環(huán)保型改性瀝青混合料煙氣檢測及性能研究

孟元華

[1.上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司，上海200433；2.上海綠色路面材料工程技術(shù)研究中心，上海200433]

0 引言

瀝青混合料施工時由于溫度較高，在拌和、運(yùn)輸、攤鋪和碾壓過程中會產(chǎn)生大量有害、刺激、難聞的煙氣，對大氣環(huán)境造成污染。在隧道、城市不易通風(fēng)處或人群聚居地，會給施工作業(yè)人員和城市居民帶來嚴(yán)重威脅。優(yōu)質(zhì)石油瀝青在140℃以下基本不生成瀝青煙，部分石油瀝青在使用過程中瀝青煙的有毒成分較少，這是由于控制在一定溫度下和一定老化程度下的瀝青所釋放的瀝青煙較為安全，然而市場上的瀝青良莠不齊，其質(zhì)量很難保證。某些瀝青在使用過程中會釋放大量的有毒的瀝青煙，這種瀝青一般是老化程度較高，或摻有一定比例煤瀝青的調(diào)和瀝青，以及其他的改性瀝青，這些瀝青釋放的瀝青煙較多且具有一定的毒性[1]。瀝青煙中含有揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）、硫化物（SO2和H2S）、氮氧化合物、CO 等大氣污染物成分，其中VOCs 中含有的多環(huán)芳香烴化合物（PAHs）是典型的致癌物質(zhì)，具有毒性、半揮發(fā)性和生物蓄積性。

環(huán)保型瀝青材料通過在瀝青中添加一種凈味組分，與瀝青中易揮發(fā)物質(zhì)結(jié)合，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉菗]發(fā)性物質(zhì)，降低瀝青煙的排放，減少對大氣的污染，且保證瀝青的性能基本不發(fā)生改變。本文對實(shí)體工程中應(yīng)用的一種環(huán)保型改性瀝青及瀝青混合料的性能進(jìn)行研究，并對排放的瀝青煙氣進(jìn)行檢測，分析環(huán)保型改性瀝青的凈味效果，為環(huán)保型瀝青的應(yīng)用和檢測提供參考。

1 工程簡介

沿江通道越江隧道（浦西牡丹江路—浦東外環(huán)線）新建工程V 標(biāo)段，西起浦西牡丹江路口東側(cè)，東接浦東雙江路以東外環(huán)線，全長約8.7 km。隧道段長約6.5 km，采用4 cm 的SMA-13 和6 cm 的AC-20C 雙層結(jié)構(gòu)。本文對工程中使用的SMA-13 混合料性能和排放的瀝青煙氣成分和濃度進(jìn)行研究，該類混合料所使用的瀝青是凈味重載改性瀝青。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料

本工程采用的凈味重載改性瀝青性能指標(biāo)見表1，檢測結(jié)果滿足技術(shù)要求。有研究認(rèn)為，凈味瀝青和非凈味瀝青的技術(shù)性能指標(biāo)相同，凈味組分不改變?yōu)r青的基本性能，因此，可判定凈味重載瀝青和重載瀝青的基本性能大致相同，可采用相同的技術(shù)指標(biāo)要求[2]。為了分析凈味重載瀝青的技術(shù)特點(diǎn)，對照SBS改性瀝青的技術(shù)性能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。從指標(biāo)要求上看，凈味重載改性的軟化點(diǎn)和彈性恢復(fù)要求明顯提高，說明凈味重載瀝青的高溫性能和抗疲勞性能要高于SBS 改性瀝青。

表1 瀝青主要性能指標(biāo)

對集料、礦粉的密度和級配進(jìn)行檢測，均能滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[3]要求，集料的密度與篩分結(jié)果見表2。

表2 集料密度與篩分結(jié)果

2.2 級配

選擇5.8%的瀝青摻量，根據(jù)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果和馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，得出合成級配和體積參數(shù)，見表3和表4，SMA-13 的級配和體積參數(shù)均符合技術(shù)要求。

表3 S MA-13 合成級配

表4 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

3 性能分析

對凈味重載SMA-13 改性瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性能進(jìn)行檢測[4]，結(jié)果見表5。瀝青混合料的動穩(wěn)定度高達(dá)8155 次/mm，遠(yuǎn)高于7000 次/mm 的技術(shù)要求，說明該凈味重載瀝青混合料具有較好的高溫性能。凍融劈裂實(shí)驗(yàn)和和殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果均超出技術(shù)要求，表明該凈味重載瀝青混合料具有較好的水穩(wěn)定性。

表5 性能測試結(jié)果

4 瀝青混合料煙氣排放檢測

對攤鋪現(xiàn)場使用的凈味重載瀝青混合料排放的煙氣進(jìn)行測試。

主要使用的儀器包括：

（1）氣體探測儀，采用Honeywell 廠家生產(chǎn)的RAE六合一檢測器，其氣體測試范圍為SO2、NO、H2S、VOCs 等，最小計(jì)數(shù)單位為0.00001%，需配備過濾器（型號：009-3022-010）。對應(yīng)的氣體檢測體積分?jǐn)?shù)上限建議SO2為0.01% 或更高，NO 為0.025%，H2S 為0.01% 或更高，VOCs 為0.0999%。

（2）鋼卷尺：量程0～1 m，精度1 mm。

（3）插入式溫度計(jì)：量程0～200℃，分度值0.1℃。

（4）警示桿：長度根據(jù)現(xiàn)場需要選擇。

（5）導(dǎo)氣管：長度根據(jù)現(xiàn)場需要選擇。

（6）PPE 設(shè)備，棉手套/ 隔熱手套，安全眼鏡，安全鞋，防毒面具，硫化氫報(bào)警儀，長袖工作服。

具體測試步驟包括：

（1）將氣體探測儀在潔凈空氣中開機(jī)，預(yù)熱結(jié)束后，選擇在室外通風(fēng)、空氣質(zhì)量良好的環(huán)境下，點(diǎn)擊start按鍵，進(jìn)行校準(zhǔn)工作，完成校準(zhǔn)工作，時間為60 s；

（2）將氣體探測儀盡量靠近瀝青混合料表面，同時需保證氣體探測儀與攤鋪機(jī)下面的瀝青混合料有安全距離，并能進(jìn)行平穩(wěn)測試，將RAE 氣體探測分析儀固定在攤鋪機(jī)攪拌籠葉片上方10 cm 左右，其吸氣探頭朝向?yàn)r青混合料方向；

（3）在氣體探測儀這邊設(shè)置警示桿，以提醒周圍施工人員注意相關(guān)安全；

（4）采用插入式溫度計(jì)每間隔60 s，測量氣體探測儀探頭下方瀝青混合料溫度，并進(jìn)行實(shí)時記錄，測試時長為20 min；

（5）實(shí)驗(yàn)開始后，此時要關(guān)注氣體探測儀設(shè)備泵的工作狀態(tài)，防止泵有突然停止的現(xiàn)象發(fā)生；

（6）完成測試后，及時取出儀器，并做好數(shù)據(jù)保存，將卸下過濾器的氣體探測儀置新鮮空氣中待數(shù)據(jù)歸零；

（7）待氣體探測儀設(shè)備數(shù)據(jù)歸零后進(jìn)行下一個實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)前需要更換新的過濾器；

（8）根據(jù)設(shè)備操作步驟將設(shè)備里面的數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

為了解瀝青混合料在室外的最大煙氣排放量，對凈味重載改性瀝青混合料和SBS 改性瀝青混合料進(jìn)行氣體排放測試，2 種混合料施工溫度控制條件相同，取檢測溫度范圍內(nèi)（168-172℃）最大氣體排放指標(biāo)，見表6。

表6 瀝青混合料氣體排放檢測結(jié)果

從表6 可以看出，氣體檢測儀器主要檢測5 種大 氣 污 染 物 的 濃 度，包 括：SO2、NO、H2S、CO 和VOCs。VOCs 和CO 排放量最高，證明瀝青煙氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物和一氧化碳是最主要的組成成分。VOCs 包含了多環(huán)芳香烴類物質(zhì)（PAHs），該類物質(zhì)具有致癌作用，具有毒性、半揮發(fā)性和生物蓄積性，對人體健康有較大的影響。CO、H2S 、SO2、NO 濃度過高對人體和環(huán)境都將產(chǎn)生巨大的影響。通過2 種瀝青混合料的氣體排放對比研究，證明凈味瀝青能降低瀝青混合料在施工過程中大氣污染物的排放量。

5 結(jié)語

本文研究了凈味重載瀝青及相應(yīng)SMA-13 瀝青混合料的技術(shù)性能，結(jié)果表明能夠滿足設(shè)計(jì)要求。對施工現(xiàn)場排放的瀝青煙氣進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用過程中產(chǎn)生的瀝青煙濃度明顯低于其他瀝青混合料，符合現(xiàn)代城市建設(shè)中環(huán)保理念，具有較好的應(yīng)用前景。