隧道阻燃路面探讨

1、隧道阻燃路面讨论1背景和意义随着我国经济的迅猛开展，高速公路建立已经成为国家经济开展的根底，为了缩小经济差距，拉动偏远地区经济开展，高速公路逐步从平原微丘区向山岭重丘区延伸，由此产生了大量的隧道及隧道群，我国已成为世界上隧道最多、最复杂、开展最快的国家。截止2022年底，我国公路隧道为10022处、805.27万米，比上年末增加1500处、179.93万米。其中，特长隧道441处、198.48万米，长隧道1944处、330.44万米。2022年2022年我国公路隧道累计建立情况见表1.1、图1.1所示。表1.12022年至2022年我国公路隧道累计建成情况年份年隧道数处隧道总数特长隧道数长隧道

2、数2022467383607202254261207432022613919090520227384265121820228522326150420221002244119442022年我国公路隧道累计建成总量是2022年的近一倍，其中特长隧道建成数目为2022年的4倍多，说明随着我国高速公路的建立，长大隧道在公路建立中所占的比例越来越大。我国长大隧道路面多采用水泥混凝土路面，水凝土路面刚度大、抗滑性能差、行车舒适性欠佳，近年来随着高等级公路建立进入新阶段，隧道路面铺装从行车舒适性、抗滑性、降低噪声等角度考虑，大量的长大隧道路面铺装开场采用沥青混凝土路面。与水泥混凝土路面相比，沥青混凝土路面具

3、有无接缝、路面平整度良好、抗滑性能强、施工机械化程度高、维修方便等优点。隧道与高速公路其他组成局部不同，其空间封闭狭长，交通事故频发，一旦发生火灾，隧道内部烟雾和温度不易排出，能见度急剧下降，同时由于沥青混合料中沥青燃烧产生大量有害气体，严重威胁到人员生命财产平安。国内外局部隧道火灾事故统计表如表1.2所示1,2。表1.2国内外局部隧道火灾事故统计隧道名称时间国家火灾原因损失瓜达马拉隧道1975西班牙载货汽车起火烧毁损坏货车一辆都夫良野水下隧道1977.5日本载货汽车所载的木料过热引起火灾一辆载货汽车烧毁威尔森公路隧道1978.8荷兰车辆碰撞死5人，伤5人，随坏4辆小汽车日本坂公路隧道1979

4、.7日本车辆碰撞死7人，伤1人，隧道挺用2个月勃朗峰隧道1999.3意法载货汽车失火41人死亡，38辆汽车被烧毁马道岭隧道2001.11中国发动机起火12死，6伤，1辆大客车烧毁雨台温高速燕居岭隧道2022.7中国发动机起火1辆大客车烧毁西湟高速响河隧道2022.5中国汽车追尾死1人，伤4人延塞高速三郎岔隧道2022.11中国汽车追尾3伤，1辆轿车烧毁沪蓉西高速女郎山隧道2022.4中国车辆碰撞隧道通讯光缆烧毁，2辆车烧毁京珠高速大宝山隧道2022.5中国汽车追尾2死，5伤，封闭维修1个月由表1.2可知，随着公路隧道大量建成通车的同时，隧道内由交通事故引起的火灾风险也不断的增加，而我国公路隧道

5、修建的历史较短，经历尚浅，为了保障隧道的使用平安，隧道的防火救灾问题显得尤为重要。其次，随着我国长大隧道公路的建立，车辆行驶造成的噪音对隧道环境造成严重的污染，在隧道内部，混响时间比隧道外高得多，据调查，长度大于1k的大型公路隧道，噪声程度均在90dBA以上，交通噪声和通风机运作噪声经隧道防止屡次反射，产生较大的噪声值，对司机、乘客、检修人员产生不适的影响。交通噪声主要由车辆的传动系统噪声、动力系统噪声和轮胎与路面间因泵浦效应产生的路面噪声组成，随着车辆速度的变化，三类声源对噪声的奉献有所不同。研究说明，当汽车行驶速度大于50k/h时，路面噪音是小客车与轻型载重车噪音的主要局部；当车速超过80

6、k/h时，路面噪声会超过其他噪声源，成为汽车行驶噪声的主要声源3。路面噪音产生的机理非常复杂，主要是由轮胎与路面互相作用过程产生的。要降低路面噪声，一方面要研究轮胎花纹构造，另一方面要优化路面构造主要由轮胎与路面。由于从研究轮胎花纹构造来降低噪音研究本钱昂贵，降噪效果不明显，因此从优化路面构造出发来降低路面噪声成为一种简单有效的降噪手段。目前我国国内隧道沥青路面施工时一般采用热拌沥青混合料进展铺装，但沥青混合料是一种感温性材料，为了到达预期的沥青路面使用性能，在消费沥青混合料时，需要将沥青加热到145170左右，矿料加热到155185，然后再将沥青和矿料在高于160的高温下进展拌合，拌合后的沥

7、青混合料温度不低于150，摊铺和碾压时的温度不低于1204，对于改性沥青混合料，需要更高的拌合与压实温度。在这个过程中不仅消耗了大量的能源，而且在沥青混合料混合料的消费、拌合以及施工过程中会释放大量的废气和粉尘，严重影响周围环境质量和施工人员的身体安康。隧道内部在施工过程中通风设施不完善，而热拌沥青混合料摊铺温度较高，在摊铺过程中大量的有害气体和热量不能排除，导致隧道内部施工环境恶劣。伴随着我国经济的迅速开展，汽车已经成为我们交通出行的必备交通工具，因此汽车保有量呈急剧增长的趋势，汽车尾气造成的污染也不断加剧。而长大隧道由于其相对封闭的内部环境，公路隧道中大量汽车尾气不能排出，这些尾气当中含有

8、大量气态相的一氧化碳、氮氧化物NX、碳氢化合物H等，还有局部固态相的铅Pb、苊烯、芘、屈、荧蒽、苯并a蒽5等，隧道内空气污染物主要为一氧化氮N，它们的危害极大，当隧道内发生严重堵车时，汽车尾气不能及时排出，大量积累形成较高的尾气浓度，当浓度到达一定的浓度时，会致人昏迷，甚至死亡。尾气形成的烟雾不仅影响驾驶员视线，而且和其他污染源有机物通过光化学反响，直接污染隧道内的设施；由于隧道内部通风较差，逐渐积累的尾气在路面形成油渍，是路面抗滑性能下降，影响形成平安。针对长大隧道公路沥青路面的上述不利影响，本研究意在开发一种适用于长大隧路面的环保温拌阻燃剂，并将其掺参加到GF沥青混合料中，到达降低施工时烟

9、尘污染，改善施工环境；降低噪音，进步行车舒适性；吸收隧道内部车辆排出的尾气，进步隧道内部空气质量；进步火灾发生时隧道内车辆和人员平安性等目的。2国内外研究现状2.1国外研究现状阻燃剂是指可以进步易燃或可燃物的难燃性、自熄性或消烟性的功能性助剂，对于防止火灾及保障人类社会平安至关重要。自20世纪70年代以后，随着人们对PE、PP等合成塑料的大量需求，聚合物阻燃技术得到了迅速的开展，国外研究人员将聚合物材料的阻燃技术中所采用的阻燃产品引入到沥青中，并研制了合适沥青的阻燃剂，且形成了阻燃沥青的消费技术，开发了多种路用阻燃剂。1986年，日本AsahiRekisEi公司公开了一项难燃沥青制备专利，虽然

10、该阻燃剂阻燃效果显著，但由于阻燃剂成分配比复杂、掺量大，且价格昂贵，因此其很难被人们所采用；该公司后来又推出强氧化铝等无机阻燃剂，降低了消费本钱，但是由于其氧指数进步不明显，阻燃剂阻燃效果非常有限，在实际应用中很难得到推广6。alter于1987年公开的在防火油毡中掺加阻燃剂制成阻燃改性沥青专利，该阻燃剂包括磷酸铵盐、卤素和红磷或适量参加金属氢氧化物等阻燃剂，将混合阻燃剂参加到已加热至176的SBS改性沥青中，再用高速搅拌器混合均匀，试样试验结果显示此阻燃剂具有较好的阻燃性能，根据ASTE-108标准到达了lassA级别7。Jlitz于1989年公开的SBS阻燃改性沥青专利技术，主要采用了有机

11、溴柠檬酸钾、胺类等具有协效作用的阻燃剂；1992年又进一步公开了一项专利，采用硫酸铵和含硅聚合物作为阻燃剂，制备的阻燃沥青在UL790条件下由UL测试，获得了lassA级别8。自20世纪90年代以后，随着对阻燃沥青产品需求的增长，对于阻燃沥青的研究也获得了很大进展，Hagean于1990年公开的将碳酸氢钠参加到阻燃沥青油毡而加速固化过程，发现再参加碳酸氢钠的同时，增加了沥青的阻燃性能，分析认为是由于碳酸氢钠在受热时分解产生二氧化碳稀释了周围空气中氧气的浓度，从而致使火焰窒息到达阻燃的目的9。Slusher于1996年公开的阻燃改性沥青专利采用了膨胀型阻燃剂10，大量易燃聚合物中都开场采用膨胀型

12、阻燃剂，因为在聚合物受热燃烧时膨胀型阻燃剂能分解产生均匀的碳层泡沫层，此层隔热、隔氧、抑烟，并能有效防止熔滴现象，因此具有良好的阻燃性能，采用膨胀型阻燃剂不仅可使材料到达一定的阻燃级别，而且可减少材料燃烧时放出的烟量及消除卤化氢。在2001年，Brn公开了采用铝矾土、水镁石等无机阻燃剂的阻燃沥青专利技术，并根据锥形量热仪测试结果，说明其阻燃效果比传统无机阻燃剂氢氧化铝更为优异11。1.2.2国内研究现状我国对阻燃沥青的研究相对国外起步较晚，1989年武汉工业大学吴国南?对阻燃油毡及阻燃沥青流变学研究?的硕士论文对阻燃沥青技术进展了相关的研究。2002年，重庆交通科研设计院的陈辉强等作对沥青的阻

13、燃性能及阻燃机理进展了研究，他们采用了自由基捕捉剂和13跟踪原子对卤素阻燃作用进展了研究，采用沥青氧指数对阻燃性能进展测试；最终试验结果说明，阻燃剂的掺入对SBS改性沥青的性能影响较小，且有机阻燃剂是通过自由基链式反响实现阻燃，无机阻燃剂主要通过分级吸热到达阻燃作用12。2022年，何唯平等公开了一项阻燃沥青的科研成果，此技术指出阻燃沥青在指标过程中，阻燃和抑烟对于阻燃沥青都同等重要。辽宁石油化工大学的郭进寸等也进展了阻燃技术的研究，试验过程中对卤阻燃剂在内的多种阻燃材料进展测试和比照，结果说明，阻燃沥青中阻燃材料之间存在互相的协同作用，从试验中发现氢氧化铝具有良好抑烟性能和阻燃作用13。20

14、22年同济大学杨群等针对水泥混凝土隧道路面的抗滑性缺乏、噪音低、接缝损坏以及排水困难等问题对阻燃多孔沥青混合料进展研究，由于开级配GF沥青混合料相比密级配沥青混合料具有较大空隙率，具有良好的透水性能，当渗漏或倾倒在路面外表的可燃性液体经过沥青混合料的空隙排出，降低了可燃性液体的有效燃烧量，从而到达良好的防火效果且从其路用性能及路面使用性能提出了适宜的空隙率14。2022年，武汉理工大学的从培良等针对阻燃沥青的流变特性进展了研究，对阻燃沥青采用了DSR和布氏粘度法进展研究，并采用不同方法对试验结果进展了分析；结果说明，阻燃沥青的弹性性能对温度敏感性大于基质沥青，而老化后阻燃沥青的流变性能对温度敏

15、感性下降，且粘度升高15。2022年，东南大学的屈言宾等采用氢氧化铝与氢氧化镁作为阻燃剂对阻燃沥青进展了研究，考察了在不同阻燃剂掺量下阻燃剂对沥青物理指标延度、针入度、软化点的影响；试验中还采取了TG测量方法进展分析，分析结果说明，在沥青中掺加ATH和H之后，降低了沥青的热分解温度，氢氧化物的分解出结合水，同时吸收大量热，不但可以降低材料在火焰中的温度，还可以进一步抑制可燃性气体的分解，形成了隔离层，使沥青的阻燃性能有了很大的改善，且具有一定的抑烟性16。2022年武汉理工大学大学刘新权等提出以APP/PER和ATH为根底的阻燃沥青GF沥青混合料，从阻燃沥青及GF燃料逃逸理论出发对开级配阻燃沥

16、青混合料进展了研究，从试验结果中提出了APP/PER及ATH/H阻燃体系的最正确掺配比例和最正确掺量，通过GF沥青混合料燃烧试验证明其具有良好的阻燃效果17。2022年长安大学徐婷通过对卤系阻燃体系、膨胀阻燃体系及膨胀无机阻燃体系阻燃机理进展分析研究，结果说明，卤系阻燃剂具有良好的阻燃特性，但其在燃烧过程中产生大量的烟和有害气体；膨胀型阻燃剂作为新型环保阻燃体系，在燃烧过程中具有良好的抑烟性，是新型阻燃剂开展的一种趋势18。2022年长安大学王春通过在不同温拌剂中掺入膨胀型阻燃剂，研究了温拌阻燃剂的阻燃效果，研究结果说明，在SBS改性沥青中掺入阻燃剂后再参加Sasbit，会使沥青的阻燃效果产生

17、下降，但满足隧道路面对阻燃沥青的要求。温拌阻燃沥青混合料拌合和压实温度相比热拌沥青混合料较低，可减少温室气体排放，具有节能减排、绿色环保的优势；阻燃剂的掺入降低了温拌阻燃沥青混合料的水稳定性，添加抗剥落剂可使其水稳定性满足标准要19。3研究方向1、隧道沥青路面环保温拌阻燃材料性能研究通过对环保温拌膨胀型阻燃体系及环保温拌无机阻燃体系进展沥青氧指数试验，得出氧指数与阻燃剂掺量的关系，再通过阻燃剂对沥青物理技术性能的影响，确定阻燃剂的最正确掺配比例及最正确掺量。2、环保温拌阻燃材料沥青混合料性能研究对研制的环保温拌阻燃材料进展各项路用性能试验，并与不掺加环保温拌阻燃材料的SBS改性沥青混合料性能进展比拟，并进展了燃烧性能分析，研究了环保温拌阻燃沥青对阻燃抑烟效果的影响。