重庆交通大学 重庆 400041
摘要：近年道路建设逐渐往西部发展，沥青路面铺筑日渐增多，沥青的易燃性使得其易在交通事故中被引燃，为降低潜在事故风险，研究沥青阻燃性显得尤为重要。本文综述了国内外阻燃沥青的研究现状；论述了以下4种沥青阻燃机理：吸热阻燃、凝聚相阻燃、气相阻燃以及协效阻燃；介绍了常用阻燃剂的分类及特点；展望了阻燃沥青的发展趋势。
关键字：阻燃沥青；研究现状；阻燃机理
1 引言
随着社会的快速发展，城市道路已日渐饱和，近年来道路建设重心向西部偏移，因西部多山，隧道规模和比例都逐渐扩大。随着社会经济发展，道路使用者对行驶安全及舒适性提出了更高的要求，沥青路面因而得以广泛运用于公路路面建设。在道路运营中，道路安全是重中之重，在最近几年交通报告中，隧道属于事故多发路段，且沥青易燃的特性使其易被引燃并增大火势。沥青在燃烧过程中会产生有害气体，影响隧道交通事故发生后人员的逃生与救援。要克服沥青路面存在的缺陷，降低潜在事故风险，研究隧道沥青路面的阻燃性显得尤为重要。
2国内外阻燃沥青的研究现状
2.1国外阻燃沥青的研究现状
国外在阻燃沥青技术方面的研究工作开展比较早，早在1950年代，就有研究者将难燃矿物纤维掺入沥青中制备成阻燃沥青，但阻燃效果不理想。1985年，Graham利用添加物在加热的情况下释放出的有机卤素化合物达到阻燃效果；1990年，Hageman发现碳酸氢钠在受热分解时产生的二氧化碳能降低沥青的可燃性[1]；2003年，Kim指出无机阻燃剂在达到阻燃作用的同时不会产生烟雾和腐蚀性气体，比卤素系阻燃剂更安全环保；2009年，Nitinat用氢氧化镁和硼酸锌掺入复合材料，提高了复合材料的热稳定性；2018年，Tao Xu等研究了阻燃剂对沥青结合料SARA溜分热分解的影响，得到了复合阻燃剂的作用机理。
综上所述，国外研究者早期都更重视成果的实用性，忽视了理论研究，且大多数成果并不是针对道路路面；后期加深了对阻燃机理的研究并注重阻燃效果。
2.2国内阻燃沥青的研究现状
不同于国外，国内关于阻燃沥青的研究起步较晚，但也有了较多研究成果。2002年，陈辉强等采用有机卤素阻燃剂研制了阻燃沥青，并探讨了其阻燃机理[2]；2005年，郭进存等人研究发现沥青阻燃材料之间存在着协同作用[3]；2007年，丁庆军研究发现氢氧化铝与氢氧化镁复配在一定程度上能够提高沥青的阻燃性能；2013年，李立寒等通过实验发现，氢氧化镁和硼酸锌复配，阻燃剂阻燃抑烟效果较好；2015年，朱凯研究发现，将氢氧化钙、氢氧化铝和纳米蒙脱土复配组成的复合阻燃体系，不仅能降低沥青燃烧的热释放速率，还能在一定程度上提高沥青混合料的路用性能。
综上所述，阻燃沥青是朝着无毒环保的方向进行的。金属氢氧化物自身无毒且填充效果好，是近年来研究者们的重点，又因为单一金属氢氧化物阻燃剂难以满足现在道路的阻燃要求，复合型的协同阻燃方式成为沥青阻燃剂的发展趋势。
3 阻燃沥青的研究及进展
目前使沥青具有阻燃特性采用的方法还是在沥青中添加阻燃剂、抑烟剂等。研究沥青阻燃机理更够研发出效果更好的阻燃剂。
3.1 沥青阻燃机理
沥青作为一种熔点低、高温流动性好的易燃材料，被点燃后很快就会熔化、滴落，形成燃烧的小火球向四周流淌扩大火灾面积。通过对沥青阻燃机理的研究，就可以使沥青在受热时不易被引燃、降低流动性并减少有毒气体的排放。目前沥青阻燃机理主要分为吸热阻燃、凝聚相阻燃、气相阻燃以及协效阻燃4种作用机理。
（1）吸热阻燃机理
主要依靠热容量大的阻燃剂在高温时发生吸热分解反应，降低可燃物表面温度，减慢热裂解反应速度，有效抑制可燃性气体生成。
（2）凝聚相阻燃机理
主要是防止沥青材料的热分解和可燃性气体释放，如在燃烧过程中，阻燃剂受热后在可燃物表面熔融形成不可燃的隔离层，这个隔离层起到隔热、隔氧的作用，既阻止了可燃性气体的扩散，又减少了燃烧时传递给沥青的热量，使燃烧物无法再继续燃烧，膨胀型阻燃剂就是运用的此种阻燃机理。
（3）气相阻燃机理
指对沥青高温下分解出来的可燃性气体燃烧或对燃烧反应产生的阻止作用。如阻燃剂吸热分解出大量惰性气体，稀释可燃性气体，高密度蒸汽覆盖在可燃物表面以隔绝与氧气的接触，使燃烧过程供氧不足。
（4）协效阻燃机理
在阻燃体系中，单一阻燃剂常带有局限性，为了提高阻燃效率，常采用阻燃剂与协效剂相互配合，往往能起到增效作用，这就是阻燃剂的协同效应。
通过对阻燃机理的研究，了解到阻燃机理都是由复杂的化学和物理变化过程组成的，因此很难将一种阻燃体系严格的归类为某一种阻燃机理，实际上很多阻燃体系都是以几种阻燃机理同时发挥作用。
3.2常用沥青阻燃剂的分类及特点
阻燃剂按照化学成分可分为有机阻燃剂与无机阻燃剂两大类。有机阻燃剂主要是卤系和膨胀型阻燃剂，无机阻燃剂主要是铝镁系、硼系等。
（1）卤系阻燃剂
卤系阻燃剂是最早使用的一类阻燃剂，可分为氯系及溴系阻燃剂。优点是价格低、稳定性好，是目前产量最大的有机阻燃剂之一；缺点是释放有毒致癌物质，已日渐减少使用。
（2）膨胀型阻燃剂
膨胀型阻燃剂是一种绿色环保的阻燃剂，其体系本身具有协同作用，是近年来较为关注的新型复合阻燃剂，它符合现在阻燃剂低烟低毒的研究方向。
（3）铝镁系阻燃剂
氢氧化镁和氢氧化铝是现在最常用的金属氢氧化物，具有阻燃、抑烟、填充多重功效，其阻燃机理为释水吸热和覆盖作用。
（4）硼系阻燃剂
硼系阻燃剂主要是无机硼化物，目前应用最广泛的是硼酸锌，其特点是热稳定性好、低毒及无烟，其在加热时会形成涂层覆盖在沥青表面，此外硼酸锌与其他阻燃剂复配效果良好，可以得到优良的阻燃和抑烟效果。
4 沥青阻燃性能的评价方法
目前沥青材料缺乏阻燃性能的测试标准，主要参考塑料行业测试方法，如极限氧指数法、水平垂直燃烧测定法和锥形量热仪法。
4.1极限氧指数法
氧指数是用于表征材料被点燃的难易程度，可以用来衡量材料的火灾危险性，指的是聚合物在氧和氮混合气体中当刚能支撑其燃烧时氧的体积分数浓度。
4.2水平垂直燃烧测定法
主要是通过对点燃的试样进行观察，然后得出对阻燃性能的判断，但试验结果易受试验人员操作的影响，有很大的主观性，因此试验误差较大。
4.3锥试验热仪法
锥形量热仪可用于测定材料的引燃时间、烟密度等很多有关材料的阻燃性能参数，它的出现改进了对阻燃材料的研究和评价工作。
但此方法成本较高，操作复杂，推广较难。
5 阻燃沥青的展望
（1）复合环保阻燃剂的应用是未来发展趋势。自从发现阻燃材料之间存在协同效应之后，关于不同阻燃剂之间协同作用的研究层出不穷，特别是铝镁系阻燃剂由于其稳定性好、无毒、抑烟等优点成为研究者的重点[4]，未来会有更多方面、多功能的阻燃剂被研发出来。
（2）建立阻燃评价体系。目前沥青阻燃性能都是采用极限氧指数、烟密度等单一指标来判断，但是这对于无机阻燃剂来说并不是一个合适的评判标准，开发一种既适用于有机类阻燃沥青也适用于无机类阻燃沥青的评价体系，对于阻燃沥青的发展至关重要[5]。
参考文献：
[1] Hageman J P .Flame retardant asphalt coating : US , 430117 [P].1990-05-15 .
[2]李祖伟,陈辉强,牟建波等.沥青阻燃改性技术研究及其阻燃机理EJ3.长沙交通学院学报,2002,18(4):1-4.
[3]郭进存,廖克俭,戴跃玲.阻燃沥青的研制[J].辽宁石油化工大学学报,2005,25(2):5-8.
[4]杨丽,周逸潇,韩新宇,等.阻燃剂阻燃机理的探讨［J］.天津化工,2010,24( 1) : 1-4.
[5]王朝辉,董彪,高志伟,刘志胜,贺海.无机阻燃改性沥青结构表征及阻燃机理研究[J].功能材料,2014,45(13):13045-13049+13055.