[發明專利]一種火災工況下瀝青路面熱分解機理研究方法

在審

• 申請號: 201810972268.X
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN109187634A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 許濤;夏文靜;王斯文;馬翔
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G01N25/22
• 分類號: G01N25/22;G01N25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明是一種火災工況下瀝青路面熱分解機理研究方法，屬于屬于路面技術領域，解決目前研究方法存在測試參數單一、加熱方式與實際火災工況不符、難以全面、客觀研究火災工況下瀝青路面熱分解機理的問題。本發明首先制備瀝青混合料試件，記錄樣品質量，采用錫箔包裹試樣底部和四周側面；然后，設定相應的熱輻射強度，模擬不同火災規模下瀝青路面熱分解行為，點燃試件，采集熱分解參數；最后，火焰完全熄滅，關掉量熱儀排風管和錐形加熱器，明確瀝青混合料熱分解過程中的質量變化、吸放熱特性、揮發物析出過程、揮發物成分及含量、煙氣毒性，分析殘留物形貌、元素組成，揭示瀝青混合料熱分解機理，為研發阻燃劑和提高火災時瀝青路面安全性提供依據。

技術領域

本發明是一種火災工況下瀝青路面熱分解機理研究方法，屬于路面技術領域。

背景技術

近年來，隨著我國交通基礎建設的快速發展，公路隧道建設作為公路建設中的重要組成部分也得到了快速的發展，我國隧道公路建設逐漸向長大化方向發展。相較于隧道外的公路路段，公路隧道封閉性強、結構復雜、空間狹小、縱深較長、出入口數量少，尤其對行車速度較快的公路隧道，交通事故率遠大于洞外路段，由此引發的火災事故率顯著增長，一旦發生火災事故，造成的后果不堪設想，因此隧道的火災安全問題亟待解決。

隧道結構的特殊性使得消防安全非常重要。隧道的外圍是土壤或巖石，內部空間發生火災時，熱煙氣不能及時排除，熱量聚集，內部溫度上升快，燃燒速率快。瀝青混凝土路面中的瀝青遇火易發生燃燒，熔融后易發生流淌，造成火勢進一步地蔓延擴大。一旦公路隧道發生火災事故，由于瀝青的易燃性，路面極有可能參與燃燒，并釋放大量的有毒氣體。此外，燃燒過程中會分解出氫氣、一氧化碳、烷烴、苯等易燃氣體，進而加劇了瀝青的熱解和燃燒，造成的公路隧道火災危害。

瀝青的燃燒過程是一個劇烈的熱氧化過程，瀝青急劇降解，并伴有濃煙及火焰。瀝青在燃燒時不僅會分解出氫氣、甲烷、烴類和苯等易燃氣體，而且由于瀝青中含有氮和硫元素燃燒后還將產生NO、SO₂和CO等危及人類生命安全的有毒煙氣。隧道密閉的環境內，除了環境溫度高外，隧道環境的相對封閉性以及隧道內煙霧大，能見度低等原因對被困人員的生命安全造成了威脅，也為施救過程增加了難度。據研究發現，由于在火災中吸入煙塵和有毒氣體而造成的死亡率為85％。

目前的研究工作主要集中在對瀝青的燃燒特性的研究，國內研究者通過采用TG/DSC-FTIR技術研究了瀝青結合料的燃燒機理，發現瀝青路面燃燒的三個階段：輕質組分的揮發、瀝青結合料的質量損失、瀝青殘留物炭化。但是，實際上瀝青路面是具有一定級配組成的礦料與瀝青材料在嚴格控制條件下拌和而成的混合料。可見，瀝青混合料和瀝青在成分上有很大的區別，瀝青混合料除了瀝青還含有粗骨料、細骨料、填料等。因此，研究瀝青混合料熱分解特性對了解火災過程瀝青路面的熱分解機理更具有現實指導性意義。

錐形量熱儀(CONE)是一種新型的聚合物類材料燃燒特性測試儀，在燃燒測試方面有重要技術性突破的試驗方法。研究工作者發現液體和氣體燃燒時每消耗單位質量的氧氣釋放的熱量基本上是一樣的，錐形量熱儀就是利用該耗氧原理測出每消耗1kg的氧，放出的熱為13.1MJ。因此，如果將試驗中所有的燃燒產物都收集起來并精確地測定氣體流速和氧氣濃度，就可根據氧濃度變化推算材料燃燒時熱釋放量，對于預測火災危害及阻燃防治具有重要意義。

在1990年，美國專門制定了相應的試驗標準ASTM E1354-90，而國際標準化組織(ISO)在1993年也正式出版了用錐形量熱儀測試材料火災特性的國際標準IS05660，中國針對建筑材料熱釋放速率也出臺了GB/T16172標準指導錐形量熱儀試驗，改試驗可測得試樣的多個熱分解性能參數，包括熱釋放速率、質量損失速率、煙生成速率、有效燃燒熱、總釋放熱量、點燃時間以及關于揮發物毒性和腐蝕性等。這些性能參數的測定是在穩定、真實、易于控制的條件下得到的，且能夠在不同時間、地點重復操作。因此，為進一步研究瀝青混合料熱分解機理提供有利支撐。