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歐美大地 工程案例 氧指數(shù)儀及iCone2+錐形量熱儀應用在瀝青及瀝青路面燃燒性能研究
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氧指數(shù)儀及iCone2+錐形量熱儀應用在瀝青及瀝青路面燃燒性能研究

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摘要


瀝青及瀝青混合料作為公路工程的重要材料，其燃燒性能直接關系著火災，尤其是隧道火災的危險性。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。近年我國交通基礎設施建設突飛猛進，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，我國隧道常用的瀝青混凝土路面在隧道火災中具有較高的危險性。在最著名的勃朗峰隧道火災中，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。




        隧道內(nèi)發(fā)生火災時，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。隧道火災會造成巨大的經(jīng)濟損失和社會危害。因此，不少學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

        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最低氧氣量。

        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關系曲線如圖1(b)所示。


瀝青燃燒性能評價

評價材料對火災的貢獻，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)境與實際火情極為相似，試驗結果與模型試驗結果具備較好的相關性。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


        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)驗而設計的，符合標準，具有許多防火測試實驗室以前未曾見過的功能，結構緊湊、準確、可靠且容易保持。

        一般情況下，當火災發(fā)展到轟燃時，高溫煙氣和火焰對物體的熱輻射通量在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果。



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



  測試參數(shù)包括：

  • 點燃時間( Time to Ignitio，TTI)
  • 熱釋放速率( Heat Release Rate，HRR)
  • 總釋放熱( Total Heat Release，THR)
  • 煙生成速率( Smoke Produce Rate，SPR)
  • 總生煙量( Total Smoke Rate，TSR)






本文內(nèi)容摘自文獻：[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.更多詳細研究分析及內(nèi)容請參考文獻原文。