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YZS-8A全自动极限氧指数仪/氧指数测试仪沥青测试方法

2020-10-18 北京卓锐科技 10001

极限氧指数仪/氧指数测试仪沥青测试方法

我国西部地区山区国土面积大 ,修筑山区高等级公路必然要构筑大量的桥隧结构物 ,特别是山区高速公路 ,桥隧相连的路段占的比例更大。对于隧道路面 ,沥青混凝土将逐渐成为发展的主流。从隧道安全角度而言,沥青的阻燃性能至关重要。目前评价沥青燃烧性能的指标主要有闪点和燃点 ,这只是描述了沥青能够燃烧的条件 ,而不能说明沥青在已经着火燃烧的情况下持续燃烧的能力。 在化工等领域通常采用氧指数来定量描述材料的持续燃烧性能 ,并已有相应的国际标准和国内标准。 但是在沥青材料方面 ,目前国内外很少有相关文献报道。本文尝试借鉴国内化工行业氧指数试验方法来测试沥青的燃烧性能 ,对沥青的氧指数测试方法进行一定的探讨。

1 试验设备和方法

1.1 参考的规范与标准

我国国标关于氧指数的测试标准主要集中于塑料、玻璃纤维、橡胶、纺织品以及绝缘液体等。国外相关标准有: 美国国家标准 [6 ]和日本工业标准 [7 ]。各标准在试件制备、试验条件以及试验数据处理等方面稍有差异 ,但采用的原理和基本方法一致。都是在一定氧氮浓度下 ,点燃试样 ,观察燃烧现象 ,记录持续燃烧时间或试样燃烧量 ,再与规定值相比较 ,调整氧氮浓度得到试样的氧指数。沥青的燃烧性能与上述各种材料存在较大差异 ,不可能完全采用现有标准测定。 在参考其他行业氧指数测试基本原理和测试方法的基础上 ,通过试验确定沥青燃烧持续时间与各影响因素的相关关系 ,从而为沥青氧指数测试方法提供依据和指导。

1. 2 仪器设备

试验仪器采用YZS-8A型氧指数仪。燃烧所用气源为工业级气体, O2和N2含量浓度均≥ 99. 5% ,符合 GB3863及 GB3864标准要求。计时器用秒表,精度 0.2 s。点火器材统一采用内径为 2 mm±1 mm的管子通以液化石油气。 该液化石油气的技术要求符合 GB11174— 89的要求。

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1. 3 试验方法

( 1)试验原理:氧指数是指在规定的条件下,试样在氧、氮混合气流中维持平衡燃烧所需的较低氧浓度,以氧气所占的体积百分数表示,表示为 IO( ox yg en index ) ,部分文献中也称为极限氧指数,表示为 IO,L ( limit ox yg en index )。

( 2)沥青燃烧临界氧气浓度测定。目前路用沥青闪点一般较高 (远高于常温 ),在常温下 ,即使加大氧浓度,仍然难以点燃。在试验中对于参考标准的点燃方法做一定的调整: 将沥青试样加热到一定的温度后 ,再点燃并测试相应的氧气浓度及燃烧时间。从燃烧试验观察 ,对于沥青持续燃烧能力测试影响因素较多,本文主要从试样燃烧前温度、试样量和燃烧时总气流量 3个方面进行比较。

2 影响因素分析

由于沥青的性质与一般纺织品、电子、电工产品差异较大,在借鉴其测试方法时,必须针对沥青固有特性 (针对燃烧性能方面 )对试验方法进行调整 ,并找出影响沥青持续燃烧能力测试的主要因素。 国内外相关文献报道影响氧指数测试因素包括很多方面: 试样燃烧前温度、试样量、燃烧时总气流量、点火气源、点火高度、燃烧气源等。 经过分析 ,对于沥青氧指数测试主要考虑了前 3种因素。

2.1 试样燃烧前加热温度

参考标准中通常规定试验温度为常温。 由于沥青闪点远远大于此规定温度 (中、轻交通道路沥青中较低闪点要求不小于180°C) ,所以在这样的温度条件下无法点燃沥青 ,将氧浓度调至 60% ~ 80% 都不能够燃烧。所以 ,必须将沥青加热到一定的温度再进行燃烧测试。

沥青的比热容与它的稠度、温度有关。 在 0°C时 ,沥青的比热容为 1。 672× 10- 6~ 1。 7974×10- 6J/( kg· °C)。温度每升高 1°C,沥青的比热容就增加1。 672× 10- 6~ 2。 058×10- 6J/( kg·°C)。在不同的温度条件下燃烧 ,由于沥青比热的差异 ,燃烧所需要以及产生和传递的热量就存在很大差异 ,相应持续燃烧的时间就不一致 ,必然造成氧指数测定值的不同。 在其余条件相同的情况下 ,温度越高 ,沥青比热就越大 ,持续燃烧的时间就可能越长。所以将试样燃烧前的加热温度作为试验比较的靠前个影响因素。 将其他测试条件固定 (包括试样量、氧气浓度以及总气流量等 ) ,在燃烧前将试样加热到不同的温度 ,测试其持续燃烧时间。

2.2 试样量

试样量的不同决定了燃烧时吸 (放 )热量的不同 ,也可能影响沥青持续燃烧性能。为测试试样量对燃烧持续时间的影响 ,将试验燃烧前加热温度固定 ,总气流量以及氧气浓度固定 ,测试不同试样量与燃烧时间的相关关系。

2.3 总气流量

在燃烧过程中,烟 (气)流的速度对热量的传递影响较大。气流速度快 ,可能导致热量传播方向产生逆流向,影响持续燃烧时间;同时热量传递速度增快 ,试样内部的热量不足以维持继续燃烧。因此,在固定试样量和加热温度后,采用相同或近似的氧气浓度,变化总的气流量 ,测试总气流量对燃烧时间的影响。

3 结果与讨论

3. 1 不同试样温度对测定的影响

为了测试温度对试验结果的影响 ,采用试样量固定为 30 g ,氧气浓度为 19.35% ,流量为 9. 3 L /min。在低于沥青闪点附近以 10°C级差的初始温度值点燃进行测试 ,测试温度从 240°C~ 300°C。测试结果。

由图 1可知,在固定试样量、氧气浓度以及总气流量的条件下 ,试样温度 T 与燃烧时间 t有很好的相关关系,相关系数达到 0. 95。试验发现,在其他条件相同情况下,试件燃烧前加热温度越高,在该氧气浓度下其持续燃烧时间越长。按照氧指数测试方法规定 ,可以推断测试的氧指数也越低。 一般当检测试样的氧指数值IO≤ 21时判定该试样为易燃物体,但是对于沥青由于温度对测试数值影响较大,所以不能简单根据 IO 值进行判定。必须根据相同温度条件进行比较,或者在给出IO 值时附加温度条件标记予以说明。

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3.2 不同试样量对测定的影响

为测试沥青的试样量对燃烧时间的影响关系。试验中采用 5 g的级差 (其余试验条件相同 ,试样燃烧前温度为 280°C,氧气浓度 19.35% ,气流量 12.4L /min) ,取样范围从 20 g到 40 g来测试试样量 m对燃烧时间的影响。

从目前试验结果来看 ,试样量的差异对测定结果有一定的影响 ,但是影响程度不大。可能的原因是燃烧时试样的有效燃烧面积和氧接触面积对燃烧有影响。

3.3 不同流量对测定的影响

为测试总气流量对测试结果的影响。 采用燃烧前加热温度 280°C、试样量 20 g ,在同氧气浓度或相近的氧气浓度条件下 ,测试不同总流量Q对结果的影响。 结果如表2所示 ,h为氧气浓度。从试验结果来看 ,当氧气浓度相同 ( 19.35% )时 ,气流量 相差 3.1 L /min 时,燃烧时间相 差87.5 s;在氧气浓度接近 ( 18. 8% 和 18. 6% )时 ,气流量相差 3.1 L /min时 ,燃烧时间相差 44 s。 可以看出,气流量对燃烧时间影响较大 ,从而也影响氧指数的测定。 基本规律是气流量与燃烧时间成负相关关系。 所以在测试时应该将总的气流量控制在某一范围之内来调整氧浓度。 这就要求测试仪器能够提供较高的流量控制精度。

4 结 论

通过本次试验研究 ,得出如下几点初步结论:

( 1)沥青的持续燃烧能力可以通过氧指数评价 ,但必须给出相对应的对比参数或者制定相应的试验规程,以利于比较评价。

( 2)对目前测定有关仪器设备进行调整和修改非常必要。制造适合于沥青氧指数测试的检测仪器 ,为沥青氧指数评价提供必要的试验检测设备。