环保型改性沥青混合料烟气检测及性能研究

孟元华

[1.上海公路桥梁（集团）有限公司，上海200433；2.上海绿色路面材料工程技术研究中心，上海200433]

0 引言

沥青混合料施工时由于温度较高，在拌和、运输、摊铺和碾压过程中会产生大量有害、刺激、难闻的烟气，对大气环境造成污染。在隧道、城市不易通风处或人群聚居地，会给施工作业人员和城市居民带来严重威胁。优质石油沥青在140℃以下基本不生成沥青烟，部分石油沥青在使用过程中沥青烟的有毒成分较少，这是由于控制在一定温度下和一定老化程度下的沥青所释放的沥青烟较为安全，然而市场上的沥青良莠不齐，其质量很难保证。某些沥青在使用过程中会释放大量的有毒的沥青烟，这种沥青一般是老化程度较高，或掺有一定比例煤沥青的调和沥青，以及其他的改性沥青，这些沥青释放的沥青烟较多且具有一定的毒性[1]。沥青烟中含有挥发性有机物（VOCs）、硫化物（SO2和H2S）、氮氧化合物、CO 等大气污染物成分，其中VOCs 中含有的多环芳香烃化合物（PAHs）是典型的致癌物质，具有毒性、半挥发性和生物蓄积性。

环保型沥青材料通过在沥青中添加一种净味组分，与沥青中易挥发物质结合，使其转变为非挥发性物质，降低沥青烟的排放，减少对大气的污染，且保证沥青的性能基本不发生改变。本文对实体工程中应用的一种环保型改性沥青及沥青混合料的性能进行研究，并对排放的沥青烟气进行检测，分析环保型改性沥青的净味效果，为环保型沥青的应用和检测提供参考。

1 工程简介

沿江通道越江隧道（浦西牡丹江路—浦东外环线）新建工程V 标段，西起浦西牡丹江路口东侧，东接浦东双江路以东外环线，全长约8.7 km。隧道段长约6.5 km，采用4 cm 的SMA-13 和6 cm 的AC-20C 双层结构。本文对工程中使用的SMA-13 混合料性能和排放的沥青烟气成分和浓度进行研究，该类混合料所使用的沥青是净味重载改性沥青。

2 配合比设计

2.1 原材料

本工程采用的净味重载改性沥青性能指标见表1，检测结果满足技术要求。有研究认为，净味沥青和非净味沥青的技术性能指标相同，净味组分不改变沥青的基本性能，因此，可判定净味重载沥青和重载沥青的基本性能大致相同，可采用相同的技术指标要求[2]。为了分析净味重载沥青的技术特点，对照SBS改性沥青的技术性能标准进行分析。从指标要求上看，净味重载改性的软化点和弹性恢复要求明显提高，说明净味重载沥青的高温性能和抗疲劳性能要高于SBS 改性沥青。

表1 沥青主要性能指标

对集料、矿粉的密度和级配进行检测，均能满足《公路沥青路面施工技术规范》[3]要求，集料的密度与筛分结果见表2。

表2 集料密度与筛分结果

2.2 级配

选择5.8%的沥青掺量，根据配合比设计结果和马歇尔试验结果，得出合成级配和体积参数，见表3和表4，SMA-13 的级配和体积参数均符合技术要求。

表3 S MA-13 合成级配

表4 马歇尔试验结果

3 性能分析

对净味重载SMA-13 改性沥青混合料的高温性能、低温性能和水稳定性能进行检测[4]，结果见表5。沥青混合料的动稳定度高达8155 次/mm，远高于7000 次/mm 的技术要求，说明该净味重载沥青混合料具有较好的高温性能。冻融劈裂实验和和残留稳定度试验结果均超出技术要求，表明该净味重载沥青混合料具有较好的水稳定性。

表5 性能测试结果

4 沥青混合料烟气排放检测

对摊铺现场使用的净味重载沥青混合料排放的烟气进行测试。

主要使用的仪器包括：

（1）气体探测仪，采用Honeywell 厂家生产的RAE六合一检测器，其气体测试范围为SO2、NO、H2S、VOCs 等，最小计数单位为0.00001%，需配备过滤器（型号：009-3022-010）。对应的气体检测体积分数上限建议SO2为0.01% 或更高，NO 为0.025%，H2S 为0.01% 或更高，VOCs 为0.0999%。

（2）钢卷尺：量程0～1 m，精度1 mm。

（3）插入式温度计：量程0～200℃，分度值0.1℃。

（4）警示杆：长度根据现场需要选择。

（5）导气管：长度根据现场需要选择。

（6）PPE 设备，棉手套/ 隔热手套，安全眼镜，安全鞋，防毒面具，硫化氢报警仪，长袖工作服。

具体测试步骤包括：

（1）将气体探测仪在洁净空气中开机，预热结束后，选择在室外通风、空气质量良好的环境下，点击start按键，进行校准工作，完成校准工作，时间为60 s；

（2）将气体探测仪尽量靠近沥青混合料表面，同时需保证气体探测仪与摊铺机下面的沥青混合料有安全距离，并能进行平稳测试，将RAE 气体探测分析仪固定在摊铺机搅拌笼叶片上方10 cm 左右，其吸气探头朝向沥青混合料方向；

（3）在气体探测仪这边设置警示杆，以提醒周围施工人员注意相关安全；

（4）采用插入式温度计每间隔60 s，测量气体探测仪探头下方沥青混合料温度，并进行实时记录，测试时长为20 min；

（5）实验开始后，此时要关注气体探测仪设备泵的工作状态，防止泵有突然停止的现象发生；

（6）完成测试后，及时取出仪器，并做好数据保存，将卸下过滤器的气体探测仪置新鲜空气中待数据归零；

（7）待气体探测仪设备数据归零后进行下一个实验，每次实验前需要更换新的过滤器；

（8）根据设备操作步骤将设备里面的数据导出。

为了解沥青混合料在室外的最大烟气排放量，对净味重载改性沥青混合料和SBS 改性沥青混合料进行气体排放测试，2 种混合料施工温度控制条件相同，取检测温度范围内（168-172℃）最大气体排放指标，见表6。

表6 沥青混合料气体排放检测结果

从表6 可以看出，气体检测仪器主要检测5 种大 气 污 染 物 的 浓 度，包 括：SO2、NO、H2S、CO 和VOCs。VOCs 和CO 排放量最高，证明沥青烟气中挥发性有机化合物和一氧化碳是最主要的组成成分。VOCs 包含了多环芳香烃类物质（PAHs），该类物质具有致癌作用，具有毒性、半挥发性和生物蓄积性，对人体健康有较大的影响。CO、H2S 、SO2、NO 浓度过高对人体和环境都将产生巨大的影响。通过2 种沥青混合料的气体排放对比研究，证明净味沥青能降低沥青混合料在施工过程中大气污染物的排放量。

5 结语

本文研究了净味重载沥青及相应SMA-13 沥青混合料的技术性能，结果表明能够满足设计要求。对施工现场排放的沥青烟气进行检测，发现在应用过程中产生的沥青烟浓度明显低于其他沥青混合料，符合现代城市建设中环保理念，具有较好的应用前景。