗法，其中以
極限氧指數(shù)法評價居多。煙密度試驗法主要測定瀝青燃燒過
程中釋放出的煙量，評價阻燃劑的加入是否會引起發(fā)煙量的增
加，或抑煙劑的加入對阻燃瀝青燃燒過程中發(fā)煙量的抑制效
果。煙氣毒性法主要考察阻燃劑、抑煙劑和其他添加劑的加入
是否會與瀝青中的某些組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以致燃燒時產(chǎn)生新
的有害成分。而其他測試方法則主要針對塑料或其他行業(yè)測
定有關(guān)瀝青產(chǎn)品的阻燃性能，對隧道路面用瀝青阻燃性能的測
試評價還有待進(jìn)一步驗證和完善。
本文采用極限氧指數(shù)法進(jìn)行瀝青的阻燃性能評價，極限氧
指數(shù)采用YZS一100型氧指數(shù)儀完成。
氧指數(shù)(oxygen index，OI)是指在規(guī)定條件下，試樣在氧、
氮混合氣流中維持平衡燃燒所需的最低氧濃度，以氧氣所占的
體積分?jǐn)?shù)表示，部分文獻(xiàn)中也稱為極限氧指數(shù)(Limit Oxygen
Index，LOI)．可用公式表示為：
Ⅲ=0‰x100％ ㈩
式中：LOI為極限氧指數(shù)(％)；Q。：為臨界氧濃度時氧氣
的體積流量(L／min)；Q。：為臨界氧濃度時氮氣的體積流量
(L／rain)。
目前我國尚未制定關(guān)于瀝青阻燃性能極限氧指數(shù)測試方
法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本文依據(jù)橡膠燃燒性能測定——氧指數(shù)法
(GBl0707—1989)，塑料燃燒性能試驗方法——氧指數(shù)法
(GB2406—1993)的相關(guān)方法進(jìn)行測試。試樣厚度為3～5mm，
寬8～10mm的瀝青試條。
采用日本JIsK7201標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的極限氧指數(shù)對材料難燃
性進(jìn)行判定等級(如表1所示)。
·+“+一十一+”+-+--4"---+--+-+-+-+一十一+”+“+一+··+”+一+一+一—-卜”+“+-+··+”+“+-+-+”+一—-卜“—卜”+一—‘卜“—’一一+-+-+--+---t---I---—+一一——卜一—-卜“—卜-—。．卜·
小，因此往往會通過控制設(shè)計來解決此荷載工況。
6結(jié)語
在立交橋的橋墩設(shè)計中采用門架式墩可以使城市交通順
暢。本文通過實際案例對門架式橋墩的設(shè)計原理進(jìn)行分析，通
過設(shè)計中結(jié)構(gòu)工序的設(shè)計、預(yù)應(yīng)力混凝土等問題進(jìn)行了探討。
得出：門架式墩在設(shè)計中會有開裂現(xiàn)象出現(xiàn)，解決這種問題，應(yīng)
該使用預(yù)應(yīng)力分批張拉和改變施工工藝來解決；構(gòu)件過程中需
要分散錨固，并采用結(jié)構(gòu)構(gòu)造方法處理。
·】78·
參考文獻(xiàn)
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萬方數(shù)據(jù)
表1 材料難燃性進(jìn)行判定表
難燃級別一級二級三級四級五級
材料氧指數(shù)>30 27～30 24～27 2l。24 <21
3阻燃效果分析
3．1 原材料
(1)瀝青
采用高黏度改性瀝青。
(2)阻燃劑
采用下列四種阻燃劑進(jìn)行對比試驗：無機(jī)阻燃劑WJ；有機(jī)
阻燃劑VJ；復(fù)合阻燃劑FH；專用阻燃劑ZY。
3．2阻燃效果分析
在高粘瀝青中加入不同種類，不同比例的阻燃劑進(jìn)行極限
氧指數(shù)試驗。
(1)無機(jī)阻燃劑WJ阻燃效果分析
無機(jī)阻燃劑WJ是由MH和ATH組成的復(fù)合阻燃劑，MH
或者ATH單獨使用時也可以起到一定的阻燃作用，但是極限
氧指數(shù)增加幅度不大，而且抑煙效果也不明顯，協(xié)同作用后具
有很好的阻燃效果。本文中MH的摻量固定為5％，ATH摻量
依次增加，試驗結(jié)果見表2。
表2無機(jī)阻燃劑WJ試驗結(jié)果
ATM與MH比便摻量(％) LOI(％) 煙氣狀況難燃級別
0：1 5 24．8 黑煙三級
2：1 15 28．6 少量黑煙二級
3：l 20 30．3 少量黑煙一級
4：l 25 30．4 少量黑煙一級
從表2可知，只采用MH時，極限氧指數(shù)LOI較小，且煙氣
狀況也沒有明顯改善，而當(dāng)ATM與MH共同作用時，其阻燃效
果比較明顯。
(2)有機(jī)阻燃劑YJ阻燃效果分析
有機(jī)阻燃劑YJ阻燃效果分析如表3所示。
表3有機(jī)阻燃劑YJ試驗結(jié)果
摻量(％) LOI(％) 煙氣狀況難燃級別
0 21．2 黑煙三級
4 24．4 黑煙二級
8 27．3 少量黑煙二級
12 29．3 少量黑煙二級
從表3可知，隨著有機(jī)阻燃劑YJ摻量的增加，極限氧指數(shù)
LOI也不斷增大，這說明有機(jī)阻燃劑YJ對瀝青阻燃具有一定
的效果。但當(dāng)有機(jī)阻燃劑YJ摻量為12％時，其極限氧指數(shù)
LOI也只有29．1，難燃級別為二級，無法達(dá)到一級。
(3)復(fù)合阻燃劑FH阻燃效果分析
復(fù)合阻燃劑FH阻燃效果分析如表4所示。
表4復(fù)合阻燃劑FH試驗結(jié)果
摻量(％) LOI(％) 煙氣狀況難燃級別
O 21．2 黑煙三級
1 24．4 黑煙二級
3 28．3 少量黑煙二級
5 32．1 少量黑煙一級
7 32．5 少量黑煙一級
從表4可知，隨著復(fù)合阻燃劑FH摻量的增加，極限氧指
數(shù)LOI也不斷增大，且煙氣狀況也得到了明星改善。這主要是
因為復(fù)合阻燃劑FH在燃燒初期有機(jī)阻燃組分發(fā)生分解，生成
一層粘稠狀的半固態(tài)物質(zhì)，這種粘稠狀的半固態(tài)物質(zhì)覆蓋于瀝
青表面，有效地隔離了氧氣和熱，起到了阻燃作用。而在燃燒
中期和后期，煙霧量增大，溫度進(jìn)一步升高，此時阻燃劑抑煙組
分開始分解，抑制煙霧生成。同時阻燃劑無機(jī)組分發(fā)生分解，
并生成了水，從而吸收大量的熱，減慢了瀝青混合料溫度的上
升，延緩了瀝青的燃燒，降低了整個體系的溫度，從而達(dá)到阻燃
目的。
(4)專用阻燃劑ZY阻燃效果分析
專用阻燃劑ZY阻燃效果分析如表5所示。
表5專用阻燃劑ZY試驗結(jié)果
摻量(％) LOI(％) 煙氣狀況難燃級別
5mm0 21．2 黑煙三級
1 24．3 黑煙二級
3 28．2 少量黑煙二級
5 32．3 少量黑煙一級
7 33．5 少量黑煙一級
從表5可知，隨著專用阻燃劑ZY摻量的增加，極限氧指
數(shù)LOI也不斷增大，且煙氣狀況也得到了明星改善。硅系阻燃
劑主要是通過游離基機(jī)理來起到阻燃作用的。在燃燒初期，發(fā)
生分解，生成一層粘稠狀的半固態(tài)物質(zhì)和游離基SiO。這種粘
稠狀的半固態(tài)物質(zhì)覆蓋于瀝青表面，有效隔離了氧氣和熱，起
到阻燃作用；而游離基SiO能捕捉到H和OH游離基，使火焰
中的H和OH游離基濃度大大下降，從而起到中止燃燒鏈?zhǔn)椒?
應(yīng)的目的。而在燃燒中期和后期，煙霧量增大，溫度進(jìn)一步升
高，此時阻燃劑抑煙組分開始分解，抑制煙霧生成。同時鋁系
阻燃劑無機(jī)組分發(fā)生分解，并生成水。這個反應(yīng)本身是吸熱反
應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物中的水也能吸收大量的熱，減慢了凝聚相內(nèi)溫度
的上升，延緩了瀝青的分解速度，降低了整個體系的溫度，從而
達(dá)到阻燃目的。專用阻燃劑ZY正是通過硅系阻燃劑、鋁系阻
燃劑及抑煙劑協(xié)同作用，達(dá)到了對瀝青阻燃改性的目的。
綜上所述，并考慮阻燃劑經(jīng)濟(jì)性、施工工藝和施工便利性，
可以選擇專用阻燃劑ZY作為最終使用的阻燃劑。
4結(jié)語
(1)針對隧道瀝青混凝土路面而言，目前主要采用極限氧
指數(shù)法和煙密度試驗法，其中以極限氧指數(shù)法評價居多。
(2)試驗研究表明，無機(jī)阻燃劑WJ、有機(jī)阻燃劑YJ、復(fù)合
阻燃劑FH和專用阻燃劑ZY四種阻燃劑中，綜合效果較好的
是專用阻燃劑ZY。
參考文獻(xiàn)
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