摘要:隧道中的沥青路面使用过程中,一旦发生交通事故引起路面着火,后果不堪设想。故在长隧道沥青路面表面层铺装过程中,有必要应用添加阻燃剂的沥青混合料达到隧道路面阻燃的效果。本文通过对阻燃沥青混合料的燃料燃烧模拟试验,研究阻燃沥青混合料的阻燃性能。
关键词:隧道铺装;阻燃沥青混合料;阻燃性能
中图分类号:TE626.8+6 文献标识码:A
1引言
随着我国高等级公路的发展,公路隧道的数量也不断增加。隧道中的沥青路面使用过程中,一旦发生交通事故引起路面着火,后果不堪设想。故在长隧道沥青路面表面层铺装过程中,有必要应用阻燃剂来提高基质沥青的氧指数,从而达到隧道路面阻燃的效果。实际研究表明,用阻燃沥青混合料铺设的路面,不仅有很好的阻燃效果,而且还具有现代交通的一些优点,如行车舒适、低噪音、扬尘少、易维修等,因此,从实际需求来看,对沥青以及沥青混合料进行阻燃技术的研究是有必要的[1]。
由于试验条件的限制,阻燃沥青混合料的阻燃性能测试不能再采用传统的氧指数法,沥青混合料是由集料和沥青组成,集料间靠沥青的粘结使之成为一体。当温度升高时,沥青的粘结性能下降,集料间的粘结力随着下降。如果用氧指数法测试阻燃沥青混合料的阻燃性能时,由于试件的燃烧端温度很高,集料在重力的作用下自由掉落,带有火焰的集料掉落后,使燃烧端的火焰产生熄灭,使试验结果偏差很大,所测试的结果也不能真实的反映式样的阻燃性能。所以本文通过燃料燃烧模拟的方法[2]进行阻燃沥青混合料阻燃性能试验,分析阻燃沥青对混合料阻燃性能的提高。
2阻燃技术在道路沥青中的应用状况
有关阻燃科学和理论的基础研究,是从法国的J.L.Gaylussac开始的。他注意到,硫酸、盐酸和磷酸的铵盐对大麻和亚麻都具有很好的阻燃性,而如果采用氯化铵、磷酸铵和硼砂的混合物,则阻燃效率可明显提高。这个研究成果经受了时间的考验,现在仍然是实用的。由此可见,现代阻燃化学的基本原理在19世纪初即已有所发展。合成高聚物的出现,对阻燃技术的发展具有深远的意义。因为在此之前使用的无机盐阻燃剂,在基本上是疏水性的高聚物中用途甚为有限。所以,阻燃技术的近代发展集中在研究和制备与高聚物相容的永久性阻燃剂[3]。
现在己有多种技术,可以赋予高分子材料阻燃性,包括接枝和交联改性技术、抑制降解技术、催化阻燃技术、气相阻燃技术、成炭隔热技术、冷却降温技术等。但是,目前最有实用价值的方法是在高聚物中掺加添加型阻燃剂或在合成时加入反应型阻燃剂。
3燃料燃烧模拟分析
公路隧道火灾的发生通常是与液体燃料发生着火有关的,这些燃料一般是车辆运输的过程中发生泄漏并遇到火源产生燃烧的。通过试验室对现场燃料发生泄漏并发生火灾条件的模拟,研究阻燃沥青混凝土对火灾发生时所产生的阻燃作用。具体试验步骤如下:
3.1相同集料级配、相同的油石比条件下的阻燃沥青混合料(三组掺量10%、20%、30%)和普通基质沥青混合料分别成型标准马歇尔试件(Φ101.6±0.25mm , h63.5±1.5mm)。
3.2成型好的阻燃沥青混合料试件和普通沥青混合料试件各分成六组,使每一组试件的体积性能相同,准备进行常规试验和燃烧后试验;
3.3将燃烧试件分别浸没到93#汽油中,时间分别为5s、10s、15s取出,立即点燃试件测试燃烧时间;待自熄后放在60℃烘箱中5h烘干,称量重量损失,未燃烧的常规试件同样放入烘箱中5h。
4燃烧试验结果分析
4.1燃烧时间
对阻燃沥青混合料和普通改性沥青混合料的燃烧试件进行测试,测试结果见下表1~表3。
从不同浸泡时间下的平均燃烧时间来看,采用阻燃沥青的混合料时间燃烧时间稍微短一些。由表1~表3可以得出以下几点结论:
① 同一掺量的阻燃沥青混合料,浸泡时间越长,燃烧时间也越长;相同浸泡时间的阻燃沥青混合料,阻燃剂掺量越大,燃烧时间越短;相同浸泡时间,掺入阻燃剂的沥青混合料燃烧时间比普通沥青混合料要稍短些;② 浸泡5s后燃烧,三种不同阻燃剂掺量沥青混合料的平均燃烧时间相差不大随着浸泡时间的增加,三种掺量混合料的平均燃烧时间差距逐渐增长。
分析产生上述结果的原因主要是:
① 有些采用阻燃沥青的混合料试件的燃烧时间比未采用阻燃沥青的混合料燃烧时间还要长。这是因为,燃烧的是汽油,沥青基本没有多少参与燃烧,而汽油是极易燃物质,单靠阻燃沥青去阻止汽油的燃烧是达不到的,阻燃剂只能在沥青发生燃烧时才可以发挥阻燃作用,而且这种阻燃作用只是对沥青有一定作用,而对汽油的作用是极其微弱的[4]。② 阻燃沥青中的阻燃剂分散在沥青中,当沥青发生燃烧时,沥青开始分解或燃烧,使部分阻燃剂暴露出来,暴露出的阻燃剂在受热或火源的作用下开始对沥青的分解和燃烧发挥阻碍作用;在燃料汽油发生燃烧时,沥青中暴露的阻燃剂很少,不足以对燃料汽油进行阻燃。由此可知,通过燃烧时间不能很好判断阻燃沥青混合料阻燃性能的优越性。
4.2 质量的损失
试件质量的损失主要是由于燃烧时沥青参与燃烧并发生氧化反应,生成气体和水等物质而损失,沥青在参与燃烧时,阻燃剂也参与了燃烧,但参与燃烧的阻燃剂降低了参与燃烧的沥青量,降低了混合料燃烧后的质量损失。
阻燃沥青混合料和普通沥青混合料在燃烧前后质量的变化见下表4~表6。相同类型的试件中,普通沥青混合料质量损失大于阻燃沥青混合料的质量损失;不同掺量的阻燃沥青混合料,掺量较大的沥青混合料质量损失要较少,当浸泡时间增加时,质量损失差距更加明显,阻燃剂的阻燃效果越明显。
结语
1有些采用阻燃沥青的混合料试件的燃烧时间比未采用阻燃沥青的混合料燃烧时间还要长。这是因为,燃烧的是汽油,沥青基本没有多少参与燃烧,而汽油是极易燃物质,单靠阻燃沥青去阻止汽油的燃烧是达不到的,阻燃剂只能在沥青发生燃烧时才可以发挥阻燃作用,而且这种阻燃作用只是对沥青有一定作用,而对汽油的作用是极其微弱的。
2阻燃沥青中的阻燃剂分散在沥青中,当沥青发生燃烧时,沥青开始分解或燃烧,使部分阻燃剂暴露出来,暴露出的阻燃剂在受热或火源的作用下开始对沥青的分解和燃烧发挥阻碍作用;在燃料汽油发生燃烧时,沥青中暴露的阻燃剂很少,不足以对燃料汽油进行阻燃。由此可知,通过燃烧时间不能很好的判断阻燃沥青混合料阻燃性能的优越性。
3试件质量的损失主要是由于燃烧时沥青参与燃烧并发生氧化反应,生成气体和水等物质而损失,沥青在参与燃烧时,阻燃剂也参与了燃烧,但参与燃烧的阻燃剂降低了参与燃烧的沥青量,降低了混合料燃烧后的质量损失。
4从燃烧时间和质量损失值得出,一定掺量的阻燃剂能起到较好的阻燃效果,相较于基质沥青混合料而言,阻燃沥青混合料的阻燃性非常显著,阻燃性能随掺量增加而增强。
参考文献
[1]张锐,黄晓明,赵永利.隧道路面使用状况调查与分析[J].公路隧道,2007,(1):12一16.
[2]E.Jakab, Md.A. Uddin, T.Bhaskar etc. Thermal decomposition of flame-retarded high-impact polystyrene. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis.2003,68-69:83-99.
[3]Yvonne Becker M, Alejandro J. Muffler, Yajaira Rodriguez. Use of Rheological Compatibility Criteria to Study SBS Modified Asphalts [J]. Journal of Applied Polymer Science, 2003, 90:1772 1782.
[4]蔺海兰,廖双泉,廖建和.橡胶的阻燃技术的研究进展[J].合成橡胶工业.2005, 28 (4):241-247.
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