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基于锥形量热仪试验的 沥青燃烧机理研究方法

阅读：678发布：2023-02-10

专利汇可以提供基于锥形量热仪试验的沥青燃烧机理研究方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明是一种基于锥形量热仪试验的沥青燃烧机理的研究方法，属于沥青材料技术领域，解决目前其它燃烧试验方法难以测得沥青燃烧关键参数、不能较真实模拟不同火灾工况下沥青的热分解行为的问题。本发明首先制备沥青试样，用铝箔包裹沥青试样底面和四周侧面，并用不锈钢网栅压在试样上面，避免试样翘曲和膨胀；然后，在沥青试样底面垫矿棉纤维毯，模拟沥青发生火灾时受热工况及边界条件；测试不同热辐照功率下沥青样品点燃时间、热释放速率、有效燃烧热、质量损失速率、发烟量、烟气毒性；最后，试样燃烧结束后采集试验数据，采用专用软件进行数据处理，研究不同热辐照功率下沥青样品试验结果，揭示沥青燃烧机理，为提高沥青材料阻燃性能奠定基础。，下面是基于锥形量热仪试验的沥青燃烧机理研究方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于锥形量热仪试验的沥青燃烧机理的研究方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：
(1)制备10cm×10cm×1cm沥青试样，用铝箔包裹沥青试样的底面和四周侧面，以免减少试样质量损失，并用不锈钢网栅压在试样上面，避免试样翘曲和膨胀；
(2)在沥青试样底面垫矿棉纤维毯，模拟沥青路面上发生火灾情况时，沥青受热工况及边界条件；
(3)分别测试35KW/m2、50KW/m2、75KW/m2三个热辐照功率下沥青样品的引燃时间、热释放速率、质量损失速率、有效燃烧热、比消光面积、生烟速率、生烟总量；
(4)试样燃烧结束以后再采集2min试验数据，烟气成分分析仪继续工作10min，关掉量热仪排风管和锥形加热器，当加热器冷却至室温再关掉水源，确保所测样品已熄灭；
(5)采用锥形量热仪附带专用软件进行试验数据处理，研究三个热辐照功率下沥青样品引燃时间、热释放速率、有效燃烧热、质量损失速率、发烟量、烟气毒性的试验结果，揭示沥青燃烧机理。

说明书全文

基于锥形量热仪试验的沥青燃烧机理研究方法

技术领域

[0001] 本发明是一种基于锥形量热仪试验的沥青燃烧机理研究方法，属于沥青材料技术领域。

背景技术

[0002] 沥青可燃性是隧道沥青路面面临的一个重大安全问题，隧道发生火灾时，温度急剧上升，沥青路面参与燃烧，产生大量热和有毒烟气，且隧道由于其位置的特殊性、空间狭长的局限性，给被困人员逃生及火灾救援带来很大困难，导致重大人员伤亡和财产损失。隧道沥青路面的火灾安全性受到国内外学者的广泛关注。

[0003] 目前，国内外对于沥青材料燃烧的机理，尤其是有毒烟气的释放规律研究较少。巴西研究人员通过对几种产沥青的热重(TG)-差示热分析(DTA)-傅里叶变换红外光谱(FTIR)试验研究了沥青的热特性，并结合动力学分析各种沥青样品的活化能和热稳定性，发现沥青存在一个主要的热解阶段，大致从290-500℃质量损失约80％，但该试验在惰性气体N2环境下进行其反应气氛与火灾真实环境相去甚远，研究结果尚不足以揭示沥青的燃烧机理。有学者采用TG-FTIR联用分析技术研究了沥青及其胶浆材料在空气气氛下的燃烧反应过程，发现沥青及其胶浆的燃烧过程历经3个不同的阶段，并详细分析了各反应阶段的气态产物，以及氢氧化镁阻燃剂对沥青材料挥发组分释放的影响。但上述研究成果均为低升温速率≤10℃/min条件下的燃烧反应试验所得而实际火灾场景中升温速率往往超过100℃/min。如隧道火灾一般在5min内最高温度即可达到1200℃左右，显然已有研究的试验条件与实际情况存在较大差异。因此，有必要进一步开展高升温速率条件下沥青材料的燃烧试验研究。

[0004] 传统表征材料燃烧性能的小型实验方法，例如极限氧指数(LOI)法、UL标准中水平燃烧法、垂直燃烧法与NBS烟箱法等，虽然成本低，实验比较容易，但是实验条件与实际火情相差比较大，实验结果只能应用于一定实验条件下材料之间燃烧性能的对比研究，不能作为评价材料在真实火灾环境中燃烧行为的依据。虽然大型实物燃烧试验能够客观反映材料的火灾危险性，试验结果真实，但是成本高，试验比较复杂。因此，不能对所有材料进行大型实物燃烧试验。

[0005] 锥形量热仪试验容易进行，试验环境与实际火情极为相似，试验结果与大型实物燃烧试验结果之间存在非常好的相关性。但是，目前还没有基于锥形量热仪试验研究沥青燃烧机理的方法，难以深入揭示沥青材料的燃烧机理，定量评价火灾过程中沥青材料的安全性以及为合理选择阻燃剂等提供了理论参考依据。鉴于此，本发明提供一种基于锥形量热仪试验的沥青燃烧机理研究方法，更真实模拟火灾环境下沥青燃烧行为，揭示沥青的燃烧机理。

发明内容

[0006] (1)技术问题

[0007] 本发明目的是提供基于锥形量热仪试验的沥青燃烧机理的研究方法，解决目前常用燃烧试验方法难以测得沥青点燃时间、热释放速率、质量损失速率、烟生成速率、有效燃烧热、挥发物毒性等参数、不能较真实模拟不同火灾工况下沥青的热分解行为的问题，从而深入揭示沥青材料的燃烧机理。

[0008] (2)技术方案

[0009] 为了解决目前常用燃烧试验方法难以测得沥青点燃时间、热释放速率、质量损失速率、烟生成速率、有效燃烧热、挥发物毒性等参数、不能较真实模拟不同火灾工况下沥青的热分解行为的问题，从而为评价沥青燃烧性能、沥青阻燃设计等提供依据。本发明技术方案如下：首先，制备沥青试样，用铝箔包裹沥青试样的底面和四周侧面，并用不锈钢网栅压在试样上面；然后，在沥青试样底面垫矿棉纤维毯，模拟沥青发生火灾时受热工况及边界条件；接着，测试不同热辐照功率下沥青样品点燃时间、热释放速率、有效燃烧热、质量损失速率、发烟量、烟气毒性；最后，试样燃烧结束以后再采集两分钟试验数据，采用专用软件进行试验数据处理，研究不同热辐照功率下沥青样品的试验结果，揭示沥青燃烧机理。

[0010] (3)有益效果

[0011] 由于沥青中含有氮、硫等元素还将产生NO、SO2、CO等危及人身安全的有毒烟气，这些毒烟的危害甚至超过了火灾本身。资料表明，火灾中85％的人员死亡是由于吸入了有毒烟气。因此，沥青材料的燃烧机理的研究被越来越多的国内外研究者所关注。本发明提供的基于锥形量热仪试验的道路沥青材料燃烧机理的研究方法，容易进行，试验环境与实际火情极为相似，试验结果与大型实物燃烧试验结果之间存在非常好的相关性，从沥青燃烧的热释放速率、质量损失速率、烟生成速率、有效燃烧热、点燃时间以及关于燃烧气体的毒性和腐蚀性等众多参数对沥青材料的燃烧机理进行研究。本发明解决了传统表征材料燃烧性能的小型实验方法实验条件与实际火情相差较大，不能作为评价材料在真实火灾环境中燃烧行为的依据的问题。根据本发明提供的专利技术，通过产学研相结合，积极与相关企业合作，能够开发出具有自主知识产权的基于锥形量热仪的沥青材料燃烧机理的研究方法，用于公路隧道及城市地下通道沥青路面中，为大型隧道内采用阻燃沥青路面提供了理论依据，为进一步研究阻燃沥青奠定了基础。

具体实施方式

[0012] 本发明提供一种基于锥形量热仪试验的沥青燃烧机理研究方法，具体实施步骤如下：

[0013] (1)制备10cm×10cm×1cm沥青试样，用铝箔包裹沥青试样的底面和四周侧面，以免减少试样质量损失，并用不锈钢网栅压在试样上面，避免试样翘曲和膨胀；

[0014] (2)在沥青试样底面垫矿棉纤维毯，模拟沥青路面上发生火灾情况时，沥青受热工况及边界条件；

[0015] (3)分别测试35KW/m2、50KW/m2、75KW/m2三个热辐照功率下沥青样品的引燃时间、热释放速率、质量损失速率、有效燃烧热、比消光面积、生烟速率、生烟总量；

[0016] (4)试样燃烧结束以后再采集2min试验数据，烟气成分分析仪继续工作10min，关掉量热仪排风管和锥形加热器，当加热器冷却至室温再关掉水源，确保所测样品已熄灭；

[0017] (5)采用锥形量热仪附带专用软件进行试验数据处理，研究三个热辐照功率下沥青样品引燃时间、热释放速率、有效燃烧热、质量损失速率、发烟量、烟气毒性的试验结果，揭示沥青燃烧机理。

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