[发明专利]一种火灾工况下沥青路面热分解机理研究方法

说明书

本发明是一种火灾工况下沥青路面热分解机理研究方法，属于属于路面技术领域，解决目前研究方法存在测试参数单一、加热方式与实际火灾工况不符、难以全面、客观研究火灾工况下沥青路面热分解机理的问题。本发明首先制备沥青混合料试件，记录样品质量，采用锡箔包裹试样底部和四周侧面；然后，设定相应的热辐射强度，模拟不同火灾规模下沥青路面热分解行为，点燃试件，采集热分解参数；最后，火焰完全熄灭，关掉量热仪排风管和锥形加热器，明确沥青混合料热分解过程中的质量变化、吸放热特性、挥发物析出过程、挥发物成分及含量、烟气毒性，分析残留物形貌、元素组成，揭示沥青混合料热分解机理，为研发阻燃剂和提高火灾时沥青路面安全性提供依据。

技术领域

本发明是一种火灾工况下沥青路面热分解机理研究方法，属于路面技术领域。

背景技术

近年来，随着我国交通基础建设的快速发展，公路隧道建设作为公路建设中的重要组成部分也得到了快速的发展，我国隧道公路建设逐渐向长大化方向发展。相较于隧道外的公路路段，公路隧道封闭性强、结构复杂、空间狭小、纵深较长、出入口数量少，尤其对行车速度较快的公路隧道，交通事故率远大于洞外路段，由此引发的火灾事故率显著增长，一旦发生火灾事故，造成的后果不堪设想，因此隧道的火灾安全问题亟待解决。

隧道结构的特殊性使得消防安全非常重要。隧道的外围是土壤或岩石，内部空间发生火灾时，热烟气不能及时排除，热量聚集，内部温度上升快，燃烧速率快。沥青混凝土路面中的沥青遇火易发生燃烧，熔融后易发生流淌，造成火势进一步地蔓延扩大。一旦公路隧道发生火灾事故，由于沥青的易燃性，路面极有可能参与燃烧，并释放大量的有毒气体。此外，燃烧过程中会分解出氢气、一氧化碳、烷烃、苯等易燃气体，进而加剧了沥青的热解和燃烧，造成的公路隧道火灾危害。

沥青的燃烧过程是一个剧烈的热氧化过程，沥青急剧降解，并伴有浓烟及火焰。沥青在燃烧时不仅会分解出氢气、甲烷、烃类和苯等易燃气体，而且由于沥青中含有氮和硫元素燃烧后还将产生NO、SO₂和CO等危及人类生命安全的有毒烟气。隧道密闭的环境内，除了环境温度高外，隧道环境的相对封闭性以及隧道内烟雾大，能见度低等原因对被困人员的生命安全造成了威胁，也为施救过程增加了难度。据研究发现，由于在火灾中吸入烟尘和有毒气体而造成的死亡率为85％。

目前的研究工作主要集中在对沥青的燃烧特性的研究，国内研究者通过采用TG/DSC-FTIR技术研究了沥青结合料的燃烧机理，发现沥青路面燃烧的三个阶段：轻质组分的挥发、沥青结合料的质量损失、沥青残留物炭化。但是，实际上沥青路面是具有一定级配组成的矿料与沥青材料在严格控制条件下拌和而成的混合料。可见，沥青混合料和沥青在成分上有很大的区别，沥青混合料除了沥青还含有粗骨料、细骨料、填料等。因此，研究沥青混合料热分解特性对了解火灾过程沥青路面的热分解机理更具有现实指导性意义。

锥形量热仪(CONE)是一种新型的聚合物类材料燃烧特性测试仪，在燃烧测试方面有重要技术性突破的试验方法。研究工作者发现液体和气体燃烧时每消耗单位质量的氧气释放的热量基本上是一样的，锥形量热仪就是利用该耗氧原理测出每消耗1kg的氧，放出的热为13.1MJ。因此，如果将试验中所有的燃烧产物都收集起来并精确地测定气体流速和氧气浓度，就可根据氧浓度变化推算材料燃烧时热释放量，对于预测火灾危害及阻燃防治具有重要意义。

在1990年，美国专门制定了相应的试验标准ASTM E1354-90，而国际标准化组织(ISO)在1993年也正式出版了用锥形量热仪测试材料火灾特性的国际标准IS05660，中国针对建筑材料热释放速率也出台了GB/T16172标准指导锥形量热仪试验，改试验可测得试样的多个热分解性能参数，包括热释放速率、质量损失速率、烟生成速率、有效燃烧热、总释放热量、点燃时间以及关于挥发物毒性和腐蚀性等。这些性能参数的测定是在稳定、真实、易于控制的条件下得到的，且能够在不同时间、地点重复操作。因此，为进一步研究沥青混合料热分解机理提供有利支撑。