西部地区大都处于地形险峻地貌复杂的丘陵、高 原地带，山区高速公路桥隧比通常高达 50%~80%，据 统计，截至 2020 年底我国总公路隧道已建有 21316 座， 总长度高达 21999.3km 。隧道属空间狭小、通风能力 较差的公路设施，且现阶段我国隧道路面基本均采用沥 青材料进行铺装，沥青胶结料在火灾高温作用下将融化 形成助燃剂，因此隧道内发生交通事故产生火灾将造成 致命后果。如何防治、抑制隧道火灾燃烧事故发生，对 交通安全风险管理具有重要意义 。

阻燃剂作为一种可掺入易燃物中阻断火灾发生、抑 制火势程度的改性剂，自 20 世纪 50 年代开始应用于沥 青油毡与沥青涂料中 ，在 20 世纪 70 年代，有研究人 员将阻燃剂添加至沥青路面材料中以提高其阻燃性能， 早期常采用卤素、磷系阻燃剂等有机阻燃剂 [5] ，其具有 阻燃效率较高的优点，但其燃烧过程中产生沥青烟量较 大，并且具有毒性， 因此近年来逐步采用了无机阻燃剂、复合改性阻燃剂替代了无机阻燃剂。现阶段对阻燃沥 青研究成果颇丰，但不同阻燃剂对沥青混合料的阻燃机 理各异，并且现行规范《公路工程沥青及沥青混合料试 验规程》中针对沥青阻燃性能的试验方法尚缺失，各学 者通常采用其他行业规范阻燃性能试验方法或自制阻燃 评价设备对沥青阻燃效果进行研究，各试验适用场景不 尽相同。因此，本文主要综述现阶段常用阻燃剂的种 类，对其机理进行阐述，并介绍了目前应用较广泛的阻 燃沥青效果评价试验，以期对后续相关研究有所启示。

1     阻燃剂机理

目前国内外学者通常将沥青材料分为沥青质、胶质、  芳香分与饱和分四组分，其中沥青质与胶质两类大分子  化合物占比越高，芳香分与饱和分占比越低，其燃点越  高，反之燃点越低，一般基质沥青的燃点在 300℃ 左右。 沥青燃烧的过程主要分为两阶段：第一阶段当沥青温度 达到 300℃ 时，沥青四组分中的轻质组分开始燃烧并且释放出二氧化碳、一氧化碳、水、甲烷、甲醛、碳氢化合物、 芳香族化合物等气体；第二阶段沥青温度继续升高达到  520℃ 时，第一阶段中释放的易燃气体被点燃开始燃烧，  并且沥青四组分中的沥青质与胶质等大分子物质进一步 开始燃烧，并将产生如醇类、酚类等物质。从物质  燃烧的机理可知，燃烧发生包含氧气、可燃物、热量三  要素，因此阻燃剂的作用机理主要是通过阻断或抑制该  三要素的产生与聚合。根据目前针对沥青阻燃剂的研究  将其机理分为以下四类，其机理作用如图 1 所示。

1.1    吸热阻燃

吸热阻燃机理主要是通过在沥青材料中掺入金属氧 化物或金属氢氧化物（氢氧化镁、氢氧化铝等） 进行改性， 其在燃烧过程热解产生大量的水蒸气、二氧化碳等物质，  带走燃烧中大量的热量，进而抑制了燃烧的发展 。

1.2    凝聚相阻燃

凝聚相阻燃机理主要是通过在沥青材料中掺入如膨 胀石墨等物质进行改性，其在燃烧过程中将脱水形成具 有高热稳定性的多孔碳化层，可以隔绝可燃物与氧气接 触，进而中断燃烧过程 。

1.3   气相稀释阻燃

气相稀释阻燃机理主要是通过掺入卤系、氮系阻燃  剂改性沥青，其在沥青燃烧过程中生成水蒸气、二氧化碳、 氮气等难燃性气体，稀释了空气中的氧气与可燃气体浓  度，进而抑制燃烧进程 [11-12]。

1.4   协同阻燃

目前绝大多数的阻燃剂的阻燃作用机理通常包含上 述吸热、凝聚相或气相稀释三种机理中的多种协同作用， 如氢氧化铝的阻燃机理包含吸热、气相稀释阻燃两种， 并且现阶段针对阻燃剂的研发通常采用多元复配技术， 因此协同阻燃机理将成为今后研发阻燃剂的主要考虑作 用原理 [3,12-13]。

2     阻燃剂分类

沥青路面用阻燃剂按物质化学成分分类，可分为有 机类、无机类两大类， 其中有机类主要包括卤素阻燃剂、 氮系阻燃剂以及磷系阻燃剂， 无机类主要包括以铝、镁、 钙等为金属元素的化合物阻燃剂，并包含现阶段研究前 沿的蒙脱石、膨胀石墨为主的纳米无机阻燃剂。阻燃剂的发展进程如图 2 所示

3    沥青阻燃性能试验方法

针对沥青材料的阻燃特性主要从易燃程度、燃烧速 率、沥青烟产生过程、烟气毒性、燃烧后产物等方面进 行研究 [5,6,10,14] ，目前现行规范《公路工程沥青及沥青混 合料试验规程》中针对阻燃沥青的燃烧特性相关试验及 评价方法主要为沥青闪点与燃点试验 [3] ，国际上阻燃性 能评价试验及方法主要仍然参照传统聚合物材料阻燃测 试方法 [15] ，本文汇总了国内外不同的试验方法及研究成 果。

3.1    沥青闪点及燃点试验

沥青闪点指标通常用以表征沥青存储安全性能，燃 点表征施工安全性能，纪伦等 [16]  采用闪点及燃点试验对 比了基质沥青与 ATH 阻燃改性沥青的易燃性，结果表明 ATH 作为阻燃剂在加热时将产生气泡，考虑为水分的析 出导致。穆勇攀等 [17]  采用闪点及燃点试验对比了 SBS 沥青与阻燃 SBS 复合改性沥青的易燃性，发现掺入阻燃 剂可有效提高 10℃ 左右闪点温度。梁永胜采用闪点及燃 点试验对比了不同四组分的沥青材料可燃性， 结果表明， 饱和分占比较高的沥青燃闪点较低。焦晓龙等 [18]  通过试 验对比了 APP 、PER 两种阻燃剂不同掺量阻燃沥青的闪 点温度，发现阻燃剂掺量越高其闪点温度越高，当复合 掺量达到 20% 左右，其闪点温度可提高至 380℃ 左右。

3.2   极限氧指数试验

极限氧指数试验主要用以测试试样燃烧时所需的最 低氧含量指数，从而评价材料的易燃程度 [19] ，Li 等 [20] 针对不同掺量下 Sasobit 温拌剂与阻燃剂复合改性沥青进 行极限氧指数试验发现，掺入 Sasobit 将降低极限氧指 数指标，对沥青混合料产生助燃效果，而掺入阻燃剂将 提高极限氧指数指标而产生阻燃效果。Li 等 [21]  采用正 交试验设计法对不同掺量阻燃剂、温拌剂、改性温度进 行了研究，并采用极限氧指数表征不同因素影响的沥青 阻燃效果，最后优选了试验组合。丁庆军等 [22]  采用氢氧 化铝、氢氧化镁等阻燃剂复配制备阻燃沥青，发现掺量 20% 的阻燃沥青极限氧指数可由基质沥青的 22% 提高至29.2%。

3.3    垂直燃烧试验

垂直燃烧试验主要通过记录试样燃烧时间、燃烧速 率、燃烧溶滴来评价材料可燃级别，目前国际电工委员 会标准 IEC 60695-11-20 的试验步骤如下：首先采用点 燃器产生 20mm 高蓝色火焰，将样品点燃并持续 10s 后 移走点燃器，记录试样明燃时间为 t1 ，如果试样在 30s 内熄灭，则将点燃器再次点燃试样并持续 10s 后移走， 记录试样明燃时间为 t2 ，阴燃时间为 t3 ，并且试样如有 溶滴现象点燃棉花则记录试验情况，主要将材料可燃等 级分为 3 级.

3.4   锥形量热仪试验

锥形量热仪试验较沥青闪燃点、传统极限氧指数、 垂直燃烧等试验对真实火灾环境模拟效果更相似，与大 型燃烧试验结果相关性良好，其评价指标包含释放速率 (HRR)、烟释放速率（SPR）、总热量释放（THR）、 总生烟量（TSR）、总质量损失（TML） 、质量损失率 （MLR） 、碳氧化物释放量、以及点燃时间和燃烧持续 时长等，对阻燃剂使用效果评价更全面。何立平 [7]  采用 锥形量热仪试验对膨胀阻燃剂、无机阻燃剂、溴系阻燃 剂改性后沥青阻燃特性进行研究，发现阻燃剂可显著降 低沥青混合料燃烧时产生的热量和烟气，并且其与极限 氧指数试验相关性良好 [24-26]。

3.5   热分析试验

热分析试验主要表征物质随温度变化而产生的氧化、 还原、脱水、相态变化等物化反应特性，目前在阻燃沥  青特性研究中常用的两种热分析试验为热重分析法和差 热分析法。其中，热重分析法通过在稳定气体流速下控  制试验温度，测定物质重量的损失速率以绘制热失重曲  线，以热失重曲线来表征物质的热反应特性；差热分析  法通过测定相同加热温度速率下物质与参照物动态温度 差变化以绘制差热曲线，利用差热曲线的吸热或放热峰  来表征当温度变化时引起试样发生的任何物理或化学变 化。目前，采用热分析试验对阻燃沥青性能、沥青烟成  分分析均有显著成效 [27-29]。

3.6    电镜扫描

电镜扫描试验通过对待测物质发射电子束并捕捉反 射后的电子用以表征物质表面结构形态，目前可用于探 测燃烧后沥青混合料的残炭分析。刘圣洁 [22]  通过对比SBS 改性沥青与阻燃改性沥青燃烧后的残留表面物发现， SBS 改性沥青燃烧后的残留物表面分布着松散多孔的颗 粒团状物，表面的孔洞为气体挥发或者分解逸出造成。 添加阻燃剂后，阻燃沥青在燃烧后形成了致密厚实的高 质量片状炭层结构，其成分为热膨胀生成的石墨炭层、 氢氧化铝热分解生产的保护层。阻燃沥青燃烧后的微观 性状如图 3 所示。

本文汇总了不同阻燃沥青试验方法及优缺点评价， 见表 3。

表 3 不同试验方法研究特点

Table 3 Research characteristics of different test methods

4    结语

本文汇总了国内外阻燃剂作用机理、常用阻燃剂种 类及阻燃性能试验方法的研究成果，现有成果表明阻燃 剂是基于吸热、气相稀释、凝聚相阻燃或协同阻燃的原理， 防止或阻断沥青混凝土燃烧的建筑材料外掺剂，目前国 内外阻燃剂研发趋势以无毒性、环保、多元复配等为特征， 针对阻燃沥青的研究试验也从单一判断其易燃性逐步向 燃烧速率、燃烧烟气成分分析等方向发展。目前针对阻 燃沥青研究多处于室内试验，缺乏对施工现场及运营期 间的阻燃抑烟效果评价，今后的研究方向应更侧重于实 际工程应用效果。