CN113009068A - 一种沥青极限氧指数试验用试模及其试验方法 - Google Patents

一种沥青极限氧指数试验用试模及其试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种沥青极限氧指数试验用试模，所述试模包括钢杯和垂直固定连接在钢杯底部外侧的固定件；另外，本发明还公开了一种沥青极限氧指数试验的方法，该方法通过制备试样、安装试样、设定燃烧筒内的氧的体积浓度、调节燃烧筒内的气氛和点燃试样，得到沥青极限氧指数。本发明通过在钢杯内部设置有用于盛放插入有玻璃纤维的沥青的空腔，解决了极限氧指数试验直接使用条状沥青流淌问题，在试验过程中保护夹具和仪器不沾沥青，通过在沥青中插入玻璃纤维，有助于沥青快速被点燃，缩短了试验时间，增大了沥青的燃烧面积，延长了沥青的燃烧时间，提高极限氧指数精度，同时提高了极限氧指数试验中极限氧指数的标准。

Description

一种沥青极限氧指数试验用试模及其试验方法
技术领域
本发明属于沥青极限氧指数技术领域，具体涉及一种沥青极限氧指数试验用试模及其试验方法。
背景技术
沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，是高黏度有机液体的一种，主要可以分为煤焦沥青、石油沥青和天然沥青。沥青主要用于涂料、塑料、橡胶等工业以及铺筑路面等。
由于沥青材料与塑料在受热状态下有着较大差异，在实际使用时，需要将沥青材料进行极限氧指数试验，确定其实用性能。
实际试验时通常使用氧指数法测定燃烧性来代表沥青材料的阻燃性能。极限氧指数是指聚合物在氧和氮混合气体中当刚能支撑其燃烧时氧的体积分数浓度。是表征材料燃烧行为的指数。极限氧指数可以用燃烛试验测定，将一个聚合物棒在特定条件下向下燃烧进行测定。通常认为极限氧指数为22时，该物质可以在空气中燃烧。极限氧指数是指在规定的条件下，材料在氧氮混合气流中被点燃所需的最低氧的体积浓度。以氧所占的体积百分数的数值来表示。
目前已有的方法是将沥青先制成规格的条状试样，然后采用JF-3型氧指数测定仪，参照GB2406-93的规定进行极限氧指数试验，实际操作中发现条状沥青试样在点燃过程中流淌现象较为严重，根本无法保持直立状态，甚至无法被点燃就已经完全滴落流淌，无法得到准确的极限氧指数。
因此需要解决沥青在极限氧指数试验时流淌和无法得到准确的极限氧指数的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种沥青极限氧指数试验用试模。本发明通过在钢杯内部设置有用于盛放插入有玻璃纤维的沥青的空腔，解决了极限氧指数试验直接使用条状沥青流淌问题，从而增大了沥青的燃烧面积，延长了沥青的燃烧时间，使得到的极限氧指数的精准性提升，得到的极限氧指数提高，保证了试验得到的极限氧指数的准确性，同时提高了极限氧指数试验中极限氧指数的标准，并且在试验过程中保护夹具和仪器不沾沥青，方便维护和清理仪器。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种沥青极限氧指数试验用试模，其特征在于，所述试模包括钢杯和垂直固定连接在所述钢杯底部外侧的固定件。
上述的一种沥青极限氧指数试验用试模，其特征在于，所述试模的固定件与氧指数测定仪燃烧筒的试样夹固定连接。
上述的一种沥青极限氧指数试验用试模，其特征在于，所述钢杯内部设置有用于盛放插入有玻璃纤维的沥青的空腔。
另外，本发明还提供了一种利用所述的试模进行沥青极限氧指数试验的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、制备试样：将待测沥青放入烘箱中保温至流动状态，然后在搅拌后倒入试模的钢杯中，随后将玻璃纤维竖直插入沥青中，冷却至室温，得到装有沥青的试模；所述玻璃纤维的长度高于钢杯中沥青的高度；
步骤二、安装试样：将步骤一中得到的装有沥青的试模安装在氧指数测定仪燃烧筒的试样夹上，得到装配后的燃烧筒；
步骤三、设定燃烧筒内的氧的体积浓度：将步骤二中得到的装配后的燃烧筒内的氧的体积浓度设为固定值；所述固定值根据沥青在空气中的燃烧情况确定；
步骤四、调节燃烧筒内的气氛：根据步骤三中设定的氧的体积浓度调节装配后的燃烧筒中氮气和氧气流量控制阀，向燃烧筒内通入固定体积浓度的氮氧混合气；
步骤五、点燃试样：在步骤四中持续通入氮氧混合气的燃烧筒内，采用点火器点燃玻璃纤维，在沥青被点燃时，得到沥青的极限氧指数；所述点火器点燃玻璃纤维的过程为：使用点火器火焰的最低部分接触玻璃纤维，并将沥青表面覆盖，每隔10s移开一次点火器观察沥青是否被点燃，如移开三次仍未点燃，将氧的体积浓度增加0.1％，并重复以上过程直至点燃为止；所述点火器采用丙烷作为点火气体，所述点火器火焰的高度为12mm～20mm。
本发明通过将待测沥青加热至流动状态，装入钢杯中，并插入玻璃纤维，然后将装有沥青的试模装入燃烧筒通入氮氧混合气，对沥青进行点燃，在不能点燃时不断增加氧的体积浓度直至沥青被点燃，精确的得到了到沥青的极限氧指数，并且在试验过程中，点燃的沥青一直保持在钢杯中，不会四处流动和滴落，解决了极限氧指数试验直接使用条状沥青流淌问题，从而增大了沥青的燃烧面积，延长了沥青的燃烧时间，使得到的极限氧指数的精准性提升，得到的极限氧指数提高，保证了试验得到的极限氧指数的准确性，同时提高了极限氧指数试验中极限氧指数的标准，并且在试验过程中保护夹具和仪器不沾沥青，方便维护和清理仪器；本发明根据沥青在空气中的燃烧情况预估试验开始时的氧指数浓度，如沥青在空气中迅速燃烧，需将燃烧筒内的氧的体积浓度设置在18％以下，如沥青在空气中缓慢或不稳定燃烧，需将燃烧筒内的氧的体积浓度设置在18％～25％，如沥青空气中不着火，需将燃烧筒内的氧的体积浓度设置在25％以上，根据样品的不同，实际调节初始的氧的体积浓度，适用于各种沥青进行极限氧指数试验。
上述的方法，其特征在于，步骤一中所述烘箱内的温度为100℃～120℃，所述冷却的时间为2h～3h。本发明通过控制烘箱的温度，将待试验的沥青加热至流动状，能够装入钢杯中，并不会对沥青造成影响，本发明通过控制冷却的时间，保证了流动状态的沥青完全凝固，从而保证了试验得到的极限氧指数的准确性。
上述的方法，其特征在于，步骤一中所述玻璃纤维的长度为钢杯内部高度的105％～110％。本发明通过控制玻璃纤维的长度，使玻璃纤维在插入沥青中时能够露出一部分，便于后续的点燃过程。
上述的方法，其特征在于，步骤二中所述装有沥青的试模距离燃烧筒上下两端均在10cm以上。本发明通过控制装有沥青的试模在燃烧筒中的位置，保证了装有沥青的试模周围环境气体的均匀性，从而保证了试验得到的极限氧指数的准确性。
上述的方法，其特征在于，步骤二中所述氧指数测定仪为JF3型氧指数测定仪。本发明通过使用JF3型氧指数测定仪，具有配套的燃烧筒、点火器和气体调节装置，便于使用，使试模的固定件与JF3型氧指数测定仪燃烧筒内的试样夹固定连接，不用添加其他设备进行固定，连接稳定，试验数据准确。
上述的方法，其特征在于，步骤五中在点燃试样前将氮氧混合气以30mL/s～50mL的流速吹扫燃烧筒内部30s以上。本发明通过在点燃试样前在燃烧筒通入氮氧混合气除去燃烧筒内的空气，使燃烧筒内的气氛和通入的氮氧混合气一致，从而提高了得到的极限氧指数的准确性。
上述的方法，其特征在于，步骤五中所述极限氧指数通过以下公式进行计算：
Figure BDA0002957573290000041
公式中：LOI为极限氧指数，[O]为沥青被点燃时氧气的体积流量，[N]为沥青被点燃时氮气的体积流量。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过在钢杯内部设置有用于盛放插入有玻璃纤维的沥青的空腔，解决了极限氧指数试验直接使用条状沥青流淌问题，并且在试验过程中保护夹具和仪器不沾沥青，方便维护和清理仪器，本发明通过在钢杯底部设置固定件，使试模与氧指数测定仪燃烧筒的试样夹固定连接，保证了极限氧指数试验中钢杯的稳定，从而保证了进行试验的沥青稳定，实现了极限氧指数试验的安全进行，具有安装方便，成本低廉，便于实现的优点。
2、本发明通过在不能点燃时不断增加氧的体积浓度直至沥青被点燃，精确的得到了到沥青的极限氧指数，并且在试验过程中，点燃的沥青一直保持在钢杯中，不会四处流动和滴落，从而增大了沥青的燃烧面积，延长了沥青的燃烧时间，使得到的极限氧指数的精准性提升，得到的极限氧指数提高1.2％，保证了试验得到的极限氧指数的准确性，同时提高了极限氧指数试验中极限氧指数的标准。
3、本发明通过在钢杯内盛放的沥青中插入玻璃纤维，有助于沥青快速被点燃，缩短试验时间，提高极限氧指数精度。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明沥青极限氧指数试验用试模的主视图。
图2是本发明沥青极限氧指数试验用试模的俯视图。
图3是本发明沥青极限氧指数试验用试模的左视图。
图4是本发明沥青极限氧指数试验用试模与氧指数测定仪燃烧筒的试样夹的连接关系示意图。
附图标记说明：
1—试模； 1-1—钢杯； 1-2—固定件；
2—试样夹； 2-1—螺栓； 3—沥青；
3-1—玻璃纤维。
具体实施方式
本发明的一种沥青极限氧指数试验用试模通过实施例1进行详细描述。
实施例1
如图1～图3所示，本发明的试模1包括钢杯1-1和垂直固定连接在所述钢杯1-1底部外侧的固定件1-2。
本实施例中，试模1包括钢杯1-1和垂直固定连接在所述钢杯1-1底部外侧的固定件1-2，实际使用时，通过钢杯1-1承载沥青3，使沥青3盛放在钢杯1-1内，避免了沥青3流淌现象发生，解决了极限氧指数试验直接使用条状沥青3发生流淌的问题，并且在试验过程中保护夹具和试验仪器不沾沥青3，方便维护和清理仪器，保证了得到的极限氧指数的数据的准确性，同时提高了极限氧指数试验中极限氧指数标准，通过设置与钢杯1-1垂直的固定件1-2，使试模1与氧指数测定仪的试样夹2固定连接，使钢杯1-1的开口朝上，保持了极限氧指数试验过程中钢杯1-1的稳定，从而保证了进行试验的沥青3稳定，实现了极限氧指数试验的安全进行，具有安装方便，成本低廉，便于实现的优点。
本实施例，实际使用时，不锈钢钢杯1-1的内径为10mm，外径为12mm，外部高为5mm，内部高为4.5mm，固定件1-2为长度6mm、宽度4mm、高5mm的长方体结构。
如图4所示，本实施例中，试模1的固定件1-2与氧指数测定仪燃烧筒的试样夹2固定连接，实际使用时，通过将试模1的固定件1-2与氧指数测定仪燃烧筒的试样夹2固定连接，并通过螺栓2-1进行紧固，保持钢杯1-1开口朝上用于盛放沥青3，具有连接稳定的优点。
本实施例中，所述钢杯1-1内部设置有用于盛放插入有玻璃纤维3-1的沥青3的空腔，实际使用时，在钢杯1-1内盛放的沥青3中间竖直插入玻璃纤维3-1，有助于沥青3快速被点燃，缩短极限氧指数试验的时间，提高极限氧指数的精度。
本发明的一种利用所述的试模进行沥青极限氧指数试验的方法通过实施例2～实施例4进行详细描述。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、制备试样：将SBS改性沥青放入烘箱中保温至流动状态，然后在搅拌后倒入试模1的钢杯1-1中，随后将玻璃纤维3-1竖直插入沥青3中，冷却至室温，得到装有沥青3的试模1；所述烘箱内的温度为120℃，所述冷却的时间为3h，所述玻璃纤维3-1的长度为钢杯1-1内部高度的110％；
步骤二、安装试样：将步骤一中得到的装有沥青3的试模1安装在氧指数测定仪燃烧筒的试样夹2上，得到装配后的燃烧筒；所述装有沥青3的试模1距离燃烧筒上下两端均在10cm以上；所述氧指数测定仪为JF-3型氧指数测定仪；
步骤三、设定燃烧筒内的氧的体积浓度：将步骤二中得到的装配后的燃烧筒内的氧的体积浓度设为18％；
步骤四、调节燃烧筒内的气氛：根据步骤三中设定的氧的体积浓度调节装配后的燃烧筒中氮气和氧气流量控制阀，向燃烧筒内通入氧的体积浓度为18％的氮氧混合气，并在点燃试样前将氮氧混合气以30mL/s的流速吹扫燃烧筒内部50s；
步骤五、点燃试样：在步骤四中持续通入氮氧混合气的燃烧筒内，采用点火器点燃玻璃纤维3-1，在沥青3被点燃时，得到沥青3的极限氧指数；所述点火器点燃玻璃纤维3-1的过程为：使用点火器火焰的最低部分接触玻璃纤维3-1，并将沥青3表面覆盖，每隔10s移开一次点火器观察沥青3是否被点燃，如移开三次仍未点燃，将氧的体积浓度增加0.1％，并重复以上过程直至点燃为止；所述点火器采用丙烷作为点火气体，所述点火器火焰的高度为12mm。
经检测，本实施例中SBS改性沥青的极限氧指数为20.1％。
对比例1
本对比例包括以下步骤：
步骤一、制备试样：将SBS改性沥青制备为10mm×5mm×5mm长×宽×高的试样条；
步骤二、安装试样：将步骤一中得到的试样条安装在氧指数测定仪燃烧筒的试样夹2上，得到装配后的燃烧筒；所述试样条距离燃烧筒上下两端均在10cm以上；所述氧指数测定仪为JF-3型氧指数测定仪；
步骤三、设定燃烧筒内的氧的体积浓度：将步骤二中得到的装配后的燃烧筒内的氧的体积浓度设为18％；
步骤四、调节燃烧筒内的气氛：根据步骤三中设定的氧的体积浓度调节装配后的燃烧筒中氮气和氧气流量控制阀，向燃烧筒内通入氧的体积浓度为18％的氮氧混合气，并在点燃试样前将氮氧混合气以30mL/s的流速吹扫燃烧筒内部50s；
步骤五、点燃试样：在步骤四中持续通入氮氧混合气的燃烧筒内，采用点火器点燃试样条，在沥青3被点燃时，得到沥青3的极限氧指数；所述点火器点燃试样条的过程为：使用点火器火焰的最低部分接触试样条，并将沥青3表面覆盖，每隔10s移开一次点火器观察沥青3是否被点燃，如移开三次仍未点燃，将氧的体积浓度增加0.1％，并重复以上过程直至点燃为止；所述点火器采用丙烷作为点火气体，所述点火器火焰的高度为12mm。
经检测，本对比例中SBS改性沥青的极限氧指数为18.9％。
通过对比例1与实施例2对比可以看出，通过将沥青盛放再试模1的钢杯1-1中，在试验过程中，点燃的沥青一直保持在钢杯中，不会四处流动和滴落，从而增大了沥青的燃烧面积，延长了沥青的燃烧时间，使得到的极限氧指数的精准性提升，试验测得的极限氧指数结果提高了1.2％。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、制备试样：将掺有Sasobit温拌剂的SBS改性沥青放入烘箱中保温至流动状态，然后在搅拌后倒入试模1的钢杯1-1中，随后将玻璃纤维3-1竖直插入沥青3中，冷却至室温，得到装有沥青3的试模1；所述烘箱内的温度为100℃，所述冷却的时间为2h；所述玻璃纤维3-1的长度为钢杯1-1内部高度的105％；
步骤二、安装试样：将步骤一中得到的装有沥青3的试模1安装在氧指数测定仪燃烧筒的试样夹2上，得到装配后的燃烧筒；所述装有沥青3的试模1距离燃烧筒上下两端均在10cm以上；所述氧指数测定仪为JF-3型氧指数测定仪；
步骤三、设定燃烧筒内的氧的体积浓度：将步骤二中得到的装配后的燃烧筒内的氧的体积浓度设为18％；
步骤四、调节燃烧筒内的气氛：根据步骤三中设定的氧的体积浓度调节装配后的燃烧筒中氮气和氧气流量控制阀，向燃烧筒内通入氧的体积浓度为18％的氮氧混合气，并在点燃试样前将氮氧混合气以40mL/s的流速吹扫燃烧筒内部50s；
步骤五、点燃试样：在步骤四中持续通入氮氧混合气的燃烧筒内，采用点火器点燃玻璃纤维3-1，在沥青3被点燃时，得到沥青3的极限氧指数；所述点火器点燃玻璃纤维3-1的过程为：使用点火器火焰的最低部分接触玻璃纤维3-1，并将沥青3表面覆盖，每隔10s移开一次点火器观察沥青3是否被点燃，如移开三次仍未点燃，将氧的体积浓度增加0.1％，并重复以上过程直至点燃为止；所述点火器采用丙烷作为点火气体，所述点火器火焰的高度为20mm。
经检测，本实施例中掺有Sasobit温拌剂的SBS改性沥青的极限氧指数为19.4％。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、制备试样：将掺有Aspha-Min温拌剂的SBS改性沥青放入烘箱中保温至流动状态，然后在搅拌后倒入试模1的钢杯1-1中，随后将玻璃纤维3-1竖直插入沥青3中，冷却至室温，得到装有沥青3的试模1；所述烘箱内的温度为110℃，所述冷却的时间为2.5h；所述玻璃纤维3-1的长度为钢杯1-1内部高度的107％；
步骤二、安装试样：将步骤一中得到的装有沥青3的试模1安装在氧指数测定仪燃烧筒的试样夹2上，得到装配后的燃烧筒；所述装有沥青3的试模1距离燃烧筒上下两端均在10cm以上；所述氧指数测定仪为JF-3型氧指数测定仪；
步骤三、设定燃烧筒内的氧的体积浓度：将步骤二中得到的装配后的燃烧筒内的氧的体积浓度设为18％；
步骤四、调节燃烧筒内的气氛：根据步骤三中设定的氧的体积浓度调节装配后的燃烧筒中氮气和氧气流量控制阀，向燃烧筒内通入氧的体积浓度为18％的氮氧混合气，并在点燃试样前将氮氧混合气以50mL/s的流速吹扫燃烧筒内部50s；
步骤五、点燃试样：在步骤四中持续通入氮氧混合气的燃烧筒内，采用点火器点燃玻璃纤维3-1，在沥青3被点燃时，得到沥青3的极限氧指数；所述点火器点燃玻璃纤维3-1的过程为：使用点火器火焰的最低部分接触玻璃纤维3-1，并将沥青3表面覆盖，每隔10s移开一次点火器观察沥青3是否被点燃，如移开三次仍未点燃，将氧的体积浓度增加0.1％，并重复以上过程直至点燃为止；所述点火器采用丙烷作为点火气体，所述点火器火焰的高度为18mm。
经检测，本实施例中掺有Aspha-Min温拌剂的SBS改性沥青沥青的极限氧指数为20.9％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种沥青极限氧指数试验用试模，其特征在于，所述试模(1)包括钢杯(1-1)和垂直固定连接在所述钢杯(1-1)底部外侧的固定件(1-2)。
2.根据权利要求1所述的一种沥青极限氧指数试验用试模，其特征在于，所述试模(1)的固定件(1-2)与氧指数测定仪燃烧筒的试样夹(2)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种沥青极限氧指数试验用试模，其特征在于，所述钢杯(1-1)内部设置有用于盛放插入有玻璃纤维(3-1)的沥青(3)的空腔。
4.一种利用如权利要求1-3中任一权利要求所述的试模进行沥青极限氧指数试验的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、制备试样：将待测沥青(3)放入烘箱中保温至流动状态，然后在搅拌后倒入试模(1)的钢杯(1-1)中，随后将玻璃纤维(3-1)竖直插入沥青(3)中，冷却至室温，得到装有沥青(3)的试模(1)；所述玻璃纤维(3-1)的长度高于钢杯(1-1)中沥青的高度；
步骤二、安装试样：将步骤一中得到的装有沥青(3)的试模(1)安装在氧指数测定仪燃烧筒的试样夹(2)上，得到装配后的燃烧筒；
步骤三、设定燃烧筒内的氧的体积浓度：将步骤二中得到的装配后的燃烧筒内的氧的体积浓度设为固定值；所述固定值根据沥青(3)在空气中的燃烧情况确定；
步骤四、调节燃烧筒内的气氛：根据步骤三中设定的氧的体积浓度调节装配后的燃烧筒中氮气和氧气流量控制阀，向燃烧筒内通入固定体积浓度的氮氧混合气；
步骤五、点燃试样：在步骤四中持续通入氮氧混合气的燃烧筒内，采用点火器点燃玻璃纤维(3-1)，在沥青(3)被点燃时，得到沥青(3)的极限氧指数；所述点火器点燃玻璃纤维(3-1)的过程为：使用点火器火焰的最低部分接触玻璃纤维(3-1)，并将沥青(3)表面覆盖，每隔10s移开一次点火器观察沥青(3)是否被点燃，如移开三次仍未点燃，将氧的体积浓度增加0.1％，并重复以上过程直至点燃为止；所述点火器采用丙烷作为点火气体，所述点火器火焰的高度为12mm～20mm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤一中所述烘箱内的温度为100℃～120℃，所述冷却的时间为2h～3h。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤一中所述玻璃纤维(3-1)的长度为钢杯(1-1)内部高度的105％～110％。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤二中所述装有沥青(3)的试模(1)距离燃烧筒上下两端均在10cm以上。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤二中所述氧指数测定仪为JF-3型氧指数测定仪。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤五中在点燃试样前将氮氧混合气以30mL/s～50mL的流速吹扫燃烧筒内部30s以上。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤五中所述极限氧指数通过以下公式进行计算：
Figure FDA0002957573280000021
公式中：LOI为极限氧指数，[O]为沥青被点燃时氧气的体积流量，[N]为沥青被点燃时氮气的体积流量。
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