阻燃沥青燃烧性能研究

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【摘 要】采用改性沥青及阻燃加剂为基础原料，研制出用于公路火灾易发生路段及隧道路面的阻燃沥青（BFR）铺筑材料。经检测，该阻燃沥青（BFR）各项技术性能符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）要求，其极限氧指数达到29.5%，属难燃级别，满足GB2406规定要求。通过与重庆某公司生产的阻燃沥青（APFR）性能进行了比较研究，试验结果表明，该阻燃沥青（BFR）不具但有良好的阻燃性能，而且其各项技术性能均高出APFR阻燃沥青，满足路面材料的性能使用要求，能够在隧道路面及公路路面易发生火灾地段使用。

【关键词】道路工程；阻燃沥青；氧指数；性能

随着我国高速公路建设的发展，公路隧道的数量不断增加。由于隧道内封闭的交通环境，在沥青路面上，一旦发生交通事故而引发隧道火灾，这将给人民生命财产带来无法估计的后果。因此，研究阻燃沥青的燃烧性能将为沥青路面发生火灾后争取时间营救顾客生命以及保护国家财产具有重要现实意义。

1.原材料试验

1.1 沥青

采用改性沥青。依据JTGE20—2011对改性沥青进行试验检测，其检验结果见表1，满足JTGF40-2004规范要求。

1.2 阻燃添加剂

将AL（OH）3、Mg（OH）2和APP按照一定的比例配合，通过一定的方法制备成BFR阻燃剂，利用正交实验确定最佳掺量6%；重庆某公司研发的APFR阻燃剂，取其最佳掺量5%。

2.试验方法

2.1 阻燃沥青的制备

制备阻燃沥青采用向改性沥青中添加阻燃剂的方法。为了使阻燃剂能够在沥青介质中分散均匀，采用FM300高速剪切机在加入阻燃剂的沥青中进行剪切30min后，即可制备好阻燃沥青。

2.2 阻燃沥青常规性能测试

对阻燃沥青进行针入度、延度、软化点、弹性恢复等项目测试，其检测结果见表2所示。

2.3 阻燃沥青燃烧性能测试

阻燃沥青燃烧性能测试采用极限氧指数法、直接燃烧计算质量损失法以及烟密度试验测试的方法来进行试验研究。

2.3.1 极限氧指数测试

氧指数是指在规定的条件下，试样在氧、氮混合气流中维持平衡燃烧所需的最低氧浓度，以氧气所占的体积百分数表示，表示为LOI。氧指数越高，表示燃烧所需要的氧气浓度越高，试样越难燃烧。一般认为，当LOI小于21%时为易燃材料，LOI在21%～27%时为可燃材料，LOI大于27%时，材料在燃烧中可自行熄灭。

由于沥青的燃点（300℃以上）比软化点高很多，在检测未燃烧之前早已变成流动态，并且极容易发生流淌滴落，会污染仪器设备。因此，在规格80*10*4mm的玻璃条上缠棉布，蘸5cm长度的沥青膜，质量3.3g左右，采用HC-2氧指数仪进行试验，其检测结果见表3，测试过程见图1，制作试样见图2所示。

从检测结果数据表中可以看出，加入阻燃剂之后的沥青极限氧指数明显高于加入阻燃剂之前的沥青，并且加入两种阻燃剂的沥青极限氧指数都大于27%，满足材料自行燃烧的规定。

2.3.2 直接燃烧测试

将两种不同阻燃沥青和改性沥青取适量，倒入燃烧皿中，称出沥青与燃烧皿的质量，然后放置在电热炉上进行加热，加热到约200℃后加入适量汽油，引燃汽油，充分燃烧后测出剩余物质与燃烧皿的质量，结果见表4。

从燃烧结果看出，添加两种不同阻燃剂后的沥青燃烧后质量损失较未加入阻燃剂的沥青燃烧后质量损失小很多，表明，添加的阻燃剂能够在沥青燃烧时起到一定的阻燃效果。

2.3.3 烟密度测试

烟密度是对阻燃沥青发烟量的评定，主要是以材料在一定条件下燃烧所产生的最大烟密度为标准来进行衡量。由于目前并没有专门针对阻燃沥青燃烧时烟密度试验测试标准，因此，研究采用GB8627-1997《建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法》，对阻燃沥青燃烧时烟密度进行检测。其检测结果见表5所示。

从试验结果可以看出，添加阻燃剂之后，沥青在燃烧过程中释放的烟密度显著减小。

3.结果分析

（1）对于沥青常规性能试验检测方面，通过对原材料改性沥青和两种阻燃沥青的常规试验性能检测结果对比中看出，添加了两种阻燃剂的阻燃改性沥青其针入度、延度、软化点、弹性恢复、闪点、燃点各项指标均高出原材料SBS改性沥青指标，并且BFR阻燃沥青各项技术指标高出APFR阻燃沥青。关于储存稳定性方面，在加入两种阻燃剂之后，两种阻燃沥青储存稳定性离析值均高于原材料沥青数值，分析原因是由于沥青密度大小一般接近于水的密度大小，由于加入的阻燃剂密度大于沥青密度，从而使得阻燃沥青的储存稳定性降低，不适宜久置存放。因此，建议阻燃沥青应随配随使用。

（2）从阻燃沥青燃烧性能测试试验中看出，加入两种阻燃剂后的阻燃沥青和未加入阻燃剂的沥青相比较而言，其极限氧指数得到了提高，并且高出规定27%，属于难燃级别。

（3）由阻燃沥青烟密度试验测试结果中得知，加入阻燃剂之后的阻燃沥青在燃烧时，能大幅度降低烟雾密度。表5中清楚看到，在加入阻燃剂之前，沥青烟雾密度102%，加入两种阻燃剂之后，沥青烟雾密度迅速降低到68.6%和79.4%，并且BFR和APFR两种阻燃沥青烟密度相差不大，都能够降低沥青在燃烧时烟密度的含量。

4.结论

（1）在改性沥青中加入自制阻燃剂BFR制备成的阻燃沥青，其针入度、软化点、延度、弹性恢复、闪点、燃点等多项指标均满足公路工程相关技术规范要求。与重庆某公司生产的APFR阻燃沥青相比较，其多项性能指标优于APFR阻燃沥青。

（2）在沥青中添加阻燃剂之后，阻燃沥青的极限氧指数明显升高，均大于27%，属于难燃及自行熄灭状态。并且添加的两种阻燃剂APFR和BFR制备成的阻燃沥青二者极限氧指数相差不大，且均满足要求。

（3）通过对两种不同的阻燃沥青以及克拉玛依90#改性沥青进行直接燃烧试验和烟密度试验检测，结果表明，两种阻燃沥青在经燃烧后的质量损失及燃烧过程中释放的烟密度测试结果值均低于改性沥青，且APFR和BFR两种阻燃沥青在燃烧时的质量损失和烟密度相差变化不大。

（4）自制BFR阻燃沥青不仅有优良的使用性能，而且具有良好的阻燃性能，并且满足公路工程施工技术规范要求，能够在隧道路面及公路路面易发生火灾地段使用。

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作者简介：李小玲，兰州交通大学在读硕士研究生，研究方向：道路与铁道工程。