基于红外光谱研究沥青燃烧机理和有害气体成分分析.pdf

万方数据

基于红外光谱研究沥青燃烧机理和有害气体成分分析重)一叽～(差示热分析)一FTIR(傅里叶变换红外光谱)试验研珂1，朱凯2，黄志义1，王金昌¨，杨秦敏3，梁培4言吴引第32卷，第8期2年8月光谱学与光谱分析摘要利用Rosemount气体分析仪和定碳炉搭建起固定床燃烧反应试验平台，通过红外光谱分析技术定量分析沥青及其胶浆在高升温速率条件下燃烧反应的有毒气态产物成分、及其释放规律。研究表明，在高升温速率、近等温条件下，沥青及胶浆的燃烧过程可近似分为活泼挥发组分析出燃烧、二次挥发析出结合残炭燃烧两个阶段，其主要气态产物为CQ，CO，NO，N0z及S02。沥青材料中活泼挥发组分含量是影响燃烧气态产物释放规律的关键因素之一，减少沥青材料中活泼挥发组分的含量可有效降低燃烧气态产物的生成、尤其是C0的产生。关键词固定床燃烧试验；红外光谱分析；沥青中图分类号：U414．1文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000-0593(2012)08—2089—06沥青来源丰富、价格适中，同时具有良好的流变性、不透水性和粘弹性特点，因此沥青作为粘结剂和基体前驱体被广泛应用于路面[1‘3]、住用建筑[41和复合材料制备旺61等领域。然而，沥青是由碳、氢等元素组成的复杂高分子材料，具有易燃的特性[7]。沥青燃烧释放不仅分解出氢、甲烷、苯及烷烃类易燃气体，而且由于沥青中含有氮、硫等元素[8]，还将产生NO、S0z、CO等危及人身安全的有毒烟气。这些毒烟的危害甚至超过了火灾本身，资料表明，火灾中85％的人员死亡是由于吸入了有毒烟气[93。因此，沥青材料的火灾安全性被越来越多的国内外研究者所关注。目前，国内外对于沥青材料的火灾安全性研究多集中于通过添加各种阻燃剂降低沥青材料的可燃性和抑制烟气释放方面[1¨21，对沥青材料燃烧的机理、尤其是有毒烟气的释放规律研究较少。MichelleI_13]通过对几种巴西产沥青的TG(热究了沥青的热特性，并结合动力学分析各种沥青样品的活化能和热稳定性，发现沥青存在一个主要的热解阶段，大致从290～500℃，质量损失约80％。但该试验在惰性气体(N：)环境下进行，其反应气氛与火灾真实环境相去甚远，研究结果尚不足以揭示沥青的燃烧机理。Xucl4H5]采用1、GFTIR联用分析技术研究了沥青及其胶浆材料在空气气氛下的燃烧反应过程，发现沥青及其胶浆的燃烧过程历经3个不同的阶段，并详细分析了各反应阶段的气态产物、以及氢氧化镁阻燃剂对沥青材料挥发组分释放的影响。但上述研究成果均为低升温速率(≤10℃·minl)条件下的燃烧反应试验所得，而实际火灾场景中升温速率往往超过100℃·manl(如隧道火灾一般在5min内最高温度即可达到1200℃左右)，显然，已有研究的试验条件与实际情况存在较大差异。因此，有必要进一步开展高升温速率条件下沥青材料的燃烧试验研究。研究利用Rosemount气体分析仪和定碳炉搭建起固定床燃烧反应试验平台，通过光谱分析技术定量分析沥青及其胶浆在高升温速率条件下燃烧反应的有毒气态产物成分、及其释放规律。这为揭示沥青材料的燃烧机理、定量评价火灾过程中沥青材料的安全性、以及合理选择阻燃剂等提供了理论参考依据。1．浙江大学建筑工程学院，浙江杭州2．浙江大学能源工程学系，浙江杭州3．浙江大学控制科学与工程学系．浙江杭州3100274．中国计量学院光学与电子科技学院，浙江杭州310018收稿日期：201202—20。修订日期：2012—05—26基金项目：国家自然科学基金项目(61154002，51078331)，中国博士后科学基金项目(20090451471)和浙江省自然科学基金重点项目(Z1110222)资助作者简介：吴珂，1979年生，浙江大学建筑工程学院助理研究员*通讯联系入e-mail：[e-mail]．8。pp2089—2094August，2012e-mail：wuke(园zju．edu．cn0310027edthcn
万方数据

blI啦reaction脚11实验部分2结果与分析basis；“t．一：Air光谱学与光谱分析第32卷1．1样品试验样品为道路工程中常用的SBS沥青(A1)、阻燃沥青(A2)和阻燃改性沥青(A3)及其所制备的沥青胶浆(AMl，AM2，AM3)，六种试样的工业分析和元素分析值见表1。1．2仪器设备固定床燃烧反应试验平台如图1所示。试验时将约g的沥青样品均匀铺放在扁长形的瓷舟内，置于高温定碳炉内径为25mm的透明石英玻璃管式反应器的高温段，通过管式炉将样品从300℃快速加热到800oC，平均升温速率约为120℃·min一，然后在800℃下保持恒温直到反应结束(以测量到尾气中C02