長大隧道瀝青混凝土路面的防火安全性能
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摘 要: 通過熱重分析得到SBS 瀝青和阻燃瀝青，以及相應(yīng)膠漿的著火點(diǎn)為417～433 ℃，燃燒速率為3. 3 ×10 - 5～9. 482 ×10 - 5 kg/ (m2 ·s) 。進(jìn)行風(fēng)速為0～3 m/ s 通風(fēng)條件下隧道瀝青路面1/ 20 比尺模型燃燒試驗和瀝青試件的直接燃燒試驗，測得在通?；馂?zāi)規(guī)模下瀝青路面燃燒深度不超過4 cm。采用考慮湍流效應(yīng)和輻射傳熱的擴(kuò)散燃燒模型對不同規(guī)模火源和通風(fēng)條件下的長大隧道火災(zāi)過程進(jìn)行數(shù)值模擬，計算表明，低于10 MW的隧道火災(zāi)基本不會引起瀝青路面燃燒；對于20 、50 MW規(guī)模的隧道火災(zāi)，只要分別保持高于2 和4 m/ s 的通風(fēng),瀝青路面基本不被引燃；瀝青路面燃燒對隧道火災(zāi)的影響有限，其熱釋放率一般不超過火災(zāi)規(guī)模的2. 3 %。 在以上研究的基礎(chǔ)上,提出了隧道瀝青路面防火結(jié)構(gòu)層組合技術(shù)建議和防火對策。
關(guān)鍵詞: 隧道火災(zāi)；瀝青路面；防火；模型試驗；數(shù)值模擬；熱重分析。 為提高行車安全,公路隧道往往采用瀝青路面.由于瀝青具有可燃性,人們對隧道瀝青路面在火災(zāi)中的安全性一直存在爭議,迄今為止國內(nèi)外對此仍缺乏深入研究. 本研究以浙江臺縉高速公路長7. 6km 的蒼嶺隧道為研究對象,針對公路長隧道瀝青路面的防火安全問題展開理論和試驗研究,分析和評價了公路長隧道瀝青路面的交通安全技術(shù)性能。
研究的主要內(nèi)容: (1) 采用熱分析技術(shù)進(jìn)行瀝青及其膠漿的燃燒熱重試驗,建立起瀝青及其膠漿的燃燒特性曲線,分析得到SBS 瀝青及其膠漿、阻燃瀝青及其膠漿的著火點(diǎn)分別為433 、432 、417 、424℃,燃燒速率分別為9. 482 ×10 - 5 、3. 3 ×10 - 5 、6. 64 ×10 - 5 、3. 38 ×10 - 5 kg/ (m2 ·s) ; (2) 建立了一套模擬隧道火災(zāi)環(huán)境下包括瀝青、瀝青膠漿、瀝青混合料、瀝青路面的室內(nèi)直接燃燒試驗和評價方法,通過直接燃燒試驗評價瀝青在火災(zāi)中燃燒的難易程度，并測得在通常火災(zāi)規(guī)模下瀝青路面燃燒深度不超過4 cm ； (3) 進(jìn)行了在風(fēng)速為0～3 m/ s 通風(fēng)條件下的隧道瀝青路面1/ 20 比尺模型的燃燒試驗,并研制開發(fā)了相應(yīng)的集成化試驗圖像、數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng),得到不同通風(fēng)條件下隧道火災(zāi)過程瀝青路面溫度場分布和變化規(guī)律； (4) 利用擴(kuò)散燃燒模型、k2ε模型和P21 模型分別對燃燒、湍流流動和輻射傳熱過程加以描述,建立起了非絕熱的隧道火災(zāi)三維數(shù)學(xué)模型,通過對不同火災(zāi)規(guī)模、通風(fēng)條件下隧道火災(zāi)的模擬分析得到:低于10 MW 的隧道火災(zāi)基本不會引起瀝青路面燃燒,對于20 、50 MW 規(guī)模的隧道火 災(zāi),保持2 、4 m/ s 的通風(fēng)就基本能確保瀝青路面不被引燃,瀝青路面燃燒產(chǎn)生的釋熱率影響不到隧道火災(zāi)規(guī)模的2. 3 %；
(5) 在上述研究基礎(chǔ)上,對公路長隧道瀝青路面防災(zāi)安全性進(jìn)行綜合評價,并提出瀝青路面防火結(jié)構(gòu)層組合技術(shù)建議和減災(zāi)對策。 研究成果具有創(chuàng)新點(diǎn): (1) 首次系統(tǒng)研究公路長隧道瀝青路面火災(zāi)過程的安全性,揭示了長隧道瀝青路面火災(zāi)過程機(jī)理； (2) 結(jié)合計算流體動力學(xué)和熱重分析技術(shù)評價了瀝青路面燃燒對隧道火災(zāi)規(guī)模的影響； (3) 從化學(xué)動力學(xué)和熱力學(xué)角度出發(fā),結(jié)合統(tǒng)計力學(xué)和概率論原理,利用網(wǎng)絡(luò)并行運(yùn)算平臺技術(shù)，建立起隧道瀝青路面火災(zāi)過程的數(shù)值模擬分析方法。 該研究于2004 年6 月開始,2007 年3 月通過浙江省交通廳組織的專家鑒定，成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。 該研究填補(bǔ)了國內(nèi)外公路長隧道瀝青路面的防火安全性領(lǐng)域的空白,為我國公路長隧道瀝青路面的安全使用提供重要依據(jù)和具體技術(shù)措施。 |
| 原作者： 黃志義 吳珂 |
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