摘要:選擇無毒環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性能影響,結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。

隨著隧道鋪裝技術的進步，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,燃燒產生的毒氣、煙霧和熱量很難散失，往往導致火災事故發生后人員逃生困難,造成災難性事故,損失慘重"。2014 年 3月1日，山西晉濟高速巖后隧道內兩輛甲醇車相撞導致甲醇泄漏爆炸，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，直接經濟損失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性能進行了測試，結果發現，該瀝青阻燃劑在不改變瀝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,阻止可燃氣體外逸,降低發煙量,從而達到阻燃目的叫。除此之外,膨脹石墨受熱后不產生有毒和腐蝕性氣體,對人體無害,屬于無毒環保阻燃劑。

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法

2.2試驗用原材料 

a)基質瀝青: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;

c)膨脹石墨:青島XX公司生產

3、性能研究

3.1基質瀝青、改性瀝青氧指數的確定

武漢理工大學余劍英則、山西省交通科學研究院杜素軍曾對基質瀝青、改性瀝青的極限氧指數做過詳細研究,本文參照其方法,對上述4種瀝青及改性瀝青進行了極限氧指數的測定,結果如表1。

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

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

由表2可知，膨脹石墨的阻燃效率遠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。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生，對環境沒有任何危害。不僅如此，致密的隔離層還阻止了大量有害煙氣的產生和擴散。

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號基質瀝青和改性瀝青進行針入度、車化點、延度的測試，結果如表3。

表3阻燃劑對瀝青物理性能的影響

由表3、表4可知，當膨脹石墨加入到基質瀝青、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生了一些不良改變，但摻量在5%~10%范圍內，改變幅度有限，不影響瀝青和改性瀝青的使用性能。

4、結果與討論

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，膨脹石墨不會發生變化，可以滿足施工要求。通過實驗不難發現，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保無毒的優點，在一定范圍內，對瀝青的物理性能改變也非常有限，可以滿足相關技術指標的要求，是一種優良的瀝青阻燃劑產品。