基于沥青各组分热解动力学特性的复合阻燃技术研究

首先，从沥青各组分热分解特性入手，采用热分析-质谱分析联用技术充分了解沥青各组分热分解动力学性能差异；其次，分别优选与沥青各组分热分解特性相匹配的阻燃剂，先在沥青各组分的层面上实现阻燃、抑烟；然后，根据沥青中各组分的含量，提出阻燃剂复配方案制备复合阻燃沥青，考察该复合阻燃剂对沥青的阻燃、抑烟效果及各阻燃剂之间的协同效应，确定沥青及复合阻燃沥青热分解机理模型和反应机理函数，建立沥青热分解动力学模型，对沥青各组分热分解过程进行预测，并验证模型可靠性，对阻燃剂复配方案进行初步优化，并研究该复合阻燃剂对沥青整体的阻燃、抑烟内在机制；最后，评价复合阻燃剂对沥青及其混合料的路用性能的影响，进一步优化阻燃剂复配方案，从而使隧道沥青路面具有良好的阻燃、抑烟性能，又具有良好的路用性能和耐久性。

随着我国公路建设规模的扩大，公路隧道数量和里程数也在逐渐增加。越来越多的水底隧道和西部山区隧道的建设，我国逐渐成为世界上隧道数量最多、条件最复杂、公里数最长的国家。近年来，国内外隧道火灾事故频发。由于隧道内车辆行驶速度快、车流量大、光线弱、能见度较低，因此隧道内车辆故障、追尾、自燃、汽油泄露等原因造成隧道火灾的危险性较高。一旦发生火灾，短时间内释放大量热量和有毒烟气，隧道内人员逃生困难，救援、疏散、灭火等难度较大。但由于沥青路面具有的行车舒适、施工周期短、养护方便、噪音小、抗滑性能好等优点，目前长隧道公路路面多采用沥青路面。.火灾下沥青路面的沥青具有易燃的特性，并且会释放出有毒烟气，使得隧道中被困的人很可能由于中毒或窒息而死亡。现在，公路长隧道建设都配有相应的安全系统，如在此基础上，对沥青的抑烟、减少热释放量的研究，尤其是高效的绿色无毒抑烟剂、阻燃剂的研发将会使得公路隧道的安全可靠性更高，具有重要意义。.本研究在沥青组分分离的基础上，进行沥青各组分燃烧和热解动力学分析，进一步研究沥青燃烧和热解时的微观反应，并在此基础上进行基于组分的沥青阻燃、抑烟剂的研究，提出了比把沥青作为单一物质进行研究效果更好的阻燃、抑烟方案。. 根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的试验方法的相关规定将基质沥青，分离为饱和分、芳香分、胶质、沥青质四个组分，将沥青及各组分分别做热重-质谱（TG-MS）试验，得到热失重过程及各温度阶段产生的气体或分子碎片及含量。对沥青各组分进行燃烧和热解动力学分析。.本研究选用Al(OH)3和Mg(OH)2作为主要抑烟剂，同时起到阻燃的作用。根据两者的不同热解、燃烧特性，试掺配适当比例达到最好效果，Al(OH)3的热解温度开始于200℃左右，主要对饱和分和芳香分两个组分起作用，Mg(OH)2的热解温度较高，在350℃左右开始分解，则可能主要在胶质和沥青质燃烧和热解时起阻燃、抑烟的作用。.将包覆红磷、膨胀石墨以及聚磷酸盐，与复配抑烟剂协效使用。试验掺配不同的剂量、比例，使得沥青燃烧时着火点升高、放出的热量减少，有毒气体减少或延迟出现。. 分析沥青各个组分在不同温度阶段的热力学特性；对比各种阻燃剂不同种类及配比在不同阶段对沥青各个组分的阻燃效果；根据沥青各组分热力学机理，提出针对沥青各个组分的复配阻燃剂综合设计方案。