【摘 要】
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沥青路面行车舒适且维修方便,广泛应用于高等级公路建设。然而,沥青路面建设过程中,常伴随大量有害烟气等污染物排放。尤其是热拌沥青路面的拌和和施工须在高温条件下进行,高温加热会促进沥青材料中部分挥发性有机化合物(VOCs,Volatile Organic Compound)的挥发。热拌沥青路面建养过程中大量排放的沥青VOCs,不仅影响空气质量,还对暴露在沥青烟气中的施工工人身体健康造成威胁。开展沥青路
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沥青路面行车舒适且维修方便,广泛应用于高等级公路建设。然而,沥青路面建设过程中,常伴随大量有害烟气等污染物排放。尤其是热拌沥青路面的拌和和施工须在高温条件下进行,高温加热会促进沥青材料中部分挥发性有机化合物(VOCs,Volatile Organic Compound)的挥发。热拌沥青路面建养过程中大量排放的沥青VOCs,不仅影响空气质量,还对暴露在沥青烟气中的施工工人身体健康造成威胁。开展沥青路面VOCs高效减排研究,是绿色公路、节能减排的重要内容之一。建立热拌沥青路面全生命周期内的VOCs排放评估模型,是构建沥青路面VOCs减排策略的重要理论基础。本研究针对多种沥青路面结构在原材料准备、混合料生产、路面铺筑和养护等路面全生命周期内四阶段的VOCs排放规律,开展了VOCs排放定量研究。主要研究内容和研究结论阐述如下。首先,本研究基于排放因子法和定额法,建立了沥青路面全生命周期内VOCs排放总量的预估模型。该模型依据路面施工工艺,沥青路面全生命周期流程分解为沥青路面原材料生产阶段、拌和阶段、施工阶段以及使用和养护阶段等四阶段,分别对应研究各阶段VOCs排放机制,建立基于材料、机械等的VOCs产生机理,从而识别在路面建设中VOCs的排放源,并进行排放源分类,构建沥青路面全生命周期VOCs排放清单。随后,基于沥青VOCs排放因子的基础数据,建立沥青路面在施工过程中不同排放源的相关排放因子推荐表,建立适用的排放因子估算模型。其次,本研究构建了沥青路面全生命周期内全流程的实验室VOCs加速模拟释放-收集研究方法。通过实验室模拟平台模拟沥青加热、沥青混合料拌和、沥青路面施工和沥青路面服役的VOCs排放过程,利用热脱附-气相色谱-质谱联用仪(Thermal Desorption Gas Chromatography-Mass Spectrometry,TD-GC-MS)对不同阶段下的沥青VOCs开展定量研究。该定量分析的研究数据,将用于沥青路面全生命周期VOCs排放实例分析的基础数据。经试验计算可得70#基质沥青在沥青加热过程、混合料拌和过程、沥青路面施工过程、沥青路面服役过程的VOCs排放量依次是:6.6μg/g沥青、0.0143μg/g沥青混合料、0.0053μg/g沥青混合料和0.0011μg/g沥青混合料;SBS改性沥青的VOCs排放量依次是:6.43μg/g沥青、0.01295μg/g沥青混合料、0.004813μg/g沥青混合料和0.0011μg/g沥青混合料。最后,选取SMA13-AC20C-ATB-25(SMA路面,上面层-中面层-下面层)、AC13-AC20-AC25(AC路面,上面层-中面层-下面层)和OGF13-AC20-AC25(OGFC路面,上面层-中面层-下面层)等三种典型的上中下三层式沥青混合料路面,开展了沥青路面全生命周期VOCs排放量的实例研究。研究过程中,对沥青混合料各阶段的VOCs排放量列出排放清单,并分析对比不同结构间的差异,找出VOCs排放的关键环节,提出相应的污染控制措施。研究结果表明:生产阶段:三种沥青混合料路面中,沥青加热所释放的沥青VOCs最多,其次是石料、机械砂、矿粉、沥青、水泥。在OGFC沥青混合料路面中,沥青生产所释放的VOCs比水泥生产释放的VOCs略多。拌和阶段:以沥青混合料自身所释放的VOCs为最,其次是石料、沥青混合料、机械砂、沥青和矿粉的运输。三种沥青混合料路面中AC混合料路面总的释放VOCs的量要略高于另外两种混合料路面。施工阶段:沥青混合料自身排放占主体,不同混合料路面的不同面层VOCs排放均为路面碾压阶段远超路面摊铺阶段,且路面的三种面层在施工阶段均呈现路面下面层的排放多于中面层多于上面层。使用阶段:VOCs排放量排序为AC路面﹥SMA路面﹥OGFC路面。就三种沥青混合料路面的整体建设阶段来说,其沥青VOCs的排放量生产阶段﹥拌和阶段﹥施工阶段﹥使用阶段,其中沥青加热阶段的VOCs排放量占据整个建设过程的93%。本研究建立了热拌沥青路面全生命周期内VOCs排放的预估模型,基于实验室对热拌沥青路面服役周期内四阶段VOCs释放规律的基础数据,实现了热拌沥青路面全生命周期内VOCs释放量的准确预估。研究成果可为沥青路面高效VOCs减排提供了理论支撑和数据支持,支撑美丽中国建设。
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