基于瀝青各組分熱力學特性的復合阻燃機理研究.pdf

1、隨著我國公路建設規(guī)模的不斷擴大，公路隧道數(shù)量和里程數(shù)也在逐漸增加。隨之而來，隧道火災事故也不斷見諸報端。由于瀝青路面具有行車舒適、施工周期短、養(yǎng)護方便、噪音小、抗滑性能好等優(yōu)點，目前長隧道公路大多采用瀝青路面。瀝青路面一旦發(fā)生火災，短時間內(nèi)將會釋放大量熱量和有毒煙氣，隧道內(nèi)人員逃生困難，救援、疏散、滅火等難度較大，往往造成重大人員傷亡及財產(chǎn)損失。在瀝青混合料中摻加阻燃劑是當前長隧道公路工程中抑制煙氣、減小火災損失的主要措施之一。需要指出

2、的是，普遍認為，瀝青由四種組分構成，分別是:飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。各組分之間的熱力學特性(包括燃燒和熱解的發(fā)生溫度及產(chǎn)物的種類的數(shù)量）有較大差異，需根據(jù)各個組分的不同熱力學特性選擇阻燃劑采用復合阻燃技術才能達到最佳阻燃效果。但在當前工程實踐中大多將瀝青作為一個整體進行阻燃劑設計，故不能達到最佳阻燃效果。
　　本文以國家自然科學基金項目“基于瀝青各組分熱解動力學特性的復合阻燃技術研究”為依托。首先，通過大量試驗揭示了瀝青各組

3、分燃燒和熱解的動力學特性;在此基礎上進一步研究了瀝青燃燒和熱解時的微觀反應，明確了基于瀝青各組分熱力學特性的復合阻燃機理，提出了瀝青復配阻燃劑設計方案。最后，通過室內(nèi)試驗和全真數(shù)值模擬，對復配阻燃劑的阻燃及抑煙效果進行了驗證。論文的主要內(nèi)容概括如下:
　　(1)根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中相關規(guī)定進行了基質(zhì)瀝青組分分離試驗得到了瀝青的四種組分。試驗結果表明，本文所用基質(zhì)瀝青各組分的質(zhì)量百分比為:飽和分11％、芳香分5

4、3％、膠質(zhì)21％和瀝青質(zhì)15％。結合試驗經(jīng)驗總結了瀝青組分分離試驗的注意事項，為瀝青組分分離試驗的標準化操作提供借鑒;
　　(2)進行了瀝青各組分熱重-質(zhì)譜(TG-MS)試驗，結果表明飽和分在燃燒時存在3個峰值溫度，而其他組分僅有2個峰值溫度。利用Coats-Redfern模型和分布活化能模型研究了瀝青四種組分燃燒時的熱力學特性，飽和分和芳香分的活化能在燃燒過程中不斷增大，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的活化能則不斷減小。根據(jù)燃燒各階段瀝青各組分的

5、質(zhì)譜圖，分析了各組分在各階段的燃燒產(chǎn)物;
　　(3)瀝青四種組分熱解試驗結果顯示各組分在熱解時均包括一個溫度峰值。利用Coats-Redfern模型計算了四種組分在熱解時的活化能。與各組分燃燒特性比較可知，各組分熱解活化能均低于其燃燒時的活化能，熱解和燃燒反應有部分重合。利用各組分熱解時的質(zhì)譜掃描結果推斷了各組分的熱解產(chǎn)物;
　　(4)根據(jù)瀝青各組分燃燒和熱解時的熱力學特性，本文選用氫氧化鋁和氫氧化鎂作為復配阻燃劑主料，包覆

6、紅磷和膨脹石墨作為復配阻燃劑輔料?；跒r青熱力學參數(shù)在摻加阻燃劑前后的變化規(guī)律，提出了熱失重速率衰減率和活化能增長率兩個指標以評價阻燃劑的抑煙和阻燃效果;
　　(5)對比摻加不同成分復配阻燃劑前后瀝青熱力學特性的變化規(guī)律，利用熱失重速率衰減率和活化能增長率評價了各種阻燃劑的阻燃和抑煙效果。根據(jù)分析結果，氫氧化鋁48％;氫氧化鎂32％;包覆紅磷15％;膨脹石墨5％組成的復配阻燃劑的效果最佳。提出了基于瀝青各組分熱力學特性的復配阻燃劑