一种阻燃沥青混合料抑烟性能的评价方法

摘要

本发明涉及一种阻燃沥青混合料抑烟性能评价方法，属于道路工程领域。具体步骤为：按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）中T0703-1993轮碾法制作标准尺寸300mm×300mm×50mm的阻燃沥青混合料车辙试件；试件养生结束后，脱模进行直接燃烧模拟试验，拍下试件燃烧烟雾照片；将拍下的燃烧图像照片进行处理，划分为若干小网格，并将燃烧烟雾在图片中圈出；根据处理后的图片，通过公式计算得出烟雾面积，再通过烟雾面积大小来评价阻燃沥青混合料的抑烟性能。使用该方法进行阻燃沥青混合料抑烟性能评价，不仅克服了试验设备不足，成本昂贵及操作难度大等缺点，而且测试结果与阻燃沥青混合料的抑烟性能相关性良好。

说明书

技术领域

本发明属于道路工程领域，涉及一种阻燃沥青混合料抑烟性能的评价方法。

背景技术

随着交通需求的扩大化，隧道及地下通道在道路建设中的比例也逐渐提高。水泥路面开放交通慢、行车舒适性差的缺点制约了它在公路隧道中的应用；而沥青路面凭借噪音低、抗滑性好、行车舒适等优点，成为目前路面铺装的发展趋势。然而隧道是一个相对封闭的特殊结构，且沥青又是一种易燃物质，在交通事故发生下容易引起火灾，由此产生的烟雾会弥漫整个隧道而无法快速消散，烟雾中含有少量的苯、萘、蒽、菲、吡啶、吖啶、咔唑及酚等挥发性物质，会给广大人民群众的生命财产造成严重损失。因此，研究隧道阻燃沥青混合料的抑烟性能，选择抑烟性能较好的阻燃剂，具有非常重要意义。

阻燃沥青混合料是将阻燃剂代替矿粉添加到沥青混合料中，使之具有良好的路用性能和阻燃性能，同时也应有很好的抑烟性能，这样才能降低事故率，同时当事故发生后也不会造成重大损失。目前，国内外对阻燃沥青混合料的抑烟性能评价指标主要有沥青的烟雾量及烟雾浓度，具体评价方法有以下几种：

（1）采用苯为吸收液的紫外分光光度法，测定阻燃沥青产生的烟的质量,质量越大，抑烟性能越好。具体试验方法如下：

a）取适量沥青放入250mL三角烧瓶中， 浸没温度计的下端， 在电炉上加热并控制沥青温度， 适当搅拌使沥青均匀受热；

b）串联两支U型多孔玻板吸收管， 每支加入约10mL苯作为吸收液， 连接在大气采样器上， 以0.5L/min的流量抽取三角烧瓶中熔化的沥青挥发物， 至吸收管中的吸收液呈荧光黄色为止， 记录采样的时间， 得到采样体积；

c）精确称量蒸发皿的质量， 将吸收管中的吸收液倒入蒸发皿， 再加入少量的苯清洗吸收管， 然后再倒入蒸发皿， 将蒸发皿放入80℃的烘箱中烘至恒重， 再次称重， 前后质量差即为苯溶液所吸收沥青烟的质量， 此时蒸发皿中留下的黄色残渣便是沥青烟。

（2）采用电磁炉加热。将装有改性沥青的器皿放在可控制温度的电磁炉上加热，分析改性沥青加热前后的质量变化。评价原理与（1）类同。

（3）运用差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimeter，简称DSC），可以分析改性沥青中聚集态组分的变化规律，通过分析改性沥青受热质量损失，进而分析加入的抑烟剂是否对沥青产生了抑烟效果。评价原理与（1）、（2）类同。

（4）烟密度法。定义为规定暴露面积的试件在规定容积的烟箱内燃烧产生的烟雾，测定平行光束在烟雾中穿过单位光路长的透光率变化，再计算比光密度Ds，Ds越大，烟密度越大，抑烟性能越好。烟密度通常采用烟密度箱试验仪进行，根据《建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法》(GB/T8627-2007)的烟箱容积V为300mmx300mm x790mm,试件的暴露面A为25mmx25mm，光路长L为300mm,燃气丙烷压力为276kPa。

以上评价方法中的前三种测出阻燃沥青燃烧时产生的烟雾质量，第四种通过测量，计算出阻燃沥青混合料燃烧产生的烟雾密度，定量分析了阻燃沥青的抑烟效果，但是这几种方法操作需要较为精密的试验设备，且试验成本昂贵。对于试验条件有限的试验室，进行抑烟性能评价试验非常困难，而且前三种只能对阻燃沥青进行试验，不能很好模拟路面沥青混合料燃烧。为了克服以上困难，本文发明“一种阻燃沥青混合料抑烟性能评价方法”。一般来讲，阻燃剂的抑烟效果越好，沥青混合料试件燃烧时生烟量越少，烟雾面积也越小。因此，采用烟雾面积大小来对阻燃沥青混合料的抑烟性能具有良好可行性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阻燃沥青混合料抑烟性能评价方法，该方法既能定性的评价阻燃沥青混合料的抑烟效果，而且相较其他方法，有较好的可行性及便宜性。

本发明提出的一种阻燃沥青混合料抑烟性能评价方法，具体步骤如下：

(1).按照要求设计阻燃沥青混合料，采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）T0703-1993 轮碾法，制作标准尺寸300mm×300mm×50mm的阻燃沥青混合料车辙试件； 

(2).将试件放置常温养生12h后，脱模进行直接燃烧模拟试验，试验方法为：将试件平行放置，在试件表面均匀浇洒10ml引燃剂并立即点燃，然后每隔1min加入10ml，加入3次共计30ml。待30ml引燃剂加完后立即拍下试件燃烧状态；

(3). 对步骤(2)中拍下的图片进行处理：使用Photoshop将获得的烟雾图像划分为若干小网格，同时调节图片亮度为95，对比度为55，观察烟雾面积区域并用粗的黑色线条标记；然后将图片亮度与对比度还原到初始状态，亮度为0，对比度为0，观察线条标记区域外的烟雾面积，用细的黑色线条标记；最终得到的粗的黑色线条烟雾区域即为深色区域，即烟雾浓度大，细的黑色线条烟雾区域为浅色区域，即烟雾浓度小；

(4).依据步骤(3)中处理后的图片，数出图像中车辙板正边所占的方格数和烟雾图像所包含烟雾的方格数，超过半格算一格，不满半格舍去，再依据图中的颜色标记对烟雾面积进行加权处理，深色区域表明烟雾浓度较大，取权重为1.0；浅色表明烟雾浓度较小，权重取0.5；最后根据车辙板实际宽度大小300mm，按公式（1）计算出照片中反映实际的实际烟雾面积，通过烟雾面积大小来评价阻燃沥青混合料的抑烟效果。 

本发明中，步骤(2)中所述引燃剂选用97#汽油。

本发明中，步骤(4)中车辙板正边即为图像中与照片横边平行且相距最近的板边。

本发明中，步骤(4)中计算公式（1）如下所示：

                                                                             _（1）

式中，S：照片中实际烟雾面积大小，m²；

N₁：图片中深色烟雾区域方格数；

N₂：图片中浅色烟雾区域方格数；

C₁：图片中深色烟雾区域权重系数1.0；

C₂：图片中浅色烟雾区域权重系数0.5；

L：车辙板边长300mm；

N：车辙板正边所占方格数；

使用本发明进行阻燃沥青混合料抑烟性能的评价，不仅操作简单，可行性高，模拟效果好，而且数据重现性好，可以定性和定量测试阻燃沥青混合料燃烧烟雾面积，为阻燃沥青混合料的抑烟效果评价提供了一种切实可行的评价方法。

附图说明

图1为处理前后的车辙板试件燃烧图像。其中：(a) 燃烧时的烟雾图像，(b) 处理后的烟雾图像。

图像处理过程是将图片用Photoshop打开，并显示网格，网格间距为10mm显示4格，然后调整亮度和对比度，观察图像烟雾区，并分别用粗黑线条和细黑线条标记图像烟雾深色区域和浅色区域。

具体实施方式

以下通过实例对本发明做进一步详细说明。

1. SBS改性沥青的技术性能如表1所示。试验结果显示，本次试验所用的SBS改性沥青技术指标完全符合规范要求。

表1  SBS改性沥青的基本技术指标

指标针入度（mm）5℃延度（cm）软化点（℃）闪点（℃）试验结果50.031.580.6285技术要求40~60≥20≥60≥250

2. 实例所用的阻燃剂为1500目的氢氧化镁，阻燃剂剂量分别选择4%、7%、10%、15%（占沥青用量比例）。氢氧化镁阻燃剂的物理性质如表2所示。

表2  氢氧化镁阻燃剂的物理性质

阻燃剂化学符号性状密度（g/cm³）热分解温度（℃）氢氧化镁MH白色粉末2.36320~420

3.本实例选用的混合料设计类型为SMA-13，油石比为6.2%，设计级配如表3所示。

表3  SMA-13混合料设计级配

筛孔(mm)1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075设计级配(%)100.092.261.329.421.818.015.813.212.010.3

注： 4.75~13.2mm的石料为辉绿岩，其余为石灰岩。

采用上述中的试验材料按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）T0703-1993 轮碾法成型标准尺寸300mm×300mm×50mm阻燃沥青混合料车辙板试件；待养生试件结束后，脱模进行直接燃烧试验，并拍下试件燃烧照片；再对拍下的烟雾图像进行处理；最后通过分析计算出车辙试件燃烧烟雾面积，进而比较来进行抑烟性能评价。

一般来讲，阻燃剂的抑烟效果越好，沥青混合料试件燃烧时生烟量越少，烟雾面积也越小。基于此原理，对沥青混合料车辙板试件燃烧时烟雾图像进行处理，获得烟雾面积。图1(a)为MH不同剂量车辙试件的烟雾图像，烟雾面积的大小取决于烟雾量和烟雾浓度。烟雾颜色的深浅与混合料燃烧生成的烟雾浓度有直接关系。因此，首先将获得的烟雾图像划分为若干小方格，数出烟雾图像中包含烟雾的方格数和图像中车辙板正边所占的方格数，再依据图中的烟雾色度对烟雾量面积进行加权处理；最后根据车辙板实际宽度大小300mm，按照公式（1）计算出照片中反映实际的实际烟雾面积。如，深色表明烟雾浓度较大，取权重为1.0（图1(b)中的粗黑线条区域）；浅色表明烟雾浓度较小，权重取0.5（图1(b)中的细黑线条区域）。

图1中车辙板正边300mm在图中占14方格，则每个方格实际边长为21.4mm，进而通过图片中烟雾所占方格和烟雾色度计算得到烟雾面积。表4给出了使用MH阻燃剂时沥青混合料车辙试件烟雾面积计算结果。

表4 阻燃沥青混合料烟雾面积计算

MH剂量（%）深色区域方格浅色区域方格合成区域方格烟雾面积（m²）1041404140.1901528802880.132201131762010.09230038190.009

从表4中可以看出：加入阻燃剂后，车辙试件燃烧烟雾面积减小，而且随阻燃剂掺量增加，烟雾面积逐渐减小，从0.190 m²减小到0.009 m²，变化规律显著，说明随阻燃及掺量增加，抑烟效果越好。可见，采用烟雾面积评价阻燃沥青混合料抑烟性能就有良好的可行性。

通过实例可以看出，使用本发明测得阻燃沥青混合料的燃烧烟雾面积，与阻燃沥青混合料的抑烟效果相关性良好。不仅可以定量评价阻燃沥青混合料抑烟性能，而且能够克服试验设备不足，成本昂贵及操作难度大等缺点。