溫拌瀝青混合料施工對環(huán)境保護的影響分析

陳智鵬

(現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。降低生產能耗和CO2排放是瀝青生產中的重要課題。該文從環(huán)境保護方面著手，選用不同溫拌技術生產溫拌瀝青混合料，收集施工過程中產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，現場取樣的不同類型溫拌瀝青混合料排放數據的可比性也會受到限制。因此，對現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到施工現場這一階段。TPM、TVOC和PAH的采樣方法與現場采樣一致。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

室內和現場PAH檢測結果見表4。

表4 室內和現場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溫拌瀝青混合料，污染物排放差異不大。