CN109557242A - 一种沥青材料阻燃性能测试仪器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沥青材料阻燃性能测试仪器及方法包括混气系统、加热室和计算机；加热室内部的隔热板上方为加热腔，加热腔顶部设置有排烟管道；侧壁上设置有观察窗；隔热板下方设置有电子天平，称重板上隔热管穿过隔热板伸入至加热腔中，隔热管顶部固定有试样托盘，试样托盘底部设置有温度传感器；加热腔内部设置有加热元件，加热元件连接有温度控制装置；电子天平和温度传感器均与计算机连接；所述混气系统包括氧气源和氮气源，氧气源和氮气源的出气端均连接在气体混合器的输入端，气体混合器的输出端连接至加热腔中。能够模拟在不同气体浓度、不同温度下阻燃沥青热分解过程，有效的对沥青材料的阻燃性能进行测试和判断。
Description
技术领域
本发明属于公路工程室内试验领域，涉及一种沥青材料阻燃性能测试仪器及方法。
背景技术
隧道路面要求沥青材料具有良好的路用性能的同时具有较好的阻燃性能。目前国内缺乏专门的沥青及沥青混合料阻燃设备，因沥青材料在高温条件下具有牛顿流体的特性，致使传统阻燃性能测试方法如极限氧指数试验、水平垂直燃烧试验等都不适用于沥青材料的阻燃性能测试。而如锥形量热仪虽可精确测量沥青及沥青混合料的阻燃性能，但由于其价格昂贵，且测试过程复杂，致使该测试方法未能得到有效推广与应用。此外，目前的测试方法主要是考虑无氧条件活化空气环境下沥青材料的阻燃性能，未有测试设备及方法针对氧气浓度变化对沥青材料阻燃性能的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种沥青材料阻燃性能测试仪器及方法，能够模拟在不同气体浓度、不同温度下阻燃沥青热分解过程，有效的对沥青材料的阻燃性能进行测试和判断。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种沥青材料阻燃性能测试仪器，包括混气系统、加热室和计算机；
加热室内部设置有隔热板，隔热板与加热室内壁密封设置，隔热板上方为加热腔，加热腔顶部设置有排烟管道；加热腔的侧壁上设置有能够开合的观察窗；隔热板下方设置有电子天平，电子天平的称重板上设置有隔热管，隔热管穿过隔热板伸入至加热腔中，隔热管顶部固定有用于放置沥青材料的试样托盘，试样托盘底部设置有温度传感器；加热腔内部设置有加热元件，加热元件连接有温度控制装置；电子天平的输出端和温度传感器的输出端均与计算机的输入端连接；
所述混气系统包括氧气源和氮气源，氧气源和氮气源的出气端均连接在气体混合器的输入端，气体混合器的输出端连接至加热腔中。
优选的，排烟管道的进气端设置有滤网，出气端设置有气体浓度检测仪。
优选的，加热元件采用红外线灯管，设置在试样托盘上方，照射方向朝向试样托盘顶部。
进一步，红外线灯管设置有两个，分别设置在试样托盘竖直中心线的两侧。
优选的，加热室的侧壁上设置有红外成像观察窗，加热室外设置有红外摄像装置，红外摄像装置的镜头面朝红外成像观察窗，红外成像观察窗、红外摄像装置和试样托盘顶部位置位于同一水平面上。
优选的，隔热板采用隔热陶瓷石棉分隔板，隔热管采用隔热陶瓷管。
一种沥青材料阻燃性能测试方法，基于上述任意一项所述的装置，包括以下步骤；
步骤1，打开观察窗，将沥青材料从观察窗放入加热腔中，放置在试样托盘上，然后关闭观察窗；
步骤2，打开氧气源和氮气源，调节气体混合器，使混合气体通入加热腔中，待电子天平的读数保持稳定时，打开温度控制装置，开始加热，使沥青材料进行燃烧，开始记录加热时间和质量读数；
步骤3，待电子天平的读数保持稳定时，关闭温度控制装置，停止加热，停止记录加热时间和质量读数，将时间和质量数据做成曲线图；
步骤4，重复步骤1-3，进行对照试验，改变每次试验中的气体浓度、加热温度或沥青材料；
步骤5，对比每次试验制成的曲线图，同样气体浓度、加热温度或沥青材料的条件下，从加热到开始燃烧的时间越长，阻燃性能越好。
优选的，使用气体浓度检测仪测定每次试验中，排烟管道中有毒气体的浓度，浓度越小，抑烟性能越好。
优选的，收集试验过程中排烟管道排出的气体，通过在线检测仪进行分离及鉴定。
优选的，收集试验结束后燃烧产物，并采用XRD和TEM方法对燃烧产物进行微观分析。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过将氧气和氮气混合通入加热腔中，能够通过改变气体的流量模拟在不同浓度下沥青材料的固相热分解过程，采用加热元件，能够通过改变温度，得到沥青材料在不同温度下的阻燃性能，采用电子天平对燃烧前后的质量进行称重，可以进行多组对比试验，来判断不同环境条件下的沥青材料阻燃性能，或相同环境条件下，不同沥青材料的阻燃性能。
进一步，在排烟管道出气端加装气体浓度检测仪，能够获得燃烧过程中产生的有毒气体浓度，有助于更好的研究阻燃沥青的燃烧过程以及分析阻燃沥青的阻燃机理，从而判断沥青材料的抑烟性能。
进一步，通过加装红外成像观察窗，采用红外摄像装置随时观察沥青材料在不同阶段的燃烧过程，并且可以采集燃烧时的温度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：1-气体混合器；2-氧气瓶；3-排烟管道；4-气体浓度检测仪；5-滤网；6-加热元件；7-红外成像观察窗；8-红外摄像装置；9-隔热板；10-管道；11-试样托盘；12-温度传感器；13-沥青材料；14-隔热管；15-电子天平；16-观察窗；17-温度控制装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，本发明所述测试仪器包括混气系统、加热室和计算机。
混气系统包括氧气源和氮气源，可以采用氧气瓶2和氮气瓶，氧气源和氮气源的出气端均连接在气体混合器1的输入端，气体混合器1的输出端连接至加热腔中，氧气源和氮气源在气体混合器1中混合，进行比例的调节，通过管道10将混合气体通入加热腔中。
加热室内部设置有隔热板9，本实施例优选的隔热板9采用隔热陶瓷石棉分隔板，隔热板9与加热室内壁密封设置，从而将加热室分为独立的两部分，隔热板9上方为加热腔，加热腔顶部设置有排烟管道3，排烟管道3的进气端设置有滤网5，通过滤网5过滤掉燃烧产生的烟尘，出气端设置有气体浓度检测仪4，能够获得燃烧过程中产生的有毒气体浓度，有助于更好的研究阻燃沥青的燃烧过程以及分析阻燃沥青的阻燃机理，从而判断沥青材料13的抑烟性能；加热腔的侧壁上设置有能够开合的观察窗16，用于在加热腔中放置和拿取沥青材料13，并且可以在试验过程中，通过窗口观察燃烧情况。
隔热板9的下方设置有电子天平15，电子天平15的称重板上设置有隔热管14，本实施例优选的隔热管14采用隔热陶瓷管，隔热管14穿过隔热板9伸入至加热腔中，隔热管14顶部固定有用于放置沥青材料13的试样托盘11，电子天平15对试样托盘11、隔热管14和沥青材料13共同称重，因为试样托盘11和隔热管14的质量不变，因此不影响试验过程；试样托盘11底部设置有温度传感器12，用于测量试验过程中加热腔的温度；加热腔内部设置有加热元件6，加热元件6连接有温度控制装置17，用于控制加热元件6的温度高低，本实施例优选的加热元件6采用红外线灯管，设置在试样托盘11上方，照射方向朝向试样托盘11顶部，并且红外线灯管设置有两个，分别设置在试样托盘11竖直中心线的两侧，能够对沥青材料13表面全覆盖照射。
加热室的侧壁上设置有红外成像观察窗7，加热室外设置有红外摄像装置8，红外摄像装置8的镜头面朝红外成像观察窗7，红外成像观察窗7、红外摄像装置8和试样托盘11顶部位置位于同一水平面上，采用红外摄像装置8随时观察沥青材料13在不同阶段的燃烧过程，并且可以采集燃烧时的温度。
电子天平(15)的输出端和温度传感器(12)的输出端均与计算机的输入端连接，用于数据的显示和记录。
采用本发明所述的测试仪器的试验方法如下；
步骤1，打开观察窗16，将沥青材料13从观察窗16放入加热腔中，放置在试样托盘11上，然后关闭观察窗16。
步骤2，打开氧气源和氮气源，调节气体混合器1，使混合气体通入加热腔中，待电子天平15的读数保持稳定时，打开温度控制装置17，开始加热，使沥青材料13进行燃烧，开始记录加热时间和质量读数。
步骤3，启动红外摄像装置8通过红外成像观察窗7观察沥青材料13在不同燃烧阶段的形貌。
步骤4，待电子天平15的读数保持稳定时，关闭温度控制装置17，停止加热，停止记录加热时间和质量读数，将时间和质量数据做成曲线图。
步骤5，重复步骤1-4，进行对照试验，改变每次试验中的气体浓度、加热温度或沥青材料13。
步骤6，对比每次试验制成的曲线图，同样气体浓度、加热温度或沥青材料13的条件下，从加热到开始燃烧的时间越长，阻燃性能越好。
步骤7，收集试验结束后燃烧产物，并采用XRD和TEM方法对燃烧产物进行微观分析。
此外，气体浓度检测仪4能够获得燃烧过程中产生的有毒气体浓度，有助于更好的研究阻燃沥青的燃烧过程以及分析阻燃沥青的阻燃机理，从而判断沥青材料13的抑烟性能，收集试验过程中排烟管道3排出的气体，通过在线检测仪进行分离及鉴定。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种沥青材料阻燃性能测试仪器，其特征在于，包括混气系统、加热室和计算机；
加热室内部设置有隔热板(9)，隔热板(9)与加热室内壁密封设置，隔热板(9)上方为加热腔，加热腔顶部设置有排烟管道(3)；加热腔的侧壁上设置有能够开合的观察窗(16)；隔热板(9)下方设置有电子天平(15)，电子天平(15)的称重板上设置有隔热管(14)，隔热管(14)穿过隔热板(9)伸入至加热腔中，隔热管(14)顶部固定有用于放置沥青材料(13)的试样托盘(11)，试样托盘(11)底部设置有温度传感器(12)；加热腔内部设置有加热元件(6)，加热元件(6)连接有温度控制装置(17)；电子天平(15)的输出端和温度传感器(12)的输出端均与计算机的输入端连接；
所述混气系统包括氧气源和氮气源，氧气源和氮气源的出气端均连接在气体混合器(1)的输入端，气体混合器(1)的输出端连接至加热腔中。
2.根据权利要求1所述的一种沥青材料阻燃性能测试仪器，其特征在于，排烟管道(3)的进气端设置有滤网(5)，出气端设置有气体浓度检测仪(4)。
3.根据权利要求1所述的一种沥青材料阻燃性能测试仪器，其特征在于，加热元件(6)采用红外线灯管，设置在试样托盘(11)上方，照射方向朝向试样托盘(11)顶部。
4.根据权利要求3所述的一种沥青材料阻燃性能测试仪器，其特征在于，红外线灯管设置有两个，分别设置在试样托盘(11)竖直中心线的两侧。
5.根据权利要求1所述的一种沥青材料阻燃性能测试仪器，其特征在于，加热室的侧壁上设置有红外成像观察窗(7)，加热室外设置有红外摄像装置(8)，红外摄像装置(8)的镜头面朝红外成像观察窗(7)，红外成像观察窗(7)、红外摄像装置(8)和试样托盘(11)顶部位置位于同一水平面上。
6.根据权利要求1所述的一种沥青材料阻燃性能测试仪器，其特征在于，隔热板(9)采用隔热陶瓷石棉分隔板，隔热管(14)采用隔热陶瓷管。
7.一种沥青材料阻燃性能测试方法，基于权利要求1-6任意一项所述的装置，其特征在于，包括以下步骤；
步骤1，打开观察窗(16)，将沥青材料(13)从观察窗(16)放入加热腔中，放置在试样托盘(11)上，然后关闭观察窗(16)；
步骤2，打开氧气源和氮气源，调节气体混合器(1)，使混合气体通入加热腔中，待电子天平(15)的读数保持稳定时，打开温度控制装置(17)，开始加热，使沥青材料(13)进行燃烧，开始记录加热时间和质量读数；
步骤3，待电子天平(15)的读数保持稳定时，关闭温度控制装置(17)，停止加热，停止记录加热时间和质量读数，将时间和质量数据做成曲线图；
步骤4，重复步骤1-3，进行对照试验，改变每次试验中的气体浓度、加热温度或沥青材料(13)；
步骤5，对比每次试验制成的曲线图，同样气体浓度、加热温度或沥青材料(13)的条件下，从加热到开始燃烧的时间越长，阻燃性能越好。
8.根据权利要求7所述的一种沥青材料阻燃性能测试方法，其特征在于，使用气体浓度检测仪(4)测定每次试验中，排烟管道(3)中有毒气体的浓度，浓度越小，抑烟性能越好。
9.根据权利要求7所述的一种沥青材料阻燃性能测试方法，其特征在于，收集试验过程中排烟管道(3)排出的气体，通过在线检测仪进行分离及鉴定。
10.根据权利要求7所述的一种沥青材料阻燃性能测试方法，其特征在于，收集试验结束后燃烧产物，并采用XRD和TEM方法对燃烧产物进行微观分析。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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