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FTT阻燃試驗設(shè)備瀝青及瀝青路面燃燒性能研究

發(fā)布時間：2021-03-08 瀏覽次數(shù)：53249 來源：歐美大地

摘要

瀝青及瀝青混合料作為公路工程的重要材料，其燃燒性能直接關(guān)系著火災(zāi)，尤其是隧道火災(zāi)的危險性。本文介紹了瀝青及瀝青混合料的燃燒性能的試驗研究，對于隧道防火路面設(shè)計具有一定的參考意義。

內(nèi)容來源：

[1]紀倫,譚憶秋,陳正錦,等.瀝青燃燒特性的試驗研究[J].中外公路,2010,30(3):240-243.

[2]李曉東.瀝青路面燃燒性能研究[J].北方交通,2018,4:95-99.

瀝青材料是公路工程的重要材料之一。瀝青材料具有易燃缺陷，一旦引燃，會在短時間內(nèi)釋放出大量的熱、煙和毒氣，并快速蔓延，為逃生和救援帶來困難。近年我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)突飛猛進，公路隧道總長度已達世界第一，而公路隧道事故頻發(fā)，容易引發(fā)隧道火災(zāi)，我國隧道常用的瀝青混凝土路面在隧道火災(zāi)中具有較高的危險性。在最著名的勃朗峰隧道火災(zāi)中，瀝青混凝土路面被嚴重破壞，造成嚴重損失；中國也發(fā)生過多起嚴重的隧道火災(zāi)。

FTT阻燃試驗,錐形量熱儀,氧指數(shù),燃燒性能,瀝青燒性能試驗設(shè)備,瀝青混合料燃燒性能測試

隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，短時間內(nèi)，溫度就可以高達800℃以上，在高溫下瀝青會燃燒，釋放出大量的煙霧和有毒氣體。隧道火災(zāi)會造成巨大的經(jīng)濟損失和社會危害。因此，不少學(xué)者開始對瀝青和瀝青混合料燃燒性能進行深入研究。本文引述 “瀝青燃燒特性的試驗研究”^[1]中對幾種瀝青材料及改性瀝青進行了難燃性及燃燒特性的試驗分析，及“瀝青路面燃燒性能研究”^[2]中對隧道瀝青路面常用的瀝青混合料的燃燒性能研究，希望能夠?qū)r青在火災(zāi)中的燃燒性能的研究起到參考作用。

瀝青材料難燃性分析

通過測試材料燃燒的條件，即測試材料在何種條件下燃燒，以評價其難燃性。

評價瀝青燃燒難易程度主要采用極限氧指數(shù)(Limit OxygenIndex，簡稱LOI)。LOI被很多國際組織和國家)作為評價材料燃燒難易程度的指標。

LOI定義為：

在規(guī)定的條件下，試樣在N2和O2混合氣體中，維持平衡燃燒所需的最低氧氣濃度。由于空氣中的氧氣濃度一般為21％，一般認為：

LOI為20％～27％時，材料為可燃材料；
LOI小于20％時，材料為易燃性材料；
LOI大于27％時，該材料在火中是自行熄滅的材料。

氧指數(shù)儀

FTT的氧指數(shù)儀是目前可燃物測試中，諸多精密質(zhì)量控制測試中比較經(jīng)濟的一種，用于支持燃燒所需的低氧氣量。

試驗對遼河90#、70#、中海油50#基質(zhì)瀝青進行LOI試驗，試驗結(jié)果如圖1(a)所示。同時為比較改性劑劑量對極限氧指數(shù)的影響，采用不同的改性劑劑量對90#基質(zhì)瀝青進行改性，SBS劑量與LOI關(guān)系曲線如圖1(b)所示。

FTT阻燃試驗,錐形量熱儀,氧指數(shù),燃燒性能,瀝青燒性能試驗設(shè)備,瀝青混合料燃燒性能測試

試驗結(jié)果分析：

90#基質(zhì)瀝青的極限氧指數(shù)最小。究其原因，可能與料源產(chǎn)地或組成成分有關(guān)，因而更易于燃燒。

SBS的存在及其劑量的變化對瀝青的氧指數(shù)是有影響的。隨著SBS劑量的增加LOI逐漸遞減，遞減趨勢變化緩慢，在劑量達到4％后更趨緩慢。即隨著SBS劑量的增加，改性瀝青更易燃燒。

一般瀝青材料的LOI均小于21％，屬易燃材料。

瀝青燃燒性能評價

評價材料對火災(zāi)的貢獻，如釋熱量，熱釋放速率，煙密度，發(fā)煙量以及毒性等。

測定材料的燃燒特性和評價其火災(zāi)危險性采用錐形量熱儀進行試驗。錐形量熱儀試驗環(huán)境與實際火情相似，試驗結(jié)果與模型試驗結(jié)果具備較好的相關(guān)性。此試驗可以評價材料燃燒的放熱性，評價材料對燃燒空間溫度升高的貢獻，評價逃生和救助的條件和時間；測定發(fā)煙特性，以評價煙氣對于逃生和救援的影響以及對人員生命的威脅程度，保證逃生和救援條件的可見度。

錐形量熱儀法：

采用垂直向下的輻射熱源加熱試件，并引燃揮發(fā)出的可燃氣體，使得試件燃燒，測得放熱、發(fā)煙的有關(guān)指標。此外還可通過裝置在煙道上的激光系統(tǒng)測定煙霧的減光性，來確定煙氣的比消光面積。因而，該方法可模擬火災(zāi)發(fā)生時材料的燃燒狀態(tài)，進而分析其燃燒特性。試驗采用英國FTT公司的錐形量熱儀進行。

iCone2⁺錐形量熱儀

FTT的iCone2+錐形量熱儀是自動錐形量熱儀。它根據(jù)FTT數(shù)十年的經(jīng)驗而設(shè)計的，符合標準，具有許多防火測試實驗室的功能，結(jié)構(gòu)緊湊、準確、可靠且容易保持。

一般情況下，當(dāng)火災(zāi)發(fā)展到轟燃時，高溫?zé)煔夂突鹧鎸ξ矬w的熱輻射通量在75kW／m²左右，因此，試驗選取的外加熱輻射通量等級一般為25、50、75kW／m²。

參照有關(guān)資料及阻燃木質(zhì)纖維板材的試驗條件，采用50kW輻射熱源，對基質(zhì)瀝青和2.36mm及以下的SMA-13級配中值10.0％油石比的混合料進行了試驗，對比了阻燃木質(zhì)礦物纖維板的試驗結(jié)果。

試驗材料	AH-90#	混合料	阻燃木質(zhì)纖維板
點燃時間/s	26	114	17
熱釋放速率/(kW·m^-2)	最大值 470.7 平均值 179.9	最大值 120.6 平均值 58.6	最大值 170.8 平均值 81.5
質(zhì)量損失率/%	89.0	11.7	69.6
發(fā)煙率/[m²/(m²·g)]	157.6	11.2	1.3
放熱率/[MJ/(m²·g)]	3.2	0.45	0.9
燃燒階段CO、CO2釋放量/(kg·kg^-1)	0.10 2.63	0.18 4.77	0.03 1.63
比消光面積/(m²·kg^-1)	1561.0	839.3	15.3

試驗結(jié)果分析：

瀝青及混合料材料與阻燃木質(zhì)纖維板相比較，難點燃。

瀝青的熱釋放速率均值是阻燃木質(zhì)纖維板的2倍以上，瀝青及混合料的熱釋放均為迅速達到峰值，并可在較高水平保持一定時間。而混合料的放熱率較純基質(zhì)瀝青有所改善，但，以混合料形式存在的瀝青其放熱量沒有明顯的減少。

瀝青材料的發(fā)煙率是阻燃木質(zhì)纖維板的120多倍，而混合料的發(fā)煙率是阻燃木質(zhì)纖維板的8.6倍。按混合料中的瀝青質(zhì)量計算，其發(fā)煙率為122.1 m2／(m2·g)，比基質(zhì)瀝青稍?。换旌狭现杏谐秊r青外的質(zhì)量損失，即礦粉等成分會進入煙塵中，地影響火災(zāi)現(xiàn)場的救援和逃生環(huán)境。

從燃燒階段的一氧化碳和二氧化碳平均釋放量(圖6)來看，混合料的釋放量明顯高于瀝青和阻燃木質(zhì)纖維板，而木質(zhì)纖維板的釋放量最小。

比消光面積(Specific extinction area，SEA)指在燃燒過程中某時刻單位質(zhì)量試樣燃燒產(chǎn)生的煙量，表示試樣分解揮發(fā)單位質(zhì)量的可燃物所產(chǎn)生煙的能力。從試驗結(jié)構(gòu)看瀝青材料生煙能力強，試樣在燃燒過程中的發(fā)煙量大，保證救援和逃生條件的可見度差。

瀝青混合料燃燒性能

在上述的試驗中，主要對及瀝青及SMA-13級配中值10.0％油石比的混合料進行了對比研究。在文獻[2]中，通過錐形量熱儀的瀝青混合料中尺度燃燒實驗，具體的分析了火災(zāi)規(guī)模、路面類型、油石比、改性劑添加比例對瀝青混合料燃燒性能的影響。

試樣選擇了3種隧道瀝青路面常用的的AC-13( 油石比5.4%) 、SMA-13( 油石比6%) 、OGFC-13( 油石比4.5%)混合料。試驗設(shè)備同樣選擇了英國FTT的錐形量熱儀。

試樣基本情況及試驗方案