YZS-8A全自動極限氧指數儀/氧指數測試儀瀝青測試方法

極限氧指數儀/氧指數測試儀瀝青測試方法

我國西部地區山區國土面積大 ，修筑山區高等級公路必然要構筑大量的橋隧結構物 ，特別是山區高速公路 ，橋隧相連的路段占的比例更大。對于隧道路面 ，瀝青混凝土將逐漸成為發展的主流。從隧道安全角度而言，瀝青的阻燃性能至關重要。目前評價瀝青燃燒性能的指標主要有閃點和燃點 ，這只是描述了瀝青能夠燃燒的條件 ，而不能說明瀝青在已經著火燃燒的情況下持續燃燒的能力。 在化工等領域通常采用氧指數來定量描述材料的持續燃燒性能 ，并已有相應的國際標準和國內標準。 但是在瀝青材料方面 ，目前國內外很少有相關文獻報道。本文嘗試借鑒國內化工行業氧指數試驗方法來測試瀝青的燃燒性能 ，對瀝青的氧指數測試方法進行一定的探討。

1 試驗設備和方法

1.1 參考的規范與標準

我國國標關于氧指數的測試標準主要集中于塑料、玻璃纖維、橡膠、紡織品以及絕緣液體等。國外相關標準有: 美國國家標準 [6 ]和日本工業標準 [7 ]。各標準在試件制備、試驗條件以及試驗數據處理等方面稍有差異 ，但采用的原理和基本方法一致。都是在一定氧氮濃度下 ，點燃試樣 ，觀察燃燒現象 ，記錄持續燃燒時間或試樣燃燒量 ，再與規定值相比較 ，調整氧氮濃度得到試樣的氧指數。瀝青的燃燒性能與上述各種材料存在較大差異 ，不可能完全采用現有標準測定。 在參考其他行業氧指數測試基本原理和測試方法的基礎上 ，通過試驗確定瀝青燃燒持續時間與各影響因素的相關關系 ，從而為瀝青氧指數測試方法提供依據和指導。

1. 2 儀器設備

試驗儀器采用YZS-8A型氧指數儀。燃燒所用氣源為工業級氣體， O2和N2含量濃度均≥ 99. 5% ，符合 GB3863及 GB3864標準要求。計時器用秒表，精度 0.2 s。點火器材統一采用內徑為 2 mm±1 mm的管子通以液化石油氣。 該液化石油氣的技術要求符合 GB11174— 89的要求。

1. 3 試驗方法

( 1)試驗原理：氧指數是指在規定的條件下，試樣在氧、氮混合氣流中維持平衡燃燒所需的較低氧濃度，以氧氣所占的體積百分數表示，表示為 IO( ox yg en index ) ，部分文獻中也稱為極限氧指數，表示為 IO，L ( limit ox yg en index )。

( 2)瀝青燃燒臨界氧氣濃度測定。目前路用瀝青閃點一般較高 (遠高于常溫 )，在常溫下 ，即使加大氧濃度，仍然難以點燃。在試驗中對于參考標準的點燃方法做一定的調整: 將瀝青試樣加熱到一定的溫度后 ，再點燃并測試相應的氧氣濃度及燃燒時間。從燃燒試驗觀察 ，對于瀝青持續燃燒能力測試影響因素較多，本文主要從試樣燃燒前溫度、試樣量和燃燒時總氣流量 3個方面進行比較。

2 影響因素分析

由于瀝青的性質與一般紡織品、電子、電工產品差異較大，在借鑒其測試方法時，必須針對瀝青固有特性 (針對燃燒性能方面 )對試驗方法進行調整 ，并找出影響瀝青持續燃燒能力測試的主要因素。 國內外相關文獻報道影響氧指數測試因素包括很多方面: 試樣燃燒前溫度、試樣量、燃燒時總氣流量、點火氣源、點火高度、燃燒氣源等。 經過分析 ，對于瀝青氧指數測試主要考慮了前 3種因素。

2.1 試樣燃燒前加熱溫度

參考標準中通常規定試驗溫度為常溫。 由于瀝青閃點遠遠大于此規定溫度 (中、輕交通道路瀝青中較低閃點要求不小于180°C) ，所以在這樣的溫度條件下無法點燃瀝青 ，將氧濃度調至 60% ～ 80% 都不能夠燃燒。所以 ，必須將瀝青加熱到一定的溫度再進行燃燒測試。

瀝青的比熱容與它的稠度、溫度有關。 在 0°C時 ，瀝青的比熱容為 1。 672× 10- 6～ 1。 7974×10- 6J/( kg· °C)。溫度每升高 1°C，瀝青的比熱容就增加1。 672× 10- 6～ 2。 058×10- 6J/( kg·°C)。在不同的溫度條件下燃燒 ，由于瀝青比熱的差異 ，燃燒所需要以及產生和傳遞的熱量就存在很大差異 ，相應持續燃燒的時間就不一致 ，必然造成氧指數測定值的不同。 在其余條件相同的情況下 ，溫度越高 ，瀝青比熱就越大 ，持續燃燒的時間就可能越長。所以將試樣燃燒前的加熱溫度作為試驗比較的靠前個影響因素。 將其他測試條件固定 (包括試樣量、氧氣濃度以及總氣流量等 ) ，在燃燒前將試樣加熱到不同的溫度 ，測試其持續燃燒時間。

2.2 試樣量

試樣量的不同決定了燃燒時吸 (放 )熱量的不同 ，也可能影響瀝青持續燃燒性能。為測試試樣量對燃燒持續時間的影響 ，將試驗燃燒前加熱溫度固定 ，總氣流量以及氧氣濃度固定 ，測試不同試樣量與燃燒時間的相關關系。

2.3 總氣流量

在燃燒過程中，煙 (氣)流的速度對熱量的傳遞影響較大。氣流速度快 ，可能導致熱量傳播方向產生逆流向，影響持續燃燒時間;同時熱量傳遞速度增快 ，試樣內部的熱量不足以維持繼續燃燒。因此，在固定試樣量和加熱溫度后，采用相同或近似的氧氣濃度，變化總的氣流量 ，測試總氣流量對燃燒時間的影響。

3 結果與討論

3. 1 不同試樣溫度對測定的影響

為了測試溫度對試驗結果的影響 ，采用試樣量固定為 30 g ，氧氣濃度為 19.35% ，流量為 9. 3 L /min。在低于瀝青閃點附近以 10°C級差的初始溫度值點燃進行測試 ，測試溫度從 240°C～ 300°C。測試結果。

由圖 1可知，在固定試樣量、氧氣濃度以及總氣流量的條件下 ，試樣溫度 T 與燃燒時間 t有很好的相關關系，相關系數達到 0. 95。試驗發現，在其他條件相同情況下，試件燃燒前加熱溫度越高，在該氧氣濃度下其持續燃燒時間越長。按照氧指數測試方法規定 ，可以推斷測試的氧指數也越低。 一般當檢測試樣的氧指數值IO≤ 21時判定該試樣為易燃物體，但是對于瀝青由于溫度對測試數值影響較大，所以不能簡單根據 IO 值進行判定。必須根據相同溫度條件進行比較，或者在給出IO 值時附加溫度條件標記予以說明。

3.2 不同試樣量對測定的影響

為測試瀝青的試樣量對燃燒時間的影響關系。試驗中采用 5 g的級差 (其余試驗條件相同 ，試樣燃燒前溫度為 280°C，氧氣濃度 19.35% ，氣流量 12.4L /min) ，取樣范圍從 20 g到 40 g來測試試樣量 m對燃燒時間的影響。

從目前試驗結果來看 ，試樣量的差異對測定結果有一定的影響 ，但是影響程度不大。可能的原因是燃燒時試樣的有效燃燒面積和氧接觸面積對燃燒有影響。

3.3 不同流量對測定的影響

為測試總氣流量對測試結果的影響。 采用燃燒前加熱溫度 280°C、試樣量 20 g ，在同氧氣濃度或相近的氧氣濃度條件下 ，測試不同總流量Q對結果的影響。 結果如表2所示 ，h為氧氣濃度。從試驗結果來看 ，當氧氣濃度相同 ( 19.35% )時 ，氣流量 相差 3.1 L /min 時，燃燒時間相 差87.5 s;在氧氣濃度接近 ( 18. 8% 和 18. 6% )時 ，氣流量相差 3.1 L /min時 ，燃燒時間相差 44 s。 可以看出，氣流量對燃燒時間影響較大 ，從而也影響氧指數的測定。 基本規律是氣流量與燃燒時間成負相關關系。 所以在測試時應該將總的氣流量控制在某一范圍之內來調整氧濃度。 這就要求測試儀器能夠提供較高的流量控制精度。

4 結 論

通過本次試驗研究 ，得出如下幾點初步結論:

( 1)瀝青的持續燃燒能力可以通過氧指數評價 ，但必須給出相對應的對比參數或者制定相應的試驗規程，以利于比較評價。

( 2)對目前測定有關儀器設備進行調整和修改非常必要。制造適合于瀝青氧指數測試的檢測儀器 ，為瀝青氧指數評價提供必要的試驗檢測設備。