基于可降解汽車尾氣的環保型路面材料低溫試驗研究

曲曉紅

吉林交通職業技術學院 吉林省長春市 130012

1 引言

汽車尾氣是當前大氣污染的重要來源，將導致瀝青路面材料的老化和路面適用性能的惡化，近年來，有關可降解汽車尾氣的環保型路面材料的使用已成為汽車尾氣模擬的研究熱點。目前，人們越來越重視環境改善，汽車產業是許多發達國家的支柱產業，其快速發展不僅給人們帶來了便捷的交通，也促進了經濟的發展，但汽車排放的尾氣成分很復雜，包括數千種化學物質，其中氮氧化物和一氧化碳很嚴重，人們長期暴露在汽車尾氣中，可以直接刺激人體呼吸道，降低呼吸系統的免疫力，汽車尾氣會嚴重污染周圍的大氣和土壤，從而造成溫室效應、酸雨和城市光化學污染。

2 基于可降解汽車尾氣的環保型路面材料低溫試驗儀器的制備

在城市發展期間，汽車尾氣造成的空氣污染通常集中在繁忙的道路和城市交通疏導程度上，在高海拔地區，由于城市空氣流動通常很慢，汽車尾氣排放也很低，排放效應相對較弱，當瀝青路面出現老化、清理、松動等病害時，需要進行預養護，而在養護期間，由于道路使用強度高，施工工期緊張，因此，不適合采用高溫瀝青養護措施，如果采用標準溫度分布類型，則容易導致材料與原路面瀝青之間附著力不足，無法實現耐久性保修。同時，本試驗的氣體分解反應屬于化學反應，會產生一些新物質，因此，反應室必須由不易與試劑和產品反應的材料組成，可以選擇透光性好、塑性強的亞柵板，并初步觀察汽車尾氣的光催化降解，即氣體的濃度變化趨勢，在試驗之前，必須測試反應室的壓實度，通常情況下，汽車排氣必須從進氣口引入，汽車排氣探頭延伸至排氣口處的反應室，氣體引入后檢測試驗箱中氣體濃度的變化，從數據可以看出，具備剛性好的特點，能夠滿足密封要求。

3 基于可降解汽車尾氣的環保型路面材料低溫試驗儀器的選擇

基于可降解汽車尾氣的環保型路面材料低溫試驗儀器主要有模擬太陽光和紫外線強度探測器，由于太陽光中紫外線的照射，納米材料會發生光催化反應，因此，在試驗中紫外線是選擇光源的關鍵內容，而在太陽光中，在環保型路面材料涉及到的紫外線含量約占總紫外線的95%-98%，當超短紫外線穿過大氣層時，大部分被臭氧層吸收，因此，可以選擇與上述條件相似的模擬陽光，主要模擬陽光中的紫外線，該紫外線通常為300-400nm，最終確定模擬燈的型號，本次試驗所使用模擬燈的型號為歐司朗300W氙氣燈。同時，根據紫外線光波的強度和長度，選擇合適的紫外線光度計，用于測量紫外線含量，一般情況下，紫外檢測器光譜范圍為290nm-390nm，為了能夠更好地確定模擬熒光燈與卷軸板之間的距離，試驗可以在上午進行，因為在上午5點-10點之間，紫外線強度在最適合的范圍之內，經由相關試驗可知，需要確定模擬陽光和常規板之間的距離處于最佳范圍內，具體范圍以200mm為宜，試驗裝置如圖1所示。

圖1 試驗裝置

4 基于可降解汽車尾氣的環保型路面材料低溫試驗過程

本文在基于可降解汽車尾氣的環保型路面材料低溫試驗期間，需研究納米材料的選擇與制備，本次試驗所選擇的納米材料為銳鈦礦，并將其作為光催化劑進行試驗，粒徑為25nm。具體降解操作首先應準備好混凝土模板瀝青試件，其瀝青試件的尺寸應該在300mm內，并制備合適的漿料，本次制備了平均粒徑為25nm的銳鈦礦型納米漿料，其含量為10%；其次，應在試驗過程期間，設置好環保型路面材料后用水沖洗干燥板，然后使用風扇將其吹干，確保其處于干燥狀態下，根據以往的資料將納米材料噴灑在模板表面，將其干燥10h，干燥后放入反應室；最后需要將試樣放入低溫室，確保試驗室的溫度應保持恒定，時間以5小時以上為宜，并打開試驗系統的溫度控制器，然后設置需要設置的試驗溫度，直到溫度恒定后才可以將試樣取出，試樣應該快速從培養箱中取出，這樣可以避免試樣受到外界影響，取出后將其放置在試驗箱的指定位置，等待試驗測試的結果，本次試驗的結果證明系統溫度是恒定的。此外，根據試驗照明要求，操作人員需要打開相應的模擬陽光，主要以氙氣燈為主，并使用紫外線強度檢測器測量紫外線的強度，當測試后發現紫外線強度并不滿足要求時，就可以通過改變滾動板與氙燈之間的距離有效將紫外線的強度改變，這樣可以促使其達到標準的值，然后使用軟管將汽車排氣管與反應室的進氣口處相連接，插入排氣探頭檢測幾種氣體的濃度后將尾氣檢測器打開，通過尾氣檢測器的吸入裝置能夠將氣體吸入反應室，這樣能夠便于觀察氣體濃度變化，提取汽車排氣檢測器后應該將輸入和輸出空氣量做好準備，然后打開氙氣燈開始試驗。

5 基于可降解汽車尾氣的環保型路面材料低溫試驗結果

通過本次試驗研究可知，基于可降解汽車尾氣的環保型路面材料低溫試驗能夠有效獲得低溫條件下的納米對汽車尾氣的降解效果，在低溫的試驗下具有一定的作用，能夠將汽車尾氣有效降解，從而確保路面可以在低溫條件仍保持一定作用，本次試驗主要選用-5℃、-10℃和-15℃溫度進行具體試驗，在試驗期間需要注意的是，數據采集的時間不可以在同一狀態下，而應該在10min后進行下一次數據采集，這樣可以有效測定各氣體之間存在的濃度與數值變化情況，本次研究以-5℃與-10℃溫度為例進行分析，分析后的氣體濃度變化如圖2、圖3所示，經由圖2與圖3試驗之后可以發現，雖然平行試驗仍會存在一定誤差出現，但是卻可以呈現出相同的變化規律以及相同的變化趨勢，因此，可以證實可降解汽車尾氣的環保型路面材料在低溫下有著一定的使用價值。

圖2 -5℃時氣體濃度變化

圖3 -10℃時氣體濃度變化

6 結束語

總之，通過本次研究可以發現，基于可降解汽車尾氣的環保型路面材料低溫試驗主要采用的材料是納米材料，納米材料的使用可以在低溫下降低汽車排氣的質量，有效降低空氣污染的可能性，并通過低溫試驗的方式可以選擇一種適用于寒冷地區的道路材料。本試驗通過將可降解汽車尾氣的環保型路面納米材料添加到瀝青混合料中，并根據超薄層覆蓋系統的設計模式預測其比例，可知，最佳瀝青用量約為4.7%，添加降解汽車尾氣材料在產生期間并不會影響瀝青混合料路用性能，經由試驗后環保型路面已經使用一年多，目前狀況仍良好，添加基于納米的光催化材料后，環保型瀝青混凝土路面可以有效降解汽車尾氣。