隧道阻燃抑烟沥青路面及混合料技术性能研究

论文摘要

近年来,随着我国高等级公路建设的迅速发展,长大隧道也越来越多。沥青路面具有表面平整度高、无接缝、行车舒适、振动小、噪声低等诸多优点,成为当今隧道路面铺装的主流。而沥青是一种可燃性材料,一旦温度升高到一定程度,在燃料的助燃下会产生大量的有毒气体和黑烟,造成隧道火灾事故,所以,研究隧道沥青路面的阻燃技术显得尤为重要。阻燃大多时候会导致沥青不完全燃烧从而加大生烟量,故论文将如何增强沥青在阻燃条件下的抑烟功能作为研究重点,并针对阻燃沥青及其混合料的各项技术性能,提出了相应的评价指标和方法。首先,提出阻燃剂的选用要求,选定几种符合使用要求、低碳、经济环保的阻燃剂方案,采用硅烷偶联剂(用量为阻燃剂的1%)对阻燃剂进行表面改性。采用极限氧指数法和烟密度法来评价阻燃沥青燃烧性能,采用协同效率SE和阻燃价值FRV评价不同阻燃剂的协同阻燃作用和阻燃剂的经济性。其次,研究单一阻燃剂及复配阻燃体系对沥青氧指数LOI及烟密度的影响,结合阻燃协同效率SE和阻燃价值FRV指标的分析,确定出膨胀型阻燃方案IFR的最佳复配比为(聚磷酸铵APP:季戊四醇PER:三聚氰胺MA):氢氧化镁MH为(2%:0%:5%):20%;FRMAXTM阻燃剂的最佳掺量为8%;APFRR阻燃剂的最佳掺量为8%。对阻燃沥青三大指标进行测定,结果表明沥青的针入度、延度下降、软化点升高。然后,基于传统SMA的配合比设计,采用取代法来制备阻燃沥青混合料,试验证明,与常规SMA沥青混合料相比,阻燃沥青混合料在满足规范要求的基础上,高温稳定性有所提高,低温抗裂性能明显下降,水稳定性及渗水性能则变化不大。再次,通过测定拌和时沥青混合料的烟密度,以及高温加热时沥青混合料的生烟量和生烟温度来评价阻燃沥青混合料的抑烟性能;采用燃烧模拟试验过程中试件的燃烧时间、表面温度变化、质量损失三个指标来分析阻燃沥青混合料的燃烧性能;测定燃烧后马歇尔试件稳定度和车辙板试件动稳定度变化来评价阻燃沥青混合料燃烧后的路用性能。最后,利用FLUENT软件模拟隧道沥青路面火灾情况,研究不同截面普通沥青路面和加入阻燃剂后的沥青路面所产生烟密度分布云图及烟密度质量分数,以评价阻燃沥青路面的抑烟性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 阻燃沥青国内外研究概况
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究概况
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究技术路线
• 第二章 阻燃剂的选择及阻燃沥青的制备
• 2.1 阻燃剂的阻燃机理
• 2.1.1 沥青的燃烧特性
• 2.1.2 阻燃剂的阻燃机理
• 2.2 阻燃剂的种类
• 2.2.1 卤系阻燃剂
• 2.2.2 氮磷系阻燃剂
• 2.2.3 铝镁系阻燃剂
• 2.2.4 锑硼系阻燃剂
• 2.2.5 新型阻燃剂
• 2.3 阻燃剂的选用要求
• 2.4 阻燃剂方案的选定
• 2.5 阻燃沥青的制备
• 2.5.1 阻燃剂表面改性处理
• 2.5.2 阻燃改性沥青的制备方法
• 2.6 本章小结
• 第三章 阻燃沥青燃烧性能评价方法
• 3.1 燃烧性能评价方法
• 3.1.1 极限氧指数法
• 3.1.2 烟密度法
• 3.1.3 燃烧法
• 3.1.4 锥形量热计法
• 3.1.5 热分析法
• 3.2 阻燃沥青燃烧性能评价方法
• 3.2.1 阻燃性能评价方法
• 3.2.2 抑烟性能评价方法
• 3.3 阻燃剂协同作用评价指标
• 3.4 阻燃剂经济性评价指标
• 3.5 本章小结
• 第四章 阻燃沥青燃烧性能及物理性能分析
• 4.1 阻燃剂对沥青LOI影响研究
• 4.1.1 单一阻燃剂试验分析
• 4.1.2 二元复配体系试验分析
• 4.1.3 三元复配体系试验分析
• 4.2 阻燃剂对沥青烟密度影响研究
• 4.2.1 单一阻燃剂试验分析
• 4.2.2 复配体系试验分析
• 4.3 阻燃剂对沥青物理性能影响研究
• 4.3.1 针入度
• 4.3.2 延度
• 4.3.3 软化点
• 4.4 本章小结
• 第五章 阻燃沥青混合料路用性能研究
• 5.1 阻燃沥青混合料类型的选择
• 5.2 阻燃沥青混合料的制备
• 5.2.1 原材料
• 5.2.2 阻燃沥青混合料制备方法
• 5.3 阻燃沥青混合料配合比设计
• 5.3.1 阻燃沥青混合料配合比设计方法
• 5.3.2 阻燃沥青混合料矿料级配设计
• 5.3.3 阻燃沥青混合料最佳油石比确定
• 5.4 阻燃沥青混合料路用性能研究
• 5.4.1 高温稳定性
• 5.4.2 低温抗裂性
• 5.4.3 水稳定性
• 5.4.4 渗水性能
• 5.5 本章小结
• 第六章 阻燃沥青混合料燃烧性能研究
• 6.1 混合料拌和时烟密度分析
• 6.2 直接烘烤试验分析
• 6.2.1 生烟温度
• 6.2.2 质量损失
• 6.2.3 烟密度
• 6.3 燃烧模拟试验分析
• 6.3.1 燃烧时间
• 6.3.2 质量损失
• 6.3.3 温度变化
• 6.4 燃烧后阻燃沥青混合料路用性能分析
• 6.4.1 马歇尔稳定度变化
• 6.4.2 车辙板动稳定度变化
• 6.5 FLUENT软件模拟隧道沥青路面火灾
• 6.5.1 FLUENT软件简介
• 6.5.2 FLUENT燃烧模型的建立
• 6.5.3 FLUENT燃烧模型计算过程
• 6.5.4 FLUENT燃烧模型计算结果
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论与创新点
• 7.2 进一步研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果
• 发表论文
• 科研情况