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沥青燃烧性能测试方法与填料阻燃机理研究

作　者: 苏胜斌
导　师: 董瑞琨
学　校: 重庆大学
专　业: 交通运输工程
关键词: 沥青燃烧性能极限氧指数填料阻燃机理
分类号: U414
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着我国公路建设的不断发展,公路隧道里程呈逐年增长的趋势,对道路的安全性和舒适性也提出了更高的要求,大量的长大隧道路面已采用沥青混凝土结构。然而,沥青在空气中是一种易燃材料,高温下会燃烧,放出大量的烟雾和有毒气体,加之长大隧道空间相对封闭,沥青路面燃烧产生的毒气、烟雾和热量很难散失,导致火灾事故发生后人员逃生困难,往往造成灾难性事故,损失惨重,甚至危及人的生命。因此,长大隧道沥青混凝土路面的阻燃研究对于保证运营安全具有重要的现实意义。本文首先介绍了阻燃沥青的国内外研究现状,包括阻燃技术的研究进展、阻燃沥青的阻燃机理、阻燃沥青阻燃性能的测试和评价方法。对比分析了纺织品、塑料、橡胶三种材料的燃烧特性及测试方法之间的差异。详细探讨了目前我国在阻燃沥青研究方面存在的问题。其次,利用数显氧指数仪测试基质沥青、橡胶沥青、埃索SBS改性沥青、阻燃沥青、阻燃沥青胶浆五种沥青的燃烧性能,研究分析试样尺寸、点火控制时间、状态调节时间对沥青燃烧性能测试结果的影响。研究结果表明,完全参照化工等行业测试标准对沥青燃烧性能进行评价时,得出的结果与实际相差很大。本文通过大量的试验,提出试样尺寸采用4mm×6mm或4mm×7mm,长度取80mm~ 100mm,点火控制时间延长至40s,状态调节时间设定为12h,则更能合理的测试评价沥青的燃烧性能。再次,采用中海基质沥青为基础材料,分别加入不同比例的各种阻燃剂和填料,测试它们的阻燃性能。然后通过比表面积、粒径组成、SEM电子显微图对各种阻燃剂和填料加以表征和分析,深入揭示填料的阻燃机理。通过实验研究表明,无论是阻燃剂还是填料,各种材料的加入对沥青的阻燃性能都有一定的影响。对于矿粉、水泥、石粉来说,其阻燃性能主要由材料对沥青的稀释作用提供。在添加量较小时,比表面积越大,对沥青的稀释作用越强,阻燃性能越好。粒径组成分布越均匀,外部形态越规则,其阻燃性能越好。在添加量较大时,比表面积越大的,更容易使沥青胶浆达到饱和,使稳定性降低,相容性下降,阻燃性能提高变慢。而矿粉比表面积较小,所以在添加量很高时仍能有效的提高沥青胶浆的阻燃性能。对于硼酸锌、三氧化二锑、沥青阻燃剂三种阻燃剂来说,其阻燃性能不仅由材料的理化性能提供,还与材料的比表面积、粒径组成、外部形态有关,但材料的阻燃性能主要由理化性能提供。最后,对研究成果做了总结。并利用上面的实证结论,对沥青路面阻燃性能提出了进一步的研究方向。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-10
1 绪论  10-20
  1.1 引言  10-13
    1.1.1 公路隧道路面现状  10-11
    1.1.2 公路隧道火灾的状况和特点  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-16
    1.2.1 阻燃机理研究进展  13-15
    1.2.2 阻燃沥青的研究进展  15-16
    1.2.3 沥青燃烧性能测试方法  16
  1.3 课题研究的意义  16-17
  1.4 课题的研究内容、目的  17-18
    1.4.1 研究内容  17-18
    1.4.2 研究目的  18
  1.5 论文的框架结构  18-20
2 材料燃烧性能测试方法对比分析  20-30
  2.1 纺织品燃烧特性及测试方法简述  20-22
    2.1.1 燃烧特性  20-22
    2.1.2 纺织品燃烧性能测试方法（GB/T 5454—1997）  22
  2.2 塑料燃烧特性及测试方法简述  22-25
    2.2.1 燃烧特性  22-23
    2.2.2 塑料燃烧性能测试方法（GB/T 2406—93）  23-25
  2.3 橡胶燃烧特性及测试方法简述  25-26
    2.3.1 燃烧特性  25
    2.3.2 橡胶燃烧性能测试方法（GB/T 10707—2008）  25-26
  2.4 三种材料对比分析  26-27
    2.4.1 燃烧特性对比  26
    2.4.2 测试方法对比  26-27
  2.5 沥青燃烧性能测试存在的问题  27-28
    2.5.1 燃烧特性  27
    2.5.2 沥青燃烧性能测试存在的不足  27-28
  2.6 本章小结  28-30
3 实验方案和试验原材料  30-40
  3.1 试样制备与试验测试内容  30-34
    3.1.1 试样制备  30-31
    3.1.2 试验测试内容  31-32
    3.1.3 试验测试方法  32-34
  3.2 试验用原材料  34-40
    3.2.1 沥青  34-35
    3.2.2 阻燃剂  35-36
    3.2.3 填料  36-40
4 沥青燃烧性能测试的影响因素分析  40-56
  4.1 试样尺寸  40-46
    4.1.1 点火部位对沥青点火时间和燃烧时间的影响  40-42
    4.1.2 不同小尺寸试样的点火时间和燃烧时间测试  42-45
    4.1.3 不同尺寸试样的点火时间和燃烧时间对比分析  45-46
  4.2 点火控制时间  46-51
    4.2.1 以燃烧熄灭和持续燃烧作为界限时所需点火时间  47-48
    4.2.2 以起燃和不燃作为界限时所需点火时间  48-49
    4.2.3 点火时间长短对沥青燃烧时间的影响  49-50
    4.2.4 讨论  50-51
  4.3 状态调节时间  51-54
    4.3.1 对中海基质沥青和SBS 改性沥青燃烧性能的影响  51-52
    4.3.2 对阻燃沥青和阻燃沥青胶浆燃烧性能的影响  52-53
    4.3.3 对沥青胶浆燃烧性能的影响  53
    4.3.4 讨论  53-54
  4.4 本章小结  54-56
5 填料对沥青燃烧性能的影响及阻燃机理分析  56-78
  5.1 填料对沥青燃烧性能的影响  56-63
    5.1.1 矿粉  57-58
    5.1.2 水泥  58-59
    5.1.3 石粉  59
    5.1.4 硼酸锌  59-60
    5.1.5 三氧化二锑  60-61
    5.1.6 氢氧化铝  61-62
    5.1.7 沥青阻燃剂  62-63
  5.2 比表面积测试结果  63-65
  5.3 粒径组成测试结果  65-68
  5.4 SEM 测试结果  68-70
  5.5 填料对沥青阻燃机理分析  70-73
    5.5.1 矿粉、水泥、石粉对比分析  70-71
    5.5.2 阻燃剂与填料对比分析  71-72
    5.5.3 硼酸锌、三氧化二锑、沥青阻燃剂对比分析  72-73
  5.6 阻燃剂与填料复配对沥青燃烧性能的影响  73-74
  5.7 细集料对沥青燃烧性能的影响  74-76
  5.8 讨论  76
  5.9 本章小结  76-78
6 结论及展望  78-80
  6.1 结论  78-79
  6.2 展望  79-80
致谢  80-82
参考文献  82-86
附录  86-96
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  86
  B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目  86
  C. 试样尺寸测试数据  86-96

沥青燃烧性能测试方法与填料阻燃机理研究

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