溫拌瀝青混合料施工對(duì)環(huán)境保護(hù)的影響分析

陳智鵬

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

目前，熱拌瀝青混合料在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛。溫拌瀝青混合料近幾年在國(guó)內(nèi)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(shù)有有機(jī)降黏劑溫拌技術(shù)、泡沫瀝青溫拌技術(shù)等，很難評(píng)估不同溫拌技術(shù)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(hù)方面著手，選用不同溫拌技術(shù)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(zhì)并進(jìn)行化學(xué)分析，分析溫拌瀝青混合料施工對(duì)環(huán)境保護(hù)的影響。

1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)路為湖南某高速公路路段，長(zhǎng)850 m，寬6 m。將試驗(yàn)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(jī)降黏劑溫拌技術(shù)，向?yàn)r青中添加表面活性劑，以減少內(nèi)部摩擦；第二種采用沸石類溫拌技術(shù)，將沸石溫拌劑與熱瀝青和熱集料混合，沸石中的水分轉(zhuǎn)化成水蒸氣，使瀝青體積膨脹形成泡沫瀝青。最后2個(gè)分段采用泡沫瀝青溫拌技術(shù)，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(cè)量

通過2名攤鋪機(jī)司機(jī)、1名壓路機(jī)司機(jī)及3名工人進(jìn)行取樣。在2臺(tái)攤鋪機(jī)底部安裝污染物取樣裝置，頂部安裝空氣取樣裝置。攤鋪機(jī)和壓路機(jī)處采用示蹤氣體技術(shù)取樣，示蹤氣體選用六氟化硫氣體。在施工現(xiàn)場(chǎng)的背風(fēng)側(cè)進(jìn)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(jié)合的方法，在3個(gè)固定測(cè)點(diǎn)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(jī)化合物(TVOC)和EPA多環(huán)芳烴(PAH)，每170 m采集的樣品單獨(dú)做好標(biāo)記，共5個(gè)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(chǎng)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(huì)受到限制。因此，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所取樣品進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，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(zhuǎn)移至施工溫度下的150 kg瀝青攪拌機(jī)中，5 min后開始取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。在這個(gè)預(yù)熱階段，部分排放物將會(huì)消失，正好模擬將瀝青混合料從拌和廠運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)這一階段。TPM、TVOC和PAH的采樣方法與現(xiàn)場(chǎng)采樣一致。室內(nèi)試驗(yàn)中使用火焰離子化檢測(cè)器連續(xù)測(cè)量總有機(jī)碳含量，該檢測(cè)器通過加熱的聚四氟乙烯管(200 ℃)連接至瀝青攪拌機(jī)。

1.2 化學(xué)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(cè)定甲苯可溶物(TSM)。用2 mL甲苯在30 min內(nèi)輕輕搖動(dòng)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(cè)模式下用GC-MS進(jìn)行PAH分析。通過氦電離檢測(cè)器對(duì)富集在熱解吸管上的物質(zhì)進(jìn)行解吸，對(duì)冷聚焦后的物質(zhì)進(jìn)行氣相色譜分析，保存一段時(shí)間后將所記錄的質(zhì)譜與光譜庫(kù)進(jìn)行比較，對(duì)化合物進(jìn)行鑒定。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

預(yù)熱2 h后開始記錄實(shí)驗(yàn)室內(nèi)瀝青混合料溫度，結(jié)果見圖1，各種瀝青混合料加熱40～50 min達(dá)到施工溫度。圖2為采用火焰離子化檢測(cè)器檢測(cè)的C3H8含量。從圖2可看出：對(duì)于熱拌瀝青混合料，在開始階段，C3H8含量急劇增加，達(dá)到施工溫度后逐漸減少。對(duì)于溫拌瀝青混合料，C3H8含量明顯減少，且排放量相對(duì)穩(wěn)定，達(dá)到一定溫度后，小幅度降低。這可能是由于在預(yù)熱階段揮發(fā)性化合物已揮發(fā)。

2.1 TPM和TSM排放

試驗(yàn)路段各分段長(zhǎng)170 m，對(duì)于低含量污染物的測(cè)量時(shí)間太短，在過濾器上收集的固體顆粒不足以進(jìn)行質(zhì)量分析，且大多數(shù)測(cè)量濃度低于限值。因此，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

從表2可看出：TPM排放主要與瀝青混合料溫度有關(guān)，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(jī)碳量含量具有較好的相關(guān)性，溫度越高，總有機(jī)碳量越高。

2.2 TVOC排放

在施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，TVOC排放與施工溫度之間沒有一定的相關(guān)關(guān)系，且施工現(xiàn)場(chǎng)TVOC濃度比實(shí)驗(yàn)室內(nèi)低。這是由于不同的氣象條件(如風(fēng)速)導(dǎo)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(shù)計(jì)算目標(biāo)稀釋度，可計(jì)算TVOC的總排放量，計(jì)算結(jié)果見圖3。室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)TVOC檢測(cè)結(jié)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(guān)性。

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

圖3 TVOC排放量與施工溫度的關(guān)系

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

2.3 PAH排放

室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)PAH檢測(cè)結(jié)果見表4。

表4 室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)PAH檢測(cè)結(jié)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(yīng)，即PAH排放與施工溫度之間沒有良好的相關(guān)性。不管是室內(nèi)試驗(yàn)還是施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，HMA的PAH都沒有增加，只有WF和WFR中存在較高濃度的PAH。

3 結(jié)論

綜上，在道路建設(shè)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(nèi)。為排除試驗(yàn)路段短、取樣時(shí)間短、取樣氣體體積小等誤差，通過室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)證。通過對(duì)TPM、TVOC、PAH的檢測(cè)，對(duì)比5種瀝青混合料施工期間污染物排放情況，得出以下結(jié)論：

(1) 污染物排放與施工溫度具有一定相關(guān)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(chǎng)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(nèi)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(huì)導(dǎo)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(shù)生產(chǎn)溫拌瀝青混合料，污染物排放差異不大。