温拌沥青混合料施工对环境保护的影响分析

陈智鹏

(现代投资股份有限公司 长沙分公司， 湖南 长沙 410004)

目前，热拌沥青混合料在国内外应用广泛。温拌沥青混合料近几年在国内逐渐兴起。温拌沥青混合料拌和温度通常比传统沥青混合料低20～40 ℃。生产温拌沥青混合料的技术有有机降黏剂温拌技术、泡沫沥青温拌技术等，很难评估不同温拌技术的利弊。降低生产能耗和CO2排放是沥青生产中的重要课题。该文从环境保护方面着手，选用不同温拌技术生产温拌沥青混合料，收集施工过程中产生的有害物质并进行化学分析，分析温拌沥青混合料施工对环境保护的影响。

1 试验方法

试验路为湖南某高速公路路段，长850 m，宽6 m。将试验路段分为5段，每段170 m，同一天分别采用热拌沥青和4种温拌沥青混合料铺筑面层。

将热拌沥青混合料铺筑在第一分段，施工温度为(145±1) ℃。将2种温拌沥青混合料分别铺筑在第二、三分段，施工温度为120～130 ℃。第一种采用有机降黏剂温拌技术，向沥青中添加表面活性剂，以减少内部摩擦；第二种采用沸石类温拌技术，将沸石温拌剂与热沥青和热集料混合，沸石中的水分转化成水蒸气，使沥青体积膨胀形成泡沫沥青。最后2个分段采用泡沫沥青温拌技术，施工温度为(105±1) ℃。其中一种采用泡沫沥青；另一种采用泡沫沥青温拌再生沥青混合料，再生沥青路面回收料(RAP)掺量为50%(见表1)。

表1 温拌沥青混合料和热拌沥青混合料的生产条件

1.1 取样和测量

通过2名摊铺机司机、1名压路机司机及3名工人进行取样。在2台摊铺机底部安装污染物取样装置，顶部安装空气取样装置。摊铺机和压路机处采用示踪气体技术取样，示踪气体选用六氟化硫气体。在施工现场的背风侧进行人工额外取样，以确保路面处的总排放量。采用玻璃纤维过滤器和不同类型树脂吸附管相结合的方法，在3个固定测点和人工取样器中收集污染物。以2 L/min的流量在过滤器和吸附管中采集总颗粒物(TPM)、总挥发性有机化合物(TVOC)和EPA多环芳烃(PAH)，每170 m采集的样品单独做好标记，共5个样品。

由于地形和气象条件不同，即使在规定施工条件下，现场取样的不同类型温拌沥青混合料排放数据的可比性也会受到限制。因此，对现场所取样品进行室内试验，确保研究的可靠性。首先在密闭容器中将样品加热3 h至(90±2) ℃，然后将样品转移至施工温度下的150 kg沥青搅拌机中，5 min后开始取样进行室内试验。在这个预热阶段，部分排放物将会消失，正好模拟将沥青混合料从拌和厂运输到施工现场这一阶段。TPM、TVOC和PAH的采样方法与现场采样一致。室内试验中使用火焰离子化检测器连续测量总有机碳含量，该检测器通过加热的聚四氟乙烯管(200 ℃)连接至沥青搅拌机。

1.2 化学分析

从过滤器和吸附管中提取污染物，先在超声波浴中用2 mL甲苯萃取过滤器2次，将溶液过滤并稀释至5 mL所得溶液为溶液A，从一部分溶液A中蒸发溶剂用来测定甲苯可溶物(TSM)。用2 mL甲苯在30 min内轻轻摇动萃取2次吸附管，稀释至5 mL所得溶液为溶液B。将500 μL溶液A和B混合，在多离子检测模式下用GC-MS进行PAH分析。通过氦电离检测器对富集在热解吸管上的物质进行解吸，对冷聚焦后的物质进行气相色谱分析，保存一段时间后将所记录的质谱与光谱库进行比较，对化合物进行鉴定。

2 试验结果分析

预热2 h后开始记录实验室内沥青混合料温度，结果见图1，各种沥青混合料加热40～50 min达到施工温度。图2为采用火焰离子化检测器检测的C3H8含量。从图2可看出：对于热拌沥青混合料，在开始阶段，C3H8含量急剧增加，达到施工温度后逐渐减少。对于温拌沥青混合料，C3H8含量明显减少，且排放量相对稳定，达到一定温度后，小幅度降低。这可能是由于在预热阶段挥发性化合物已挥发。

2.1 TPM和TSM排放

试验路段各分段长170 m，对于低含量污染物的测量时间太短，在过滤器上收集的固体颗粒不足以进行质量分析，且大多数测量浓度低于限值。因此，进行室内试验检测，测试结果见表2。

表2 室内试验检测结果

从表2可看出：TPM排放主要与沥青混合料温度有关，HMA的TPM排放量为5.2 mg/m3，4种温拌沥青混合料的TPM排放量均为0.3 mg/m3左右，前者是后者的10倍以上；不同温拌沥青混合料的TPM和TSM排放量相差不大；沥青混合料的最高温度与总有机碳量含量具有较好的相关性，温度越高，总有机碳量越高。

2.2 TVOC排放

在施工现场检测中，TVOC排放与施工温度之间没有一定的相关关系，且施工现场TVOC浓度比实验室内低。这是由于不同的气象条件(如风速)导致稀释率发生变化，挥发性化合物也因此挥发。利用示踪气体技术计算目标稀释度，可计算TVOC的总排放量，计算结果见图3。室内和现场TVOC检测结果见表3。

从图3可看出：TVOC总排放量与施工温度具有明显的相关性。

从表3可看出：HMA、WB、WS的TVOC室内浓度相差不大，与之相比，WF和WFR的TVOC室内浓度降低50%。

图3 TVOC排放量与施工温度的关系

材料TVOC浓度/(μg·m-3)室内摊铺机1摊铺机2总排放量/(g·min-1)HMA57 60068032119WB56 8003514154WS47 6001 02335641WF16 5001 65286541WFR24 10058556922

2.3 PAH排放

室内和现场PAH检测结果见表4。

表4 室内和现场PAH检测结果

从表4可看出：PAH排放量较低，这是由于沥青混合料原材料中的PAH含量较低。添加RAP材料的WFR的PAH浓度比其他沥青混合料有所增加。与TPM和TVOC相比，PAH排放没有表现出温度效应，即PAH排放与施工温度之间没有良好的相关性。不管是室内试验还是施工现场检测，HMA的PAH都没有增加，只有WF和WFR中存在较高浓度的PAH。

3 结论

综上，在道路建设中采用温拌沥青混合料，污染物排放量较低，均在限值范围内。为排除试验路段短、取样时间短、取样气体体积小等误差，通过室内试验进行补充验证。通过对TPM、TVOC、PAH的检测，对比5种沥青混合料施工期间污染物排放情况，得出以下结论：

(1) 污染物排放与施工温度具有一定相关性，降低施工温度是减少污染物排放的有效措施。

(2) 与热拌沥青混合料相比，温拌沥青混合料的TPM浓度降低90%；施工现场温拌沥青混合料的TVOC总排放量比热拌沥青混合料降低200%～500%，室内WF和WFR的TVOC总排放量比热拌沥青混合料降低50%。

(3) PAH排放没有受到温度的影响，WFR中的RAP材料会导致PAH排放量增大，但总排放量均低于限值。

(4) 采用不同温拌技术生产温拌沥青混合料，污染物排放差异不大。