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        溫拌瀝青混合料施工對環(huán)境保護的影響分析

        2021-02-23 11:32:20陳智鵬
        公路與汽運 2021年1期
        關鍵詞:檢測施工

        陳智鵬

        (現(xiàn)代投資股份有限公司 長沙分公司, 湖南 長沙 410004)

        目前,熱拌瀝青混合料在國內外應用廣泛。溫拌瀝青混合料近幾年在國內逐漸興起。溫拌瀝青混合料拌和溫度通常比傳統(tǒng)瀝青混合料低20~40 ℃。生產(chǎn)溫拌瀝青混合料的技術有有機降黏劑溫拌技術、泡沫瀝青溫拌技術等,很難評估不同溫拌技術的利弊。降低生產(chǎn)能耗和CO2排放是瀝青生產(chǎn)中的重要課題。該文從環(huán)境保護方面著手,選用不同溫拌技術生產(chǎn)溫拌瀝青混合料,收集施工過程中產(chǎn)生的有害物質并進行化學分析,分析溫拌瀝青混合料施工對環(huán)境保護的影響。

        1 試驗方法

        試驗路為湖南某高速公路路段,長850 m,寬6 m。將試驗路段分為5段,每段170 m,同一天分別采用熱拌瀝青和4種溫拌瀝青混合料鋪筑面層。

        將熱拌瀝青混合料鋪筑在第一分段,施工溫度為(145±1) ℃。將2種溫拌瀝青混合料分別鋪筑在第二、三分段,施工溫度為120~130 ℃。第一種采用有機降黏劑溫拌技術,向瀝青中添加表面活性劑,以減少內部摩擦;第二種采用沸石類溫拌技術,將沸石溫拌劑與熱瀝青和熱集料混合,沸石中的水分轉化成水蒸氣,使瀝青體積膨脹形成泡沫瀝青。最后2個分段采用泡沫瀝青溫拌技術,施工溫度為(105±1) ℃。其中一種采用泡沫瀝青;另一種采用泡沫瀝青溫拌再生瀝青混合料,再生瀝青路面回收料(RAP)摻量為50%(見表1)。

        表1 溫拌瀝青混合料和熱拌瀝青混合料的生產(chǎn)條件

        1.1 取樣和測量

        通過2名攤鋪機司機、1名壓路機司機及3名工人進行取樣。在2臺攤鋪機底部安裝污染物取樣裝置,頂部安裝空氣取樣裝置。攤鋪機和壓路機處采用示蹤氣體技術取樣,示蹤氣體選用六氟化硫氣體。在施工現(xiàn)場的背風側進行人工額外取樣,以確保路面處的總排放量。采用玻璃纖維過濾器和不同類型樹脂吸附管相結合的方法,在3個固定測點和人工取樣器中收集污染物。以2 L/min的流量在過濾器和吸附管中采集總顆粒物(TPM)、總揮發(fā)性有機化合物(TVOC)和EPA多環(huán)芳烴(PAH),每170 m采集的樣品單獨做好標記,共5個樣品。

        由于地形和氣象條件不同,即使在規(guī)定施工條件下,現(xiàn)場取樣的不同類型溫拌瀝青混合料排放數(shù)據(jù)的可比性也會受到限制。因此,對現(xiàn)場所取樣品進行室內試驗,確保研究的可靠性。首先在密閉容器中將樣品加熱3 h至(90±2) ℃,然后將樣品轉移至施工溫度下的150 kg瀝青攪拌機中,5 min后開始取樣進行室內試驗。在這個預熱階段,部分排放物將會消失,正好模擬將瀝青混合料從拌和廠運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場這一階段。TPM、TVOC和PAH的采樣方法與現(xiàn)場采樣一致。室內試驗中使用火焰離子化檢測器連續(xù)測量總有機碳含量,該檢測器通過加熱的聚四氟乙烯管(200 ℃)連接至瀝青攪拌機。

        1.2 化學分析

        從過濾器和吸附管中提取污染物,先在超聲波浴中用2 mL甲苯萃取過濾器2次,將溶液過濾并稀釋至5 mL所得溶液為溶液A,從一部分溶液A中蒸發(fā)溶劑用來測定甲苯可溶物(TSM)。用2 mL甲苯在30 min內輕輕搖動萃取2次吸附管,稀釋至5 mL所得溶液為溶液B。將500 μL溶液A和B混合,在多離子檢測模式下用GC-MS進行PAH分析。通過氦電離檢測器對富集在熱解吸管上的物質進行解吸,對冷聚焦后的物質進行氣相色譜分析,保存一段時間后將所記錄的質譜與光譜庫進行比較,對化合物進行鑒定。

        2 試驗結果分析

        預熱2 h后開始記錄實驗室內瀝青混合料溫度,結果見圖1,各種瀝青混合料加熱40~50 min達到施工溫度。圖2為采用火焰離子化檢測器檢測的C3H8含量。從圖2可看出:對于熱拌瀝青混合料,在開始階段,C3H8含量急劇增加,達到施工溫度后逐漸減少。對于溫拌瀝青混合料,C3H8含量明顯減少,且排放量相對穩(wěn)定,達到一定溫度后,小幅度降低。這可能是由于在預熱階段揮發(fā)性化合物已揮發(fā)。

        2.1 TPM和TSM排放

        試驗路段各分段長170 m,對于低含量污染物的測量時間太短,在過濾器上收集的固體顆粒不足以進行質量分析,且大多數(shù)測量濃度低于限值。因此,進行室內試驗檢測,測試結果見表2。

        表2 室內試驗檢測結果

        從表2可看出:TPM排放主要與瀝青混合料溫度有關,HMA的TPM排放量為5.2 mg/m3,4種溫拌瀝青混合料的TPM排放量均為0.3 mg/m3左右,前者是后者的10倍以上;不同溫拌瀝青混合料的TPM和TSM排放量相差不大;瀝青混合料的最高溫度與總有機碳量含量具有較好的相關性,溫度越高,總有機碳量越高。

        2.2 TVOC排放

        在施工現(xiàn)場檢測中,TVOC排放與施工溫度之間沒有一定的相關關系,且施工現(xiàn)場TVOC濃度比實驗室內低。這是由于不同的氣象條件(如風速)導致稀釋率發(fā)生變化,揮發(fā)性化合物也因此揮發(fā)。利用示蹤氣體技術計算目標稀釋度,可計算TVOC的總排放量,計算結果見圖3。室內和現(xiàn)場TVOC檢測結果見表3。

        從圖3可看出:TVOC總排放量與施工溫度具有明顯的相關性。

        從表3可看出:HMA、WB、WS的TVOC室內濃度相差不大,與之相比,WF和WFR的TVOC室內濃度降低50%。

        圖3 TVOC排放量與施工溫度的關系

        材料TVOC濃度/(μg·m-3)室內攤鋪機1攤鋪機2總排放量/(g·min-1)HMA57 60068032119WB56 8003514154WS47 6001 02335641WF16 5001 65286541WFR24 10058556922

        2.3 PAH排放

        室內和現(xiàn)場PAH檢測結果見表4。

        表4 室內和現(xiàn)場PAH檢測結果

        從表4可看出:PAH排放量較低,這是由于瀝青混合料原材料中的PAH含量較低。添加RAP材料的WFR的PAH濃度比其他瀝青混合料有所增加。與TPM和TVOC相比,PAH排放沒有表現(xiàn)出溫度效應,即PAH排放與施工溫度之間沒有良好的相關性。不管是室內試驗還是施工現(xiàn)場檢測,HMA的PAH都沒有增加,只有WF和WFR中存在較高濃度的PAH。

        3 結論

        綜上,在道路建設中采用溫拌瀝青混合料,污染物排放量較低,均在限值范圍內。為排除試驗路段短、取樣時間短、取樣氣體體積小等誤差,通過室內試驗進行補充驗證。通過對TPM、TVOC、PAH的檢測,對比5種瀝青混合料施工期間污染物排放情況,得出以下結論:

        (1) 污染物排放與施工溫度具有一定相關性,降低施工溫度是減少污染物排放的有效措施。

        (2) 與熱拌瀝青混合料相比,溫拌瀝青混合料的TPM濃度降低90%;施工現(xiàn)場溫拌瀝青混合料的TVOC總排放量比熱拌瀝青混合料降低200%~500%,室內WF和WFR的TVOC總排放量比熱拌瀝青混合料降低50%。

        (3) PAH排放沒有受到溫度的影響,WFR中的RAP材料會導致PAH排放量增大,但總排放量均低于限值。

        (4) 采用不同溫拌技術生產(chǎn)溫拌瀝青混合料,污染物排放差異不大。

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