王迎丹，郭慧峰，張 巖，梁 鑫，楊雅玲

(1.內(nèi)蒙古綜合交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司,呼和浩特 010051；2.內(nèi)蒙古高等級(jí)公路建設(shè)開發(fā)有限責(zé)任公司,呼和浩特 010051)

瀝青路面作為主要的路面類型，以其行車舒適、路用性能良好的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于公路工程[1]。但在高溫條件下，瀝青及瀝青混合料會(huì)產(chǎn)生大量的瀝青煙，研究表明瀝青煙中含有大量多環(huán)芳烴、單環(huán)芳烴、雜環(huán)芳烴及烷基芳烴等多種致癌物質(zhì)，這些有害物質(zhì)嚴(yán)重危害人體健康，污染自然環(huán)境[2]。

為減少瀝青煙對(duì)人體及環(huán)境的危害，我國(guó)規(guī)范主要通過(guò)兩種方法對(duì)瀝青煙進(jìn)行采集：一種是在拌和站、出料口及攤鋪施工現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)采樣點(diǎn)對(duì)瀝青煙進(jìn)行定點(diǎn)采樣；另一種是根據(jù)瀝青制備及瀝青混合料拌和特點(diǎn)，開發(fā)適用于瀝青及瀝青混合料的煙氣采集裝置[3]。但由于現(xiàn)場(chǎng)采樣時(shí)氣體排放較為分散，采樣時(shí)受自然環(huán)境影響較大，采樣結(jié)果誤差較大。因此，研究學(xué)者側(cè)重于開發(fā)室內(nèi)瀝青煙采集裝置以對(duì)其進(jìn)行采集和處理。

基于此，系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)瀝青煙檢測(cè)相關(guān)規(guī)范，全面調(diào)查室內(nèi)瀝青及瀝青混合料煙氣采集裝置的研究動(dòng)態(tài)，歸納總結(jié)不同煙氣采集裝置的特點(diǎn)及適用范圍，以期為操作簡(jiǎn)單、吸收高效的瀝青煙采集裝置的研發(fā)提供一定有益借鑒。

1 瀝青煙采集裝置相關(guān)規(guī)范調(diào)查與評(píng)價(jià)

系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)瀝青煙檢測(cè)相關(guān)規(guī)范，明確瀝青煙采集裝置組成部分，深入分析瀝青煙采集裝置采集原理，分析總結(jié)不同瀝青煙采集裝置優(yōu)劣性。

《固定污染源排氣中瀝青煙的測(cè)定》(HJ/T 45—1999)[4]中采用瀝青煙采樣槍采集瀝青煙，儀器包括采樣管、采樣嘴、前彎管、冷卻套管、濾筒夾、濾筒等部分，采樣時(shí)將采樣管、前彎管部分深入煙道開孔，濾筒夾和冷卻夾套處于煙道開孔之外，維持濾筒夾保溫系統(tǒng)溫度為(42 ± 10) ℃進(jìn)行采樣，當(dāng)瀝青煙氣溫度≥150 ℃時(shí)，啟用冷卻裝置，采樣完畢后將排氣筒中的瀝青煙采集于已恒重的玻璃纖維濾筒中，除去水分后，根據(jù)采樣前后玻璃纖維濾筒的增量計(jì)算瀝青煙的濃度。

《車間空氣中石油瀝青(煙)職業(yè)接觸限值》(GB 18553—2001)[5]中瀝青煙采集裝置包括錐形瓶、大氣泡吸收瓶、抽氣泵、硅膠管等部分，將其依次串聯(lián)組裝成瀝青煙采集裝置。采樣時(shí)徐徐加熱錐形瓶，使之產(chǎn)生瀝青煙，用抽氣泵以0.2 L/min的流量引出，使其吸收在內(nèi)裝10 mL環(huán)乙烷的兩個(gè)串聯(lián)大氣泡吸收管中，直至前管環(huán)乙烷變黃為止，將其倒入已恒重的蒸發(fā)器中，水浴加熱，使環(huán)乙烷完全揮發(fā)，在80 ℃烘箱中烘至恒重，兩次重量差為瀝青煙的重量。

《環(huán)境空氣苯并[a]芘的測(cè)定高效液相色譜法》(HJ 956—2018)[6]中瀝青煙采樣裝置包括高效液相色譜儀、色譜柱、采樣器、提取設(shè)備、濃縮設(shè)備、凈化裝置等，采樣時(shí)用無(wú)鋸齒鑷子將濾膜放入潔凈濾膜夾內(nèi)，濾膜毛面朝向進(jìn)氣方向，將濾膜牢固壓緊。將濾膜夾放入采樣器中，設(shè)置采樣時(shí)間等參數(shù)，啟動(dòng)采樣器進(jìn)行采樣。

綜上可知，目前規(guī)范中較為常用的三種瀝青煙采集儀器中瀝青煙采樣槍和高效液相色譜儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，因而使用范圍受限。而由錐形瓶、吸收瓶、抽氣泵串聯(lián)而成瀝青煙采集裝置，價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單且能夠滿足室內(nèi)試驗(yàn)的基本要求，因此各大高校及科研院所常選用該儀器作為瀝青煙采集裝置。

2 瀝青煙采集裝置研究動(dòng)態(tài)調(diào)查與評(píng)價(jià)

瀝青煙主要來(lái)源于兩個(gè)途徑，一是瀝青高溫加熱時(shí)產(chǎn)生的煙氣，二是瀝青混合料拌和施工時(shí)逸散的煙氣。基于此，全面調(diào)查瀝青煙及瀝青混合料煙氣采集裝置，深入分析各個(gè)裝置的特點(diǎn)及其適用性。

2.1 瀝青煙采集裝置

盡管《車間空氣中石油瀝青(煙)職業(yè)接觸限值》(GB 18553—2001)[5]中的瀝青煙采集裝置(以下簡(jiǎn)稱原裝置)因其價(jià)格低廉、操作便捷而應(yīng)用廣泛，但因裝置各部分組成較為簡(jiǎn)單，造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差較大，不能滿足不同科研精度要求，因此研究學(xué)者在原裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。

武漢理工大學(xué)李立平[7]采用原裝置研究了橡膠改性瀝青與基質(zhì)瀝青釋放瀝青煙的差別。發(fā)現(xiàn)由于原裝置中用于氣體傳輸?shù)膶?dǎo)管為橡膠管，不易觀察到管道上的殘留物，忽視了管道對(duì)瀝青煙傳輸?shù)挠绊懀淮送鉃r青在加熱時(shí)未進(jìn)行攪拌，瀝青煙在表面張力的作用下受阻，降低了瀝青煙采集率。為更好采集瀝青煙，李立平對(duì)原裝置進(jìn)行改進(jìn)：將橡膠管替換為無(wú)色透明玻璃管道以便于觀察導(dǎo)管內(nèi)部變化；加熱時(shí)，采用磁力攪拌加熱的方式，易于瀝青煙逸出的同時(shí)保證了裝置的密封性，提高了瀝青煙的采集率，瀝青煙采集裝置如圖1所示。

武漢理工大學(xué)張紅華[8]認(rèn)為瀝青煙主要由兩部分組成：一部分為粒徑較小、對(duì)溫度敏感的輕組分，遇熱迅速分解、易揮發(fā)且易溶于環(huán)乙烷等有機(jī)溶劑；另一部分為重組分，該種物質(zhì)分子量較大、揮發(fā)性較弱且不易溶于環(huán)乙烷。因此，為提高瀝青煙采集率、精確計(jì)算瀝青煙濃度，張紅華在原裝置的吸收部分前增加了玻璃纖維濾紙用于采集瀝青煙氣的重組分，采用環(huán)乙烷作為溶劑吸收瀝青煙的輕組分，如圖2所示。

重慶交通大學(xué)黃剛[9]發(fā)現(xiàn)原裝置中僅采用兩個(gè)大氣泡吸收瓶，不能確定采集過(guò)程中吸附溶劑是否已達(dá)到飽和狀態(tài)，且由于瀝青煙成分復(fù)雜，環(huán)己烷只能對(duì)瀝青煙的成分進(jìn)行選擇性吸收。為提高瀝青煙采集率，黃剛擴(kuò)大了原裝置的吸收量，將原有的兩個(gè)吸收瓶擴(kuò)充至7個(gè)錐形瓶用以吸收富余的瀝青煙，并將錐形瓶中裝滿對(duì)瀝青煙吸附性更強(qiáng)的聚丙烯纖維棉。收集瀝青煙時(shí)，最后一個(gè)錐形瓶無(wú)顏色變化即可認(rèn)為瀝青煙采集完全。

2.2 瀝青混合料煙氣采集裝置

與瀝青加熱產(chǎn)煙不同，混合料在加熱拌和時(shí)由于集料、礦粉等材料的加入導(dǎo)致瀝青煙成分更為復(fù)雜、產(chǎn)煙量更大，而國(guó)內(nèi)未有相關(guān)規(guī)范對(duì)其進(jìn)行采集。因此研究學(xué)者自制瀝青煙采集裝置用以采集混合料在加熱拌和時(shí)產(chǎn)生的瀝青煙。

長(zhǎng)安大學(xué)王朝輝[10]自主研發(fā)了一種密閉式瀝青煙采集裝置，裝置包括密閉試驗(yàn)箱、瀝青拌鍋、電熱套、攪拌器、送氣機(jī)及用于帶動(dòng)電熱套和瀝青鍋整體升降的升降機(jī)構(gòu)。該裝置能準(zhǔn)確模擬瀝青混合料在使用過(guò)程中的加熱作用、攪拌作用和通氣作用，實(shí)現(xiàn)了采集純度高、控溫精確、密閉性良好、功能完善等效果。

武漢理工大學(xué)崔培強(qiáng)[11]自制的瀝青混合料瀝青煙采集裝置包括密封箱、電動(dòng)機(jī)、PM值檢測(cè)孔、攪拌器、溫度檢測(cè)孔、空氣壓力閥、玻璃纖維濾膜、采樣泵等部件，如圖3所示。該裝置可模擬瀝青路面在高溫條件及長(zhǎng)期服役條件下瀝青煙的釋放量，可用以分析瀝青路面服役期間瀝青煙釋放的影響機(jī)制。

山西交通科學(xué)研究院王威[12]自制了一種節(jié)能型瀝青煙采集處理裝置，如圖4所示，該裝置包括煙氣采集、溫差發(fā)電及靜電處理三個(gè)部分。運(yùn)行時(shí)，首先啟動(dòng)煙氣采集裝置采集瀝青煙，然后利用溫差發(fā)電器將瀝青煙攜帶的熱能直接轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存于電瓶中，最后將存儲(chǔ)的電能用于煙氣的采集。該裝置在吸收瀝青煙、減少環(huán)境污染的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)換，達(dá)到了節(jié)能目的。

3 結(jié) 論

系統(tǒng)梳理了國(guó)內(nèi)瀝青煙檢測(cè)相關(guān)規(guī)范，全面調(diào)查了室內(nèi)瀝青及瀝青混合料煙氣采集裝置的研究動(dòng)態(tài)，歸納總結(jié)了不同煙氣采集裝置的特點(diǎn)及適用范圍。

a.相對(duì)于瀝青煙采樣槍和高效液相色譜儀等結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的瀝青煙吸收裝置，原裝置中瀝青煙采集裝置因其價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單而廣泛應(yīng)用。

b.研究學(xué)者對(duì)原裝置進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的裝置，極大地提高了瀝青煙采集效率、提升了瀝青煙濃度計(jì)算精度，滿足了不同的科研需求。

c.各大高校及科研院所基于自身科研需求，自主研發(fā)了適用于自身特點(diǎn)的瀝青混合料瀝青煙采集裝置，開辟了瀝青混合料煙氣采集裝置新道路。

雖然已有諸多學(xué)者對(duì)瀝青及瀝青混合料煙氣采集方式進(jìn)行了研究，并研發(fā)了多個(gè)采集裝置，但各類裝置的操作便利性和吸收效率仍有待提高，需要進(jìn)一步開發(fā)相關(guān)裝置，使得在實(shí)驗(yàn)室能夠精確模擬現(xiàn)場(chǎng)施工中瀝青及瀝青混合料煙氣收集過(guò)程，為瀝青及瀝青混合料的煙氣成分分析和風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供精準(zhǔn)依據(jù)，進(jìn)而能夠通過(guò)各種技術(shù)手段，尋求降低瀝青及瀝青混合料煙氣對(duì)人體健康和自然環(huán)境危害的方法。