瀝青及其混合料煙氣采集裝置研究進展

王迎丹，郭慧峰，張 巖，梁 鑫，楊雅玲

(1.內蒙古綜合交通科學研究院有限責任公司,呼和浩特 010051；2.內蒙古高等級公路建設開發有限責任公司,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廣泛應用于公路工程[1]。但在高溫條件下，瀝青及瀝青混合料會產生大量的瀝青煙，研究表明瀝青煙中含有大量多環芳烴、單環芳烴、雜環芳烴及烷基芳烴等多種致癌物質，這些有害物質嚴重危害人體健康，污染自然環境[2]。

為減少瀝青煙對人體及環境的危害，我國規范主要通過兩種方法對瀝青煙進行采集：一種是在拌和站、出料口及攤鋪施工現場，根據采樣點對瀝青煙進行定點采樣；另一種是根據瀝青制備及瀝青混合料拌和特點，開發適用于瀝青及瀝青混合料的煙氣采集裝置[3]。但由于現場采樣時氣體排放較為分散，采樣時受自然環境影響較大，采樣結果誤差較大。因此，研究學者側重于開發室內瀝青煙采集裝置以對其進行采集和處理。

基于此，系統梳理國內瀝青煙檢測相關規范，全面調查室內瀝青及瀝青混合料煙氣采集裝置的研究動態，歸納總結不同煙氣采集裝置的特點及適用范圍，以期為操作簡單、吸收高效的瀝青煙采集裝置的研發提供一定有益借鑒。

1 瀝青煙采集裝置相關規范調查與評價

系統梳理國內瀝青煙檢測相關規范，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，分析總結不同瀝青煙采集裝置優劣性。

《固定污染源排氣中瀝青煙的測定》(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溫度為(42 ± 10) ℃進行采樣，當瀝青煙氣溫度≥150 ℃時，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，根據采樣前后玻璃纖維濾筒的增量計算瀝青煙的濃度。

《車間空氣中石油瀝青(煙)職業接觸限值》(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，將其依次串聯組裝成瀝青煙采集裝置。采樣時徐徐加熱錐形瓶，使之產生瀝青煙，用抽氣泵以0.2 L/min的流量引出，使其吸收在內裝10 mL環乙烷的兩個串聯大氣泡吸收管中，直至前管環乙烷變黃為止，將其倒入已恒重的蒸發器中，水浴加熱，使環乙烷完全揮發，在80 ℃烘箱中烘至恒重，兩次重量差為瀝青煙的重量。

《環境空氣苯并[a]芘的測定高效液相色譜法》(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、提取設備、濃縮設備、凈化裝置等，采樣時用無鋸齒鑷子將濾膜放入潔凈濾膜夾內，濾膜毛面朝向進氣方向，將濾膜牢固壓緊。將濾膜夾放入采樣器中，設置采樣時間等參數，啟動采樣器進行采樣。

綜上可知，目前規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構復雜、價格昂貴，因而使用范圍受限。而由錐形瓶、吸收瓶、抽氣泵串聯而成瀝青煙采集裝置，價格低廉、操作簡單且能夠滿足室內試驗的基本要求，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態調查與評價

瀝青煙主要來源于兩個途徑，一是瀝青高溫加熱時產生的煙氣，二是瀝青混合料拌和施工時逸散的煙氣。基于此，全面調查瀝青煙及瀝青混合料煙氣采集裝置，深入分析各個裝置的特點及其適用性。

2.1 瀝青煙采集裝置

盡管《車間空氣中石油瀝青(煙)職業接觸限值》(GB 18553—2001)[5]中的瀝青煙采集裝置(以下簡稱原裝置)因其價格低廉、操作便捷而應用廣泛，但因裝置各部分組成較為簡單，造成試驗數據誤差較大，不能滿足不同科研精度要求，因此研究學者在原裝置基礎上進行改進。

武漢理工大學李立平[7]采用原裝置研究了橡膠改性瀝青與基質瀝青釋放瀝青煙的差別。發現由于原裝置中用于氣體傳輸的導管為橡膠管，不易觀察到管道上的殘留物，忽視了管道對瀝青煙傳輸的影響；此外瀝青在加熱時未進行攪拌，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，李立平對原裝置進行改進：將橡膠管替換為無色透明玻璃管道以便于觀察導管內部變化；加熱時，采用磁力攪拌加熱的方式，易于瀝青煙逸出的同時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。

武漢理工大學張紅華[8]認為瀝青煙主要由兩部分組成：一部分為粒徑較小、對溫度敏感的輕組分，遇熱迅速分解、易揮發且易溶于環乙烷等有機溶劑；另一部分為重組分，該種物質分子量較大、揮發性較弱且不易溶于環乙烷。因此，為提高瀝青煙采集率、精確計算瀝青煙濃度，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。

重慶交通大學黃剛[9]發現原裝置中僅采用兩個大氣泡吸收瓶，不能確定采集過程中吸附溶劑是否已達到飽和狀態，且由于瀝青煙成分復雜，環己烷只能對瀝青煙的成分進行選擇性吸收。為提高瀝青煙采集率，黃剛擴大了原裝置的吸收量，將原有的兩個吸收瓶擴充至7個錐形瓶用以吸收富余的瀝青煙，并將錐形瓶中裝滿對瀝青煙吸附性更強的聚丙烯纖維棉。收集瀝青煙時，最后一個錐形瓶無顏色變化即可認為瀝青煙采集完全。

2.2 瀝青混合料煙氣采集裝置

與瀝青加熱產煙不同，混合料在加熱拌和時由于集料、礦粉等材料的加入導致瀝青煙成分更為復雜、產煙量更大，而國內未有相關規范對其進行采集。因此研究學者自制瀝青煙采集裝置用以采集混合料在加熱拌和時產生的瀝青煙。

長安大學王朝輝[10]自主研發了一種密閉式瀝青煙采集裝置，裝置包括密閉試驗箱、瀝青拌鍋、電熱套、攪拌器、送氣機及用于帶動電熱套和瀝青鍋整體升降的升降機構。該裝置能準確模擬瀝青混合料在使用過程中的加熱作用、攪拌作用和通氣作用，實現了采集純度高、控溫精確、密閉性良好、功能完善等效果。

武漢理工大學崔培強[11]自制的瀝青混合料瀝青煙采集裝置包括密封箱、電動機、PM值檢測孔、攪拌器、溫度檢測孔、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制。

山西交通科學研究院王威[12]自制了一種節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、溫差發電及靜電處理三個部分。運行時，首先啟動煙氣采集裝置采集瀝青煙，然后利用溫差發電器將瀝青煙攜帶的熱能直接轉化成電能儲存于電瓶中，最后將存儲的電能用于煙氣的采集。該裝置在吸收瀝青煙、減少環境污染的同時，實現了能量的轉換，達到了節能目的。

3 結 論

系統梳理了國內瀝青煙檢測相關規范，全面調查了室內瀝青及瀝青混合料煙氣采集裝置的研究動態，歸納總結了不同煙氣采集裝置的特點及適用范圍。

a.相對于瀝青煙采樣槍和高效液相色譜儀等結構復雜、價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格低廉、操作簡單而廣泛應用。

b.研究學者對原裝置進行改進，改進后的裝置，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，自主研發了適用于自身特點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。

雖然已有諸多學者對瀝青及瀝青混合料煙氣采集方式進行了研究，并研發了多個采集裝置，但各類裝置的操作便利性和吸收效率仍有待提高，需要進一步開發相關裝置，使得在實驗室能夠精確模擬現場施工中瀝青及瀝青混合料煙氣收集過程，為瀝青及瀝青混合料的煙氣成分分析和風險性評價提供精準依據，進而能夠通過各種技術手段，尋求降低瀝青及瀝青混合料煙氣對人體健康和自然環境危害的方法。