建筑施工现场扬尘抑制剂的研究与应用

陈稚瓛， 熊 峰， 夏 葵， 夏 艳

(1.四川大学建筑与环境学院，四川成都 610065； 2.成都市第三建筑工程公司，四川成都 610016)



建筑施工现场扬尘抑制剂的研究与应用

陈稚瓛1， 熊 峰1， 夏 葵2， 夏 艳2

(1.四川大学建筑与环境学院，四川成都 610065； 2.成都市第三建筑工程公司，四川成都 610016)

课题组在实验室研究阶段获得了一种新型可降解、环境友好型抑尘剂，喷洒在裸露土壤表面后，将与砂土粘结形成具有一定强度的抑尘膜，具有明显的抑尘作用。文章针对建筑施工工地扬尘无组织排放的特征，并结合施工现场的复杂条件和易操作性需求，制定了抑尘剂在现场的直接喷洒和结合密目网喷洒的两种实验方案，通过监测环境大气悬浮颗粒物(TSP)分析数据，评估其抑尘效果且进行经济性研究。试验结果表明，直接喷洒抑尘剂区域TSP浓度降低了24 %，结合密目网喷洒区域TSP浓度降低了20 %，抑尘剂对施工现场的扬尘控制效果显著，且其经济性与高效性突出，具有较好的应用前景。

施工现场； 扬尘控制； 抑尘剂； 密目网

1 施工现场扬尘控制方式

扬尘(Fugitive Dust)又被称为无组织尘，即在生产过程中，通过非密闭的通风口排向大气的颗粒物以及道路、露天作业场所或废弃物堆放场所等在风力、人为活动或二者共同作用下排向大气的颗粒物[1-2]。扬尘中的细颗粒可以在空间停留较长时间，阻碍了植物生长，而其中的较小颗粒进入人的呼吸系统后将严重危害人体健康。根据空气质量检测报告，颗粒物已经成为城市首要污染物，其排放浓度长时间居高不下[1]。以成都市为例，环境部门监测报告[2]指出城市综合功能区天府广场全年的监测环境大气悬浮颗粒物(TSP)超标率为60 %。同时，我国正处于城市建设高峰期，建筑施工所产生的扬尘污染严重影响居民生活环境质量，有效控制施工扬尘污染是提高空气质量的重要环节[3-4]。因此，如何抑制扬尘，特别是建筑施工现场扬尘已成为当下的重要研究课题。

扬尘控制措施分为两种形式：一是防止措施，即改变生产活动模式，从前端控制扬尘的产生；二是减缓措施，即采取工程手段减少扬尘排放强度。国内常见的抑尘方法是较为传统的洒水抑尘[5]，此方法对水量需求大，有效性持续时间短[6-7]。反复洒水会将加剧裸露地表的自然风化速率[8]，从而更容易产生呼吸性粉尘。国外部分工地利用新型抑尘剂喷洒在裸露地表来控制施工扬尘，取得了较好效果。据美国西部理事协会统计资料显示，将抑尘技术应用于建设工程中的未铺砌区域，抑尘效率可高达84 %[9]。

基于以上所述，课题组通过实验室研究手段研发了有机可降解型抑尘剂[8]，可在裸露地表形成连续且具有一定强度的抑尘膜，将分散的尘粒封锁在表面膜之下，同时具有一定的吸附性，达到有效的防尘作用。前期的实验室试验表明[8]：抑尘剂具有良好的快速成膜性和黏结性，可有效固结土表层的细颗粒，产生的致密抑尘膜吸湿保水性较强。然而，实验室研究无法完全体现工程实际状况，因此本文以一个实际施工工地为研究对象，进行了此类抑尘剂的现场原位试验，为该抑尘剂在工程中的推广使用提供依据。

2 直接喷洒试验

2.1 试验现场与试验方法

试验现场为成都某项目工地，四周较为空旷，除自身施工产生扬尘外，受道路扬尘或其他类型城市扬尘干扰较少，本试验在项目主体施工阶段进行(图1)。喷洒抑尘剂的试验区位于工地西侧主马道附近，包含人流量小的裸露区域和交通较为频繁的施工运输马道，以研究抑尘剂在人为扰动情况下不同区域的抑尘效果，总面积约400 m2，如图2中a点附近阴影面积区域所示，a点为监测点，监测面积覆盖整个马道和马道旁裸露地表。未喷洒抑尘剂的对照区为地表情况相似的同等面积区域，如图2中b点附近阴影面积区域所示，b点为对照区域监测点，监测面积覆盖施工开挖后裸露过车的施工通道。试验区与对照区的最短直线距离为50 m，排除两区域之间的相互影响。

图1 建筑施工工地现场扬尘状况示意

图2 直接喷洒试验喷洒区域示意

将现场配置的抑尘剂喷洒在试验区，对照区则不做处理，由于试验研究阶段喷洒面积较小，机械使用成本较高，此次试验选择人工喷洒抑尘剂。北京环科院实测研究发现，污染源附近降尘与TSP浓度有很好的正相关性[4]，因此试验选用TSP浓度作为环境空气颗粒物浓度检测指标。在试验区和对照区分别设置一个TSP浓度监测点(a、b点)，放置监测仪器，试验开始之前，使试验区与对照区的TSP浓度相同，保证试验区和对照组区扬尘情况具有可比性。喷洒步骤结束后使a、b两点处的监测仪器同时连续工作，通过持续监测试验区和对照区的TSP浓度，结合观察抑尘剂表观破坏现象，评估抑尘剂在施工现场的抑尘效果。

2.2 试验仪器

采用2台“崂应2031型”智能大流量TSP(PM10)采样器监测环境大气中的总悬浮微粒(TSP)，试验仪器如图3所示。采样原理为通过具有一定空气动力学切割特性的采样器，以恒速抽取定量体积的空气，空气中粒径小于100 μm的悬浮颗粒物将被截留在恒重玻璃纤维滤膜上，根据称取滤膜重量之差及采样体积，获得颗粒物浓度。试验中将两台采样器分别置于试验区采样点和对照区采样点，平稳放置采样器后固定底座，将称重编号后的滤膜分别放入两个采样器，同时开始24 h不间断采样。对滤膜编号后每天进行更换称重，记录数据并分析。

图3 试验仪器

2.3 试验过程及现象分析

由于成都地区地下水富含铁离子，极易与抑尘剂发生反应，凝结成块，本试验中采用自来水稀释溶液。将自来水与一定量的抑尘剂混合，利用改造后的混凝土搅拌机进行抑尘剂溶液的配制，按45 r/min的转速搅拌，使溶液变为均质粘性悬浮液(图4)。完成试验区总面积的喷洒用时2 d，试验过程如图5所示，注意边角的查漏和补喷，从而保证试验区被抑尘剂完全覆盖。

图4 试验用混凝土搅拌机

图5 试验喷洒过程

根据试验现象的变化情况，将喷洒结束后1～5 d、5～10 d、10～25 d分别定义为抑尘周期的初期、中期、后期，其试验现象如下：

(1)初期，抑尘剂溶液渗入裸露地表土壤中，与之胶结形成厚度为10 mm左右的抑尘膜，其具有致密连续、均匀无裂隙、固结其下土体的特点，扬尘控制效果明显。试验区形成的抑尘膜在过往车辆的碾压作用下产生裂痕，但由于其良好的吸湿性，行车后扬尘仍能得到良好的控制。而在风载作用下，试验区表面无明显起尘现象，如图6(a)所示。

(2)中期，由于人为活动的影响，抑尘膜有轻微的损坏，试验区边缘膜出现裂痕，车辆经过密集及工人活动频繁的区域抑尘膜边缘变薄，其下覆盖的土体开始产生裂隙，试验区边缘的抑尘膜风干翘起，但仍有较好的抑尘效果，如图6(b)所示。

(3)后期，运输工具的碾压和建筑工人的踩踏等因素导致抑尘膜破坏，在土表面碎成小块，其下土壤大片暴露，行车过后扬灰起尘，抑尘效果急剧下降，如图6(c)所示，此时需要进行重新喷洒抑尘剂。

(a)初期表观样例

(b)中期表观样例

(c)后期表观样例

从气象影响因素分析，此次现场试验期间经历降雨10次，当降水后温度急剧升高时，对照区地表蒸发加剧，土体水分流失，土颗粒变碎，反尘效果明显。试验初期，降水后试验区的抑尘膜仍然能够与土壤较好地固结，与地表土体混合凝结保持片状，起到良好的雨后抑尘作用。试验中、后期经反复的雨水冲刷，抑尘膜遭到水力侵蚀破坏，在水和空气的作用下发生一定程度的自身降解，抑尘膜薄弱处逐渐产生裂缝，抑尘效果降低。

2.4 数据测定及结果分析

按照以上试验步骤，收集同一时段内试验区与对照区的环境大气总悬浮颗粒量的数据，如图7所示。在抑尘监测周期内，喷洒抑尘剂的试验区TSP浓度相较于对照区均有明显降低，整个周期抑尘效率(即TSP浓度差值除以当天空白组的TSP浓度)的平均值为24 %，抑尘效果显著。对照区与试验区的TSP浓度差最大值达到0.50 mg/m3(图7中8/9柱)。在试验期间，8月14日、17日、19日、20日、24日～29日所对应时间均有不同程度的降水，而滤膜是玻璃纤维材质，降水期间易吸湿受潮，称重时滤膜水分含量大，导致对照组与试验组TSP浓度数据都偏大，结果差异不明显，影响测试精度。若排除降雨因素的干扰，计算非降水天的抑尘效率，可达到到32 %。

通过计算抑尘效率，抑尘周期初期的平均抑尘效率达到25 %，中期的平均抑尘效率为21 %，后期的平均抑尘效率为14 %，可见新型抑尘剂在抑尘周期的前期和中期对于施工工地的扬尘控制表现出明显的有效性。同时，观察抑尘膜的表观现象可知，在抑尘周期初期、中期抑尘膜对土体的固结性、完整度、抑尘性能等表观抑尘效果好于后期。因此，此新型抑尘剂在施工工地裸露表面应用时的有效抑尘时间建议为10 d，若超过有效抑尘时间，应再次喷洒。

图7 新型抑尘剂直接喷洒试验扬尘监测示意

3 密目网抑尘剂试验

由直接喷洒试验的土壤表观现象可知，抑尘剂失效的一个重要因素是人为活动的干扰，如踩踏，过车等，这将导致反应生成的土体表层抑尘膜破裂、分块，最后暴露出胶结层下部的土壤而失去抑尘作用。而密目网作为我国建筑工地常见材料，可作为抑尘措施将其覆盖于裸露地面。但由于其反复使用率高，自身携带的粉尘量大，覆盖期间难以与地表土壤良好的固定，将加剧粉尘的产生[8]，可见现阶段采取的单纯覆盖方法存有很大的局限性。为了提高此类新型抑尘剂在建筑施工工地的抑尘效率，本文提出利用密目网与抑尘剂结合的方式增强其耐久性，并提高抑尘效率。首先将密目网覆盖于裸露土地的表面后喷洒上抑尘剂，使土体表面形成的抑尘膜与密目网能够粘结成一体，其空隙间距小，易于附着反应生成物，成为膜结构形成的良好骨架，将有效提升抑尘膜的耐久性。同时，密目网作为聚乙烯纤维材料织物，具有良好的张力，可以防止车轮等碾压破坏此生物膜，实现有效的加固，经济性良好。

3.1 密目网抑尘剂试验方案

密目网抑尘剂试验区覆盖了马道左侧开挖平整场地后裸露地表的部分，如图8中c点附近阴影区域所示，面积约400 m2，c点为监测点。仍以原对照区做空白样本，b点为监测点。试验中预先铺设密目网，用石块与地面固定，之后喷洒抑尘剂使之与密目网粘结形成均匀的抑尘膜。为使对照区扬尘情况具有可比性，试验开始之前，试验区与对照区的TSP浓度需基本相同。喷洒结束后令b、c两处的监测仪器同时连续工作，记录其TSP浓度。

图8 密目网抑尘剂试验喷洒区域示意

3.2 密目网抑尘剂试验现象分析

根据试验现象的变化情况，将喷洒结束后1～5 d、5～15 d、15～25 d分别定义为密目网抑尘周期的初期、中期、后期。初期阶段，抑尘剂在裸露土壤表面结成厚度约为7～10 mm的抑尘膜，由密目网拉结，表面致密无裂隙。试验区扬尘控制效果明显，风力作用下表面无起尘现象，且有密目网拉结，抑尘膜表面无裂隙，如图9(a)所示。中期阶段，表面密目网块之间的连接交界处在风力和机械扰动的共同作用下卷曲翘起，但其下与土体表面粘结的抑尘膜没有受到扰动和损坏，保持了良好的抑尘效果，如图9(b)所示。后期阶段，中部密目网鼓起卷翘，与土壤表面分离，用于固定的石块在机械、风力作用下分散移位，失去固定效果。密目网覆盖下的抑尘膜表面有小部分区域由于施工运输车辆的碾压碎成较小颗粒，大部分区域仍保持较为完整的固结，有一定防尘作用，如图9(c)所示。

(a)添加密目网初期样例

(b)添加密目网中期样例

(c)添加密目网后期样例

3.3 密目网抑尘剂试验结果分析

收集同一时段内试验区与对照区的环境大气总悬浮颗粒量的数据，如图10所示。在密目网抑尘剂试验监测周期内，试验区的TSP浓度相较于对照区均有明显降低，平均抑尘效率(即TSP浓度差值除以当天空白组的TSP浓度)为20 %，对照区与试验区TSP浓度差的最大值为0.43 mg/m3，抑尘效果明显。试验周期内，11月14日、18～19日、23～24日、27日均有较大的降水，将会影响测尘精度，若排除降水天的干扰，非降水天的抑尘效率为26 %。

由图10可知，密目网抑尘剂喷洒试验初期的平均抑尘效率达到23 %，中期为19 %，后期为12 %，可见前期、中期抑尘膜对土体的固结性、完整度、抑尘性能等表观抑尘效果好于后期，同时在前期、中期，密目网抑尘剂区域的扬尘量相较于对照区有明显的下降，因此，建议此密目网抑尘剂在施工工地裸露表面应用时的有效抑尘时间为15d，若超过有效抑尘时间后，需要重新固定密目网，再次喷洒抑尘剂。

图10 密目网抑尘剂试验扬尘监测示意

3.4 两组试验抑尘效果对比分析

对比直接喷洒试验和密目网抑尘剂试验的TSP浓度监测数据(表1)可知，冬季密目网抑尘剂试验相较夏季直接喷洒试验的TSP浓度结果偏大，其平均值为0.86∶0.71。由于冬季降水较为丰富，空气湿度大，使滤膜吸水，造成测量精度不准确，同时，冬季施工进度趋于缓慢，也一定程度上限制了建筑工地的扬尘情况。因此密目网抑尘剂试验与直接喷洒试验的TSP浓度结果差异不明显。但密目网加固了裸露场地的表面，使用密目网后可以较好的保持网下抑尘膜的完整性。由TSP 浓度对比分析得到，使用密目网抑尘剂后TSP浓度标准差为0.06，是直接喷洒试验TSP浓度标准差的50 %，即其TSP浓度的离散程度远小于直接喷洒试验，所以使用密目网抑尘剂控尘效果稳定性高于直接喷洒。同时，抑尘剂产生的膜失效后，密目网可作为骨架在其上进行二次补喷，对于裸露土体的抗扰动能力和抑尘剂的耐久性有显著提升。为确保其经济性，本文建议在施工过程中把密目网抑尘剂应用于闲置期较长(超过30 d)的空地。

表1 直接喷洒试验与密目网抑尘剂试验监测抑尘效果对照

4 经济性分析

本文所使用的抑尘剂配置后溶液成本共计为525元/t，喷洒量约为3 kg/m2，每1 t溶液喷洒333 m2，则喷洒成本为1.58元/m2。根据直接喷洒试验结果，取有效抑尘时间为10 d，可得每1 m2每天抑尘费用为0.16元。其经济效益较高，有利于绿色文明施工，工程应用前景较好。

5 结论

本文主要进行了建筑工地现场抑尘剂直接喷洒试验和密目网抑尘剂试验两项研究，对比未使用抑尘剂区域，监测大气颗粒物(TSP)浓度，结果表明：

(1)本文使用的环境友好型抑尘剂在裸露地表形成可降解的抑尘膜，能有效抑制扬尘，使试验区大气颗粒物浓度的平均值较对照区降低24 %，结合试验现象与数据分析，直接喷洒抑尘剂方案在施工现场的抑尘有效期为10 d。

(2)密目网抑尘剂试验中，试验区TSP浓度的平均值较对照区降低20 %，密目网加固了表面土壤，显著提升了裸露土体的抗扰动能力和抑尘剂的耐久性。经试验研究，建议在施工工地长期(超过30 d)裸露地表中使用密目网抑尘剂，抑尘效果将达到最佳。

(3)施工现场扬尘量受气象因素影响较大，成都地区冬季降雨增多风速小，对施工扬尘的排放起到自然抑制作用，在试验数据分析中，密目网抑尘剂试验区TSP浓度降低幅度比直接喷洒试验区小。

(4)抑尘剂应用于施工现场的成本为每1 m20.16元/d，兼具抑尘效率与经济性，在施工工地扬尘控制中具有高的可推广性，对于绿色施工的发展有重要意义。

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四川省建筑节能配套能力专项基金：施工现场快速成膜抑尘系列制剂(2016-sjzjn-01)

陈稚瓛(1992～)，女，硕士研究生，研究方向为建筑施工现场扬尘排放控制。

熊峰(1963～)，女，博士，教授，研究方向为工程结构及抗震。

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[定稿日期]2016-12-18