隧道路面沥青老化与火安全性演化特征研究

作     者：秦雪薇 

作者单位：中国计量大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱凯;楼晓明

授予年度：2021年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 082303[工学-交通运输规划与管理] 0814[工学-土木工程] 082302[工学-交通信息工程及控制] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：沥青 老化 燃烧 火安全性 

摘      要：隧道具有半封闭性,发生火灾时沥青路面会被点燃,将威胁到生命和财产安全。另外,在全寿命使用周期中沥青路面会发生老化,老化将导致物质组成、流变性能等均发生变化,使得路面提前劣化。因此,研究隧道路面沥青的老化和其在易燃性、释热、释烟特性等方面的火安全性演化特征具有重要的现实意义。本文首先通过四组分分离、元素分析、热重-红外联用试验掌握基质沥青的各项基本特性;其次,使用旋转薄膜烘箱制备不同的隧道老化沥青,用红外光谱技术测定老化前后的官能团变化,热重、质谱分析老化沥青的燃烧特性和气态产物,掌握其老化规律;然后进行多项火安全性试验,分析隧道老化沥青在释热、释烟等方面的宏观表现;最后将火安全性指标划分为控制指标和评价指标,并使用层次分析法建立沥青材料火灾危险性评价体系,研究成果如下:(1)基质沥青经不同形式的老化后,羰基、亚砜基等极性基团含量均会增加,易生成更多的醇、醛、酮、酸、亚砜和亚硝酸等物质;湿热与浸水热氧老化沥青还会增加极性基团含量,使得团聚现象更严重,老化程度加剧。(2)有氧热解阶段,热氧老化沥青燃烧向中温区移动,湿热老化沥青燃烧集中在中温与高温区之间;重质组分燃烧阶段,热氧与湿热老化沥青燃烧量均增多。不同隧道老化沥青挥发、逸出的气体均为较小质荷比、较小分子结构的组分,种类相同,析出量不同,其中,随老化程度的增加,沥青中的含硫物质更多的是以SO的形式析出。(3)氧指数随热氧时间的增加先增大后减小,湿热老化下降,浸水热氧老化与浸水次数的关联比时长更大;浸水与湿热老化沥青烟密度值和最大烟密度值均下降且存在较多熔滴;随热氧老化时长增加,沥青的点燃时间提前,总释放热、CO释放量减小,湿热老化点燃时间延后,总释放热、CO释放量降低。(4)沥青材料火安全性控制指标及试验为闪点/燃点、极限氧指数、烟密度等级;评价指标试验为锥形量热仪,热重-质谱联用试验。依据锥形量热仪和热重-质谱的试验结果,提出火势增长指数、释热指数、生烟指数、毒性气体释放速率指数、最大SO释放量指数五项燃烧特性评价指数,利用层次分析法构建数学模型,经矩阵计算后可得到不同的隧道老化沥青火灾危险性综合指数,其中,湿热老化沥青的火灾危险性最大。