隧道火灾工况下沥青路面燃烧析出烟尘成分鉴别方法与流程

本发明是一种隧道火灾工况下沥青路面燃烧析出烟尘成分鉴别方法，属于路面火灾安全技术领域。

背景技术：

随我国道路交通运输业快速发展，修建了大量隧道工程，当隧道内由于交通事故导致汽油或柴油泄露引起火灾时，进一步引燃隧道沥青路面，沥青遇火易发生燃烧，熔融后易发生流淌，造成火势的蔓延扩大。一旦隧道发生火灾事故，沥青路面参与燃烧，并释放大量有毒烟尘。此外，沥青燃烧会析出氢气、一氧化碳、烷烃、苯等易燃气体，进而加剧了沥青的热解和燃烧，造成严重的人员伤亡、隧道结构、设施受损、交通中断等。

沥青燃烧不仅分解出氢气、甲烷、烃类、苯等易燃气体，且由于沥青中含有氮、硫等元素还将产生no、so2、co等危及人类生命安全的有毒烟气。隧道是半封闭环境，除了环境温度高外，隧道环境的相对封闭性以及隧道内烟雾大，能见度低等原因对被困人员生命安全造成威胁，也为消防人员施救增加了难度。有研究表明，隧道火灾过程中85％以上的人员伤亡是由于有毒烟尘造成的。提出隧道火灾工况下沥青路面燃烧析出烟尘成分鉴别方法显得非常迫切。

气相色谱-质谱联用技术是一种现代分析测试技术，它被广泛运用在环境科学、食品科学、化工分析、生物制药等领域。气相色谱-质谱联用仪具有显著的优点，包括灵敏度高、分离效果好、检测数据可靠性高等，能够同时获取样品的表面化学成分信息和空间分布，并以图像的形式直观地反映其成分信息与空间分布情况。

目前，国内研究研究者利用固相微萃取-气质联用技术对汽油、聚苯乙烯、等燃烧烟尘的化学组分进行了分析和对比。通过燃烧烟尘的特征物质组分的分析，并研究燃烧烟尘的特征物质、出峰时间等信息，这些差异性可作为对烟尘来源及燃烧条件等因素判别条件。固相微萃取技术对火灾残留物的提取分析具有灵敏、可靠、简便、无需使用昂贵、有毒试剂等优点。但是，固相微萃取技术有萃取头纤维的寿命短、吸附烟尘大小有选择性、不易控制吸附量等缺点。

沥青材料是一种成分复杂碳氢化合物及其衍生物组成的混合物，目前尚未有人研究沥青在隧道火灾过程析出烟尘成分。隧道火灾过程中沥青路面的燃烧大多是不完全燃烧过程，因此，燃烧烟尘以大分子结构为主，由于萃取头的尺寸限制，采用固相微萃装置萃取烟尘具有选择性，且萃取装置的使用寿命很短，需要经常更换萃取头，增加了火灾调查中的成本，所以合理的选取萃取方式是亟待解决的问题。鉴于此，本发明提供一种隧道火灾工况下沥青路面燃烧析出烟尘成分鉴别方法，确定沥青材料燃烧烟尘中主要成分和含量，并比较汽油和柴油在沥青路面上燃烧产生烟尘成分的区别，对研究隧道沥青路面的抑烟性能具有重要的现实意义。

技术实现要素：

(1)技术问题

本发明的目的是提供一种隧道火灾工况下沥青路面燃烧析出烟尘成分鉴别方法，解决目前无法鉴别隧道火灾过程中沥青路面燃烧烟尘的成分和空间分布情况、固相微萃取技术难以吸附萃取沥青燃烧析出大分子烟尘、没有分析汽油和柴油阻燃情况下沥青燃烧烟尘成分差异的问题，为研发沥青路面高效抑烟剂奠定基础。

(2)技术方案

鉴于目前存在无法鉴别隧道火灾过程中沥青路面燃烧烟尘的成分和空间分布情况、固相微萃取技术难以吸附萃取沥青燃烧析出大分子烟尘、没有分析汽油和柴油助燃情况下沥青燃烧烟尘成分差异的问题，本发明提供了一种隧道火灾工况下沥青路面燃烧析出烟尘成分鉴别方法，具体技术方案如下：首先预制隧道模型，在顶部和侧面设置活动窗口，插入可拆卸的防火板，用于收集隧道不同部位的烟尘；然后，成型厚度为4cm的车辙板试件，模拟实际沥青路面上面层厚度，在试件表面预留1cm盛放燃料助剂，把没有拆模的车辙板试件放入隧道模型中间部位，加入燃烧助剂，点燃试件；其次，待试件上燃烧完全熄灭后，慢慢拆卸防火板，萃取防火板上的烟尘，放入离心机中分离出烟尘和溶剂；最后，取底部烟尘层5ml混合溶液进行气相色谱-质谱试验，分析燃烧烟尘的成分和分布情况，确定烟尘中主要成分和含量，并比较汽油和柴油在沥青路面上燃烧产生烟尘成分的区别，从而有针对性采取抑烟措施，减少沥青燃烧烟尘析出。

(3)有益效果

本发明提供的隧道火灾工况下沥青路面燃烧析出烟尘成分鉴别方法利用气相色谱-质谱联用技术的优势，模拟真实的火灾状况，分析了燃烧助剂萃取样品的方法对燃烧后的烟尘成分和分布情况，不引入其它杂质，数据准确性更高，使试验数据更具可靠性，解决目前无法研究隧道火灾过程中燃烧烟尘的成分和烟尘空间分布情况及固相微萃取技术无法萃取大分子烟尘的问题。因此，该分析方法对研发更加高效地阻燃沥青路面，降低火灾危害，提高隧道沥青路面火灾安全性具有重要意义。

附图说明

图1用于收集沥青路面燃烧烟尘的隧道模型示意图

1、4-插入式顶面防火板；2、3-插入式侧面防火板；5-沥青路面；6-隧道模型入口；7-模型出口

具体实施方式

本发明提供了一种隧道沥青路面燃烧烟尘的分析方法，具体实施步骤如下：

(1)按照比例预制隧道模型，在模型入口和出口顶部、侧面各设置一个活动窗口，插入可拆卸的防火板，用于收集隧道不同部位的烟尘；

(2)拌和ac-13c级配sbs改性沥青混合料，模拟实际沥青路面上面层厚度铺筑在隧道模型底部，在隧道模型入口处沥青混合料表面洒倒一定量汽油或柴油作为燃烧助剂；

(3)在隧道入口安放风扇，模拟隧道内通风工况，使烟尘从入口处向出口处扩散，点燃沥青混合料表面的燃烧助剂，记录开始燃烧的时间；

(4)待沥青混合料表面燃烧完全熄灭后，慢慢拆卸防火板，用与燃烧助剂相同汽油或柴油萃取防火板上的烟尘，将15毫升混合溶液装入样品瓶，放入离心机中以3000r/min离析15min，分离出烟尘和溶剂；

(5)取底部烟尘层5ml混合溶液进行气相色谱-质谱试验，分析隧道模型不同部位燃烧烟尘的成分和分布，其中气相色谱仪柱的操作温度为400℃，升温速率为15℃/min，通过分析质量数在1～1050范围的离子质谱图，确定隧道不同部位烟尘中主要成分和含量，并比较汽油和柴油在沥青混合料上燃烧产生的烟尘成分异同。

技术特征：

技术总结
本发明是一种隧道火灾工况下沥青路面燃烧析出烟尘成分鉴别方法，属于路面火灾安全技术领域，解决目前无法鉴别沥青路面燃烧烟尘的成分、固相微萃取技术难以萃取大分子烟尘、没有分析汽油和柴油助燃情况下沥青燃烧烟尘成分差异的问题。本发明首先预制隧道模型，在顶部和侧面设置活动窗口，插入防火板，收集烟尘；在隧道底部铺筑厚度为4cm的沥青混合料，在隧道模型入口处沥青混合料表面洒倒燃烧助剂，点燃助剂，待燃烧完全熄灭后，慢慢拆卸防火板，萃取防火板上烟尘，分离出烟尘和溶剂；取底部烟尘层5ml进行气相色谱‑质谱试验，确定隧道不同部位烟尘中主要成分和含量，比较汽油和柴油燃烧产生烟尘成分，为采取相应抑烟措施，减少烟尘析出提供科学依据。

技术研发人员：夏文静;许涛;郭涛;袁峻
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：2018.08.23
技术公布日：2019.01.04