隧道火灾下沥青路面燃烧行为及复合阻燃剂协同抑制机理
发布时间：2021-06-23 09:20
沥青路面因抗滑性好、噪音低、行车舒适、施工周期短、维修养护便捷等优点被广泛用于隧道工程,但在隧道火灾下沥青路面热分解产生大量热和有毒烟气,给人员逃生和消防救援带来极大困难。隧道火灾时沥青及其各组分燃烧动力学特性及挥发物动态释放过程的研究较少,所采用的复合阻燃剂对沥青多阶段燃烧行为缺乏高效协同抑制作用。鉴于此,本文模拟隧道火灾下沥青路面温度场变化的不确定性,研究了不同升温速率下沥青各组分燃烧温度区间的梯度分布特征和挥发物的释放规律,确定与各组分相匹配的环保型纳米阻燃剂及最佳掺量,根据沥青各组分含量提出复合纳米阻燃剂复配方案,并研究了研发的复合阻燃剂对沥青路面热分解行为的协同阻燃抑烟机理,对提高隧道沥青路面火灾安全性具有重要意义。首先,采用热重-差示扫描量热-质谱-傅里叶红外光谱技术分析了不同升温速率下沥青四组分燃烧温度区间的梯度分布特征,研究了沥青各组分的燃烧动力学特性。结果表明,随着升温速率的提高,沥青四组分的燃烧过程出现滞后现象,胶质和沥青质的燃烧受升温速率的影响较小;采用Kissinger微分和FWO积分方法分别计算并相互校对了沥青各组分燃烧动力学参数,饱和分和芳香分在第一燃烧阶段...
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
013-2019年全国公路隧道总数及总里程
2释放大量热和有毒烟气[11]。隧道的环境条件、半封闭结构特点对交通组织、人员逃生、消防救援都极为不利，容易引发重大安全事故和次生灾害[12]，如图1-2。表1-1统计了2005-2019年期间国内外发生的部分重大隧道火灾事故造成的人员伤亡情况。图1-3公路隧道火灾危害示意图Fig.1-3Schematicoffirehazardofroadtunnel表1-12005-2019国内外重大公路隧道火灾事故统计表Tab.1-1Statisticaltablesoffireaccidentsinmajortunnelsathomeandabroadin2005-2019火灾时间国家隧道名称伤亡人数2019中国浙江猫狸岭隧道5人死亡、31人受伤2017中国秦岭1号隧道36人死亡、13人受伤2016日本山阳高速公路隧道2人死亡，68人受伤2014中国晋济高速岩后隧道31人死亡，9人失踪2011中国甘肃新七道梁隧道4人死亡2010中国无锡惠山隧道24人死亡，19人受伤2008中国广东大宝山隧道2人死亡2007美国5号州际公路隧道3人死亡，10人受伤2006瑞士A13公路维马拉隧道6人死亡，6人受伤2005法国-意大利T2公路扶雷瑞斯隧道2人死亡，20人受伤
延[13]。况且，沥青在燃烧时不但会析出氢气、一氧化碳、烷烃、苯等易燃气体，促进沥青的热解和燃烧，进一步提高隧道火灾的危害性和破坏性[14]，如图1-3，沥青燃烧还会产生一氧化氮、二氧化硫等危害人类生命、健康安全的有毒挥发物[15]，导致相对封闭的隧道内环境温度高、烟气浓度大、能见度低[16]，对被困人员生命安全造成了严重威胁，也为消防队施救增加了难度。据研究发现，火灾中由于吸入烟尘和有毒气体而造成的死亡率约占85%[17]。隧道火灾环境下沥青热分解产生大量热和有毒烟气严重制约了沥青路面在隧道内推广应用。图1-2公路隧道火灾场景及其破坏现场Fig.1-2Highwaytunnelfireanditsdamagescenes为了抑制隧道火灾下沥青的热分解、燃烧，减少隧道火灾时沥青路面危害性，需要采取高效的阻燃措施，尽量减少热和有毒烟气大量析出，提高隧道沥青路面火灾安全性。然而，目前常把沥青看作一个整体研究其热分解、燃烧行为，很少深入到组分层次研究沥青燃烧动力学特性，沥青路面用阻燃剂没有基于沥青各组分燃烧动力学特性及各组分燃烧温度区间梯度分布特征而提出复配方法，导致复合阻燃剂配方简单，协同阻燃抑烟效果差，难以满足沥青路面多阶段、全过程协同阻燃抑烟需求，致使阻燃型沥青路面在隧道火灾下仍会热分解、燃烧，产生大量热和有毒烟气，不能满足隧道沥青路面高效协同阻燃抑烟要求，提出更科学的阻燃抑烟方法，提升隧道沥青路面火灾安全性日益显得迫切。鉴于此，本文模拟隧道火灾下沥青路面温度场变化的不确定性，研究了不同升温速率下沥青各组分燃烧温度区间的梯度分布特征和挥发物的释放规律，提出复合纳米阻燃剂复配方案，研发具有高效协同阻燃效果的复合纳米阻燃剂，提高沥青路面多阶段、全过程阻燃效果，赋予沥青路面良好自熄性，并揭?
【参考文献】：
期刊论文
[1]隧道阻燃沥青混合料路用性能研究[J]. 陈金梅. 西部交通科技. 2019(08)
[2]废塑料与兰炭混合燃烧动力学分析[J]. 邢相栋,王莎,张秋利,莫川,陈云飞,宋英芳. 煤炭转化. 2019(04)
[3]生物质重油与生物沥青制备及性能[J]. 曹雪娟,刘誉贵,曹芯芯,刘攀,苗成成,冯云霞. 长安大学学报(自然科学版). 2019(03)
[4]排水沥青混合料抗滑性能研究[J]. 李昕. 城市建筑. 2019(11)
[5]长碳链耐高温聚酰胺10T/66热降解机理[J]. 刘冰肖,胡国胜,张静婷,闫文. 工程塑料应用. 2019(04)
[6]石油沥青质的微观结构分析和轻质化[J]. 盛强,王刚,金楠,张淇源,高成地,高金森. 化工进展. 2019(03)
[7]高海拔双向行车公路隧道火灾控烟风速研究[J]. 白赟,张先富,严晓楠,曾艳华. 地下空间与工程学报. 2019(01)
[8]水热反应法制备Mg（OH）2阻燃剂及其对沥青阻燃性能的影响[J]. 王军. 石油沥青. 2018(05)
[9]浅谈沥青混凝土路面工程试验检测的重要性[J]. 张胜芬. 企业科技与发展. 2018(05)
[10]类水滑石协效阻燃聚氨酯硬泡的研究[J]. 赵丹,徐婷,贡昀,董延茂,郭叶书,李忠人. 聚氨酯工业. 2017(05)
博士论文
[1]基于沥青多组分燃烧特性的钙基纳米复合阻燃体系研究[D]. 朱凯.浙江大学 2015
[2]氢氧化铝/层状硅酸盐阻燃沥青的制备及其协同阻燃机理研究[D]. 梁永胜.武汉理工大学 2013
[3]典型可燃物燃烧烟尘的分析及辨识研究[D]. 支有冉.中国科学技术大学 2012
[4]煤颗粒热反应过程中宏观动力学模型的构建[D]. 费华.华中科技大学 2011
[5]新型阻燃沥青的制备及其阻燃机理研究[D]. 陈辉强.长安大学 2009
硕士论文
[1]重复荷载下冻融循环对温拌胶粉改性沥青混合料开裂特性影响研究[D]. 罗鑫.内蒙古工业大学 2019
[2]纵向通风对隧道火灾烟气层结构及竖井排烟的影响机制研究[D]. 姜童辉.中国科学技术大学 2017
[3]细水雾段抑制隧道火灾烟气蔓延的研究[D]. 聂乔敏.武汉大学 2017
[4]基于大比尺模型试验的裂损衬砌结构承载性能研究[D]. 谭家麒.重庆交通大学 2017
[5]隧道内视觉环境需求和智能照明系统研究[D]. 吴姬彦.北京交通大学 2016
[6]城市大型隧道沥青路面热分解全过程阻燃抑烟技术研究[D]. 石华泉.南京林业大学 2016
[7]车辆阻塞效应下隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度变化规律研究[D]. 范梦琳.中国科学技术大学 2016
[8]聚氨酯改性沥青的性能研究[D]. 夏磊.中国石油大学(华东) 2016
[9]特长公路运营隧道纵向通风形式下火灾烟气蔓延规律研究[D]. 宋云龙.四川师范大学 2015
[10]夏热冬寒地区纳米改性沥青研究[D]. 赵士峰.长安大学 2014
本文编号：3244685
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
013-2019年全国公路隧道总数及总里程
2释放大量热和有毒烟气[11]。隧道的环境条件、半封闭结构特点对交通组织、人员逃生、消防救援都极为不利，容易引发重大安全事故和次生灾害[12]，如图1-2。表1-1统计了2005-2019年期间国内外发生的部分重大隧道火灾事故造成的人员伤亡情况。图1-3公路隧道火灾危害示意图Fig.1-3Schematicoffirehazardofroadtunnel表1-12005-2019国内外重大公路隧道火灾事故统计表Tab.1-1Statisticaltablesoffireaccidentsinmajortunnelsathomeandabroadin2005-2019火灾时间国家隧道名称伤亡人数2019中国浙江猫狸岭隧道5人死亡、31人受伤2017中国秦岭1号隧道36人死亡、13人受伤2016日本山阳高速公路隧道2人死亡，68人受伤2014中国晋济高速岩后隧道31人死亡，9人失踪2011中国甘肃新七道梁隧道4人死亡2010中国无锡惠山隧道24人死亡，19人受伤2008中国广东大宝山隧道2人死亡2007美国5号州际公路隧道3人死亡，10人受伤2006瑞士A13公路维马拉隧道6人死亡，6人受伤2005法国-意大利T2公路扶雷瑞斯隧道2人死亡，20人受伤
延[13]。况且，沥青在燃烧时不但会析出氢气、一氧化碳、烷烃、苯等易燃气体，促进沥青的热解和燃烧，进一步提高隧道火灾的危害性和破坏性[14]，如图1-3，沥青燃烧还会产生一氧化氮、二氧化硫等危害人类生命、健康安全的有毒挥发物[15]，导致相对封闭的隧道内环境温度高、烟气浓度大、能见度低[16]，对被困人员生命安全造成了严重威胁，也为消防队施救增加了难度。据研究发现，火灾中由于吸入烟尘和有毒气体而造成的死亡率约占85%[17]。隧道火灾环境下沥青热分解产生大量热和有毒烟气严重制约了沥青路面在隧道内推广应用。图1-2公路隧道火灾场景及其破坏现场Fig.1-2Highwaytunnelfireanditsdamagescenes为了抑制隧道火灾下沥青的热分解、燃烧，减少隧道火灾时沥青路面危害性，需要采取高效的阻燃措施，尽量减少热和有毒烟气大量析出，提高隧道沥青路面火灾安全性。然而，目前常把沥青看作一个整体研究其热分解、燃烧行为，很少深入到组分层次研究沥青燃烧动力学特性，沥青路面用阻燃剂没有基于沥青各组分燃烧动力学特性及各组分燃烧温度区间梯度分布特征而提出复配方法，导致复合阻燃剂配方简单，协同阻燃抑烟效果差，难以满足沥青路面多阶段、全过程协同阻燃抑烟需求，致使阻燃型沥青路面在隧道火灾下仍会热分解、燃烧，产生大量热和有毒烟气，不能满足隧道沥青路面高效协同阻燃抑烟要求，提出更科学的阻燃抑烟方法，提升隧道沥青路面火灾安全性日益显得迫切。鉴于此，本文模拟隧道火灾下沥青路面温度场变化的不确定性，研究了不同升温速率下沥青各组分燃烧温度区间的梯度分布特征和挥发物的释放规律，提出复合纳米阻燃剂复配方案，研发具有高效协同阻燃效果的复合纳米阻燃剂，提高沥青路面多阶段、全过程阻燃效果，赋予沥青路面良好自熄性，并揭?
【参考文献】：
期刊论文
[1]隧道阻燃沥青混合料路用性能研究[J]. 陈金梅. 西部交通科技. 2019(08)
[2]废塑料与兰炭混合燃烧动力学分析[J]. 邢相栋,王莎,张秋利,莫川,陈云飞,宋英芳. 煤炭转化. 2019(04)
[3]生物质重油与生物沥青制备及性能[J]. 曹雪娟,刘誉贵,曹芯芯,刘攀,苗成成,冯云霞. 长安大学学报(自然科学版). 2019(03)
[4]排水沥青混合料抗滑性能研究[J]. 李昕. 城市建筑. 2019(11)
[5]长碳链耐高温聚酰胺10T/66热降解机理[J]. 刘冰肖,胡国胜,张静婷,闫文. 工程塑料应用. 2019(04)
[6]石油沥青质的微观结构分析和轻质化[J]. 盛强,王刚,金楠,张淇源,高成地,高金森. 化工进展. 2019(03)
[7]高海拔双向行车公路隧道火灾控烟风速研究[J]. 白赟,张先富,严晓楠,曾艳华. 地下空间与工程学报. 2019(01)
[8]水热反应法制备Mg（OH）2阻燃剂及其对沥青阻燃性能的影响[J]. 王军. 石油沥青. 2018(05)
[9]浅谈沥青混凝土路面工程试验检测的重要性[J]. 张胜芬. 企业科技与发展. 2018(05)
[10]类水滑石协效阻燃聚氨酯硬泡的研究[J]. 赵丹,徐婷,贡昀,董延茂,郭叶书,李忠人. 聚氨酯工业. 2017(05)
博士论文
[1]基于沥青多组分燃烧特性的钙基纳米复合阻燃体系研究[D]. 朱凯.浙江大学 2015
[2]氢氧化铝/层状硅酸盐阻燃沥青的制备及其协同阻燃机理研究[D]. 梁永胜.武汉理工大学 2013
[3]典型可燃物燃烧烟尘的分析及辨识研究[D]. 支有冉.中国科学技术大学 2012
[4]煤颗粒热反应过程中宏观动力学模型的构建[D]. 费华.华中科技大学 2011
[5]新型阻燃沥青的制备及其阻燃机理研究[D]. 陈辉强.长安大学 2009
硕士论文
[1]重复荷载下冻融循环对温拌胶粉改性沥青混合料开裂特性影响研究[D]. 罗鑫.内蒙古工业大学 2019
[2]纵向通风对隧道火灾烟气层结构及竖井排烟的影响机制研究[D]. 姜童辉.中国科学技术大学 2017
[3]细水雾段抑制隧道火灾烟气蔓延的研究[D]. 聂乔敏.武汉大学 2017
[4]基于大比尺模型试验的裂损衬砌结构承载性能研究[D]. 谭家麒.重庆交通大学 2017
[5]隧道内视觉环境需求和智能照明系统研究[D]. 吴姬彦.北京交通大学 2016
[6]城市大型隧道沥青路面热分解全过程阻燃抑烟技术研究[D]. 石华泉.南京林业大学 2016
[7]车辆阻塞效应下隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度变化规律研究[D]. 范梦琳.中国科学技术大学 2016
[8]聚氨酯改性沥青的性能研究[D]. 夏磊.中国石油大学(华东) 2016
[9]特长公路运营隧道纵向通风形式下火灾烟气蔓延规律研究[D]. 宋云龙.四川师范大学 2015
[10]夏热冬寒地区纳米改性沥青研究[D]. 赵士峰.长安大学 2014
本文编号：3244685
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3244685.html
