城市大型隧道沥青路面热分解全过程阻燃抑烟技术研究

发布时间：2017-03-31 09:32

  本文关键词：城市大型隧道沥青路面热分解全过程阻燃抑烟技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国城镇化水平提高和城市建设快速发展,隧道已成为城市立体交通体系重要组成部分,在城市建设中得到广泛应用。隧道向长大化方向发展,交通量增加,行驶速度提高,隧道已成为交通事故多发路段,由此引起的火灾事故率呈上升趋势。沥青路面因行驶舒适、抗滑、降噪、建设周期短、维修方便等优点已成为隧道路面主要铺装类型。但是,当隧道发生火灾时,环境温度急剧上升,沥青路面因热分解产生大量的热流和有毒烟雾,给隧道内被困人员逃生和火灾救援工作带来诸多困难,导致重大的经济损失和人员伤亡。因此,研究沥青路面热分解全过程的阻燃抑烟技术对提高隧道的火灾安全性具有重要意义。首先,本文采用TG-DSC技术研究了沥青各组分不同燃烧阶段的温度区间分布特征,分析了各组分起始热分解温度、各阶段最大热分解温度、热失重率、热焓变化等。研究发现,沥青各组分燃烧过程均包括两个主要燃烧反应阶段,第一阶段主要是各组分热解、燃烧反应阶段,第二阶段主要是炭化层氧化燃烧反应阶段;且分别建立沥青各组分燃烧动力学模型,计算沥青各组分不同燃烧阶段的动力学参数,定量描述沥青的燃烧过程;采用TGFTIR技术研究沥青了各组分不同燃烧阶段气体挥发物逸出规律,确定了挥发成分及含量;并采用扫描电镜和能谱分析仪分析了沥青各组分燃烧残留物的微观形貌、元素组成及其含量,研究了沥青各组分的燃烧机理,为进一步揭示沥青材料燃烧机理提供理论依据。其次,根据沥青各组分不同燃烧阶段温度区间的梯度分布特征,优选了与沥青各组分热分解温度相匹配的环保型阻燃剂。采用TG-DSC技术研究了环保型阻燃剂对沥青各组分燃烧特性的影响,结果表明,不同阻燃剂对沥青各组分燃烧过程的初始热分解温度、最大热分解温度、残炭量等影响显著,但阻燃后沥青各组分的燃烧过程仍然包括两个主要燃烧反应阶段;研究了阻燃改性后的沥青各组分燃烧过程中的挥发物成分及其含量、燃烧残留物的形貌特征及元素组成,分析了环保型阻燃剂对沥青各组分燃烧性能的影响,结果表明,阻燃后沥青各组分具有良好的阻燃性能,为研究复合阻燃剂对沥青的阻燃机理提供参考。然后,从沥青组分燃烧呈梯度分布的角度分析了沥青燃烧热失重过程的多阶段性,深入研究了沥青燃烧性能,进一步地揭示了沥青燃烧的本质;并根据沥青燃烧机理、沥青各组分含量、与各组分热分解温度区间相匹配的阻燃剂研究,对各种阻燃剂进行复配,研发一种适应沥青多阶段燃烧行为的复合阻燃剂。采用TG-DSC-FTIR联用技术、FESEM和EDS等测试分析手段,研究了复合阻燃剂对沥青燃烧性能的影响,探讨了复合阻燃剂中不同阻燃剂成分之间的协同作用,揭示了复合阻燃剂对沥青的阻燃抑烟机理,对沥青材料热分解进行全过程、多阶段阻燃、抑烟具有重要的借鉴作用。最后,阻燃改性沥青及其混合料不但要有一定的阻燃、抑烟能力,而且要兼具良好的路用性能。本文通过对复合阻燃改性沥青的常规性能试验、Brookfield旋转黏度试验、DSR试验和BBR试验,以及混合料的车辙、低温和水损害等各项性能试验,研究了复合阻燃剂对沥青及其混合料路用性能的影响。结果表明,复合阻燃改性沥青及其混合料具有良好的路用性能。并结合试验结果,优化并推荐了复合阻燃剂的复配方案,为提高城市大型隧道沥青路面火灾安全性提供了科学依据。
【关键词】：沥青组分 燃烧特性 复合阻燃剂 阻燃机理 路用性能
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.217;U458
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 沥青燃烧性能研究11-12
• 1.2.2 阻燃沥青研究进展12-13
• 1.3 阻燃剂研究现状13-16
• 1.3.1 阻燃剂类别13-14
• 1.3.2 阻燃机理研究14-15
• 1.3.3 沥青阻燃剂研究现状15-16
• 1.4 热分析方法及其动力学研究16-17
• 1.4.1 热分析方法16-17
• 1.4.2 热分析动力学研究17
• 1.5 研究内容及技术路线17-20
• 第二章 沥青各组分燃烧特性及热分解动力学分析20-50
• 2.1 沥青各组分制备与性能试验20-24
• 2.1.1 试验材料20
• 2.1.2 试验仪器与条件20-21
• 2.1.3 沥青化学组分试验21-23
• 2.1.4 沥青各组分TG-DSC试验23
• 2.1.5 各组分燃烧挥发物FTIR试验23-24
• 2.1.6 各组分炭化层形貌与元素分析试验24
• 2.2 结果与讨论24-48
• 2.2.1 各组分TG-DTG试验结果分析24-27
• 2.2.2 沥青各组分DSC试验结果分析27-31
• 2.2.3 各组分燃烧挥发物FTIR试验结果分析31-39
• 2.2.4 各组分炭化层形貌与元素组成分析39-44
• 2.2.5 各组分热分析动力学研究44-48
• 2.3 本章小结48-50
• 第三章 阻燃剂对沥青各组分热分解影响50-82
• 3.1 沥青各组分阻燃剂研发50-53
• 3.1.1 优选各组分阻燃剂50-52
• 3.1.2 无机阻燃剂表面改性52
• 3.1.3 确定与各组分相匹配的阻燃剂52-53
• 3.1.4 确定复配阻燃剂掺量53
• 3.2 试样制备及性能试验研究53-54
• 3.2.1 原材料53
• 3.2.2 试样制备53-54
• 3.2.3 试验仪器、条件及方法54
• 3.3 结果与讨论54-80
• 3.3.1 阻燃改性后各组分TG-DTG试验结果分析与讨论54-59
• 3.3.2 阻燃改性后各组分DSC试验结果分析与讨论59-63
• 3.3.3 阻燃改性后各组分燃烧挥发物FTIR试验结果分析与讨论63-75
• 3.3.4 阻燃改性后各组分炭化层形貌与元素组成分析75-80
• 3.4 本章小结80-82
• 第四章 复合阻燃剂对沥青多阶段燃烧性能影响82-102
• 4.1 沥青多阶段燃烧特性研究82-87
• 4.2 沥青燃烧挥发物析出机理和组成分析87-90
• 4.2.1 沥青燃烧挥发物FTIR试验结果分析与讨论87-89
• 4.2.2 沥青燃烧挥发物成分组成分析89-90
• 4.3 复合阻燃剂对沥青燃烧性能影响研究90-100
• 4.3.1 复合阻燃剂制备及表面改性90
• 4.3.2 复合阻燃改性沥青制备及试验方法90
• 4.3.3 复合阻燃改性沥青TG-DTG试验结果与讨论90-92
• 4.3.4 复合阻燃改性沥青DSC试验结果与讨论92-93
• 4.3.5 复合阻燃改性沥青FTIR试验结果与讨论93-97
• 4.3.6 复合阻燃改性沥青炭化层形貌与元素组成分析97-98
• 4.3.7 复合阻燃改性沥青热分析动力学研究98-100
• 4.4 复合阻燃剂对沥青的阻燃抑烟机理100
• 4.5 本章小结100-102
• 第五章 复合阻燃改性沥青及其混合料路用性能研究102-114
• 5.1 复合阻燃改性沥青常规性能试验研究102-103
• 5.1.1 针入度试验102
• 5.1.2 软化点试验102-103
• 5.1.3 延度试验103
• 5.2 复合阻燃改性沥青的SHRP试验研究103-108
• 5.2.1 Brookfield旋转黏度试验104-105
• 5.2.2 动态剪切流变试验105-107
• 5.2.3 弯曲粱流变试验107-108
• 5.3 复合阻燃改性沥青混合料路用性能研究108-113
• 5.3.1 沥青混合料配合比设计108-111
• 5.3.2 复合阻燃改性沥青混合料高温性能研究111
• 5.3.3 复合阻燃改性沥青混合料低温性能研究111-112
• 5.3.4 复合阻燃改性沥青混合料水稳定性研究112-113
• 5.4 本章小结113-114
• 第六章 结论与展望114-117
• 6.1 主要研究结论与创新点114-115
• 6.1.1 主要研究结论114-115
• 6.1.2 创新点115
• 6.2 展望115-117
• 攻读硕士学位期间取得学术成果117-118
• 参考文献118-125

【参考文献】

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