英语原文共 19 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

沥青及沥青混合料产生的沥青烟的实验室评价

Vincent Gaudefroy*, Valeacute;rie Viranaiken* , Reacute;gis Paranhos**, Agnegrave;s Jullien*, Chantal de La Roche*

*Laboratoire Central des Ponts et Chausseacute;es. Route de Bouaye, BP 4129, 44341 Bouguenais Cedex, France

vincent.gaudefroy@lcpc.fr

valerie.viranaiken@lcpc.fr

agnes.jullien@lcpc.fr

chantal.de-la-roche@lcpc.fr

**University of Rio Grande do Sul State

Av. Bento Gonccedil;alves, 9500 CEP 91.501-970 Porto Alegre, Brazil

regisparanhos@hotmail.com

摘 要：正如其他建筑行业一样，在道路的建设和维护上，环境保护和对人体健康的影响正在成为愈加重要的评判标准。这要求我们需要对碳氢基材料生产过程中产生的烟气有更深入的了解。在本研究中，我们开发了一种实验室设备来收集由含沥青的混合物及沥青本身产生的烟气。在混料过程中，我们使用了一台火焰电离检测器TOC分析仪来对生成的完全混合的有机烟气进行持续检测。首先，我们进行了可行性的评估来建立一种可靠的测试方案并确定实验的可重复性。然后我们研究了沥青产生的有机烟气随时间的变化。以上操作突出说明了释放出的总的有机混合物烟气的量受混合情况的影响。这项试验也反映了沥青TOC排放受搅拌过程的影响以及长时间实验中释放过程的衰减。在沥青中加入的水蒸气导致了TOC释放量的提升。本文将对以上实验结果进行阐释。

关键词：沥青，沥青混合物，烟气，TOC

1.引言

1.1背景

沥青混合料的生产过程产生了矿物颗粒和烟气。然而对于一家沥青生产工厂来说，这些烟气产生于不同环节，其中还包括用来加热集料或沥青混合物本身的炉子的燃烧。量化清楚各个源头对排放到空气中的总的物质的贡献并不容易。

节能减排成为了当今的趋势，道路建设和沥青生产行业同样要沿可持续发展的道路前进。在这种情形下，前人对沥青烟气已做出了不少研究，但他们主要着重于多环芳烃一类有着致癌性的物质，如苯并[a]芘。这些研究已经在实验室规模上通过将沥青放在烟气制备装置中混合搅拌获得到仅由沥青本身产生的烟气。这项由勃朗特于上世纪末领导的实验突出了温度和沥青挥发性对苯可溶物排放的影响。然而，这些对沥青本身的实验似乎对沥青混合物的烟气不具代表性。因为在试验中，沥青是以一定的量而不是像在沥青混合物中的薄膜形态被研究的。其次，由于环境因素的影响，在实验室的研究并没可能预测生产和铺设过程中的沥青烟气的情况。因此，我们急需一种高效的实验室方法来研究和预测沥青混合物释放的烟气。然而不幸的是，没有任何文献资料能用于实验室环境下沥青混合物制造过程的烟气释放。

图1. 沥青混凝土热拌过程中释放的烟气的成分示意图

1.2目的

众所周知，沥青烟的有机组分来自于沥青以及含有有机气溶胶、挥发性和半挥发性化合物的化合物。在实验室条件下生成的有机组分被称为总有机排放物（Total Organic Compound，TOC）。它指代了由沥青释放的所有的含有碳和以下元素之一：氢、卤素、氧、硫、磷、硅或氮，除了碳氧化合物、无机碳酸盐和无极碳酸氢盐的化合物。

本研究的首要目的是聚焦于用一种新的烟气采样系统对沥青挥发物受工艺和配方的影响进行评测。混炼温度、沥青含量和沥青挥发性是我们研究的三个参量。而在可持续发展的框架中，以往对于沥青产生的烟雾的研究集中于沥青混合物生产过程中的TOC上。

然而，由于研究沥青混合物烟气需要大量材料、时间和熟练的人力，直接看流入参数看起来更加的容易。为此，我们同样开展了一份调查和分析沥青烟本身的实验室测试方案。

本文的第二部分展示了用来生成、测量实验室环境下的沥青TOC的释放并测试诸如机械搅拌、水蒸气的存在等因素对烟气释放的影响的测试方案。上述最后一个参数的选定是因为在某些温暖的沥青使用条件下沥青混合料可能加入湿的集料，比如当使用再生沥青或在覆盖反应堆或铺设现场时产生了水蒸气等情况。

2.排放物测量方法

2.1烟气生成与收集系统

2.1.1沥青混料设备

沥青混合料的准备必须在取决于所用沥青种类的参考温度下进行。集料、填料过程必须按标准EN 12697-35执行，矿物材料应当再干燥炉中以介于90℃至110℃的温度通风干燥直至获得恒定的质量。干料须在参考温度plusmn;5℃的条件下放置至少10小时。粘结剂放置在完全充满的密闭容器中，并按照以下两布设置其温度。首先，容器放置在干燥炉中加热到所需温度5小时；然后将容器置于一个热的表面上并不断搅拌其内容物以使其受热均匀，并将其保持在参考温度两分钟。

第一阶段包括使用一台可调温的加热搅拌器混合集料和沥青。依照EN 12697-35标准，这种外摆线螺旋桨式搅拌机可以准备80Kg重的沥青。沥青和集料在规定温度下以20rpm的速度搅拌均匀30分钟。尽管这个混合时间相比实际时间更长，但为了确保油烟被充分收集并作为控制变量以允许不同的设计参数的组合间进行比较，这一混合条件被选定为首要条件。在整个混合过程中，搅拌器的热调节过程保证了温度的恒定。勃兰特等人进行的研究表明沥青烟气的产率与热沥青的搅拌有关。依据沥青混合物搅拌的情况可以假定，混合过程使得沥青搅拌继而排放出烟气。

图2 沥青搅拌器和烟囱示意图

为了收集热混合物释放的烟气，一个不锈钢烟囱被连接到搅拌器上。这个不锈钢烟囱的作用是将烟气导向取样装置。其主要结构尺寸为：总长度150cm，内部直径30cm。两个开口可以放置取样探头。TOC取样装置则有其独立的抽气装置。

2.1.2沥青设备

基于勃朗特的设计我们制作了一套从沥青本身生成烟气的设备。该设备由带有一个主颈和三个支颈的2升容量的Pyrex四颈圆底烧瓶组成。这些开口在实验过程中密封，它们分别用来：安置带有一个特制叶片的搅拌装置、安放一个用于控温的测温探头、连接采样装置。在本实验中，第三个支颈被用来向沥青注入100℃的水蒸气。整套装置被浸入热调节的油浴中以加热沥青并保持其恒温。

充分考虑到沥青受热和机械运动过程对排放物的生成的影响，试样的制备都是按同样的方式进行的。沥青被按两步放入密封容器并加热：首先，容器被放入140℃的烤箱烘60分钟以熔化沥青，而后将600g沥青倒入球形烧瓶中。然后，在温控油浴中将烧瓶加热至160℃。设置完各个探头和搅拌系统后密封烧瓶的各个开口。当沥青达到稳定的温度时尽快开始TOC的测量。

图3 沥青烟制备与采样实验设备的照片

2.2TOC(e)测量的抽样和分析系统

TOC的连续取样和分析由一台便携式自动总烃类物质测量仪执行。其评测和分离由一个色谱柱和一台火焰离子化检测器(Flame Ionization Detector,FID)遵照NF EN 13526标准进行。这个设备允许分析干湿气体.为了检测最后一种可能,我们进行了一项直接针对水蒸气的测试,测试仪器没有任何故障。

采样系统可以用来收集烟气样本。抽气泵和一个加热头整合在一起，将烟气样品从取样点抽到分析仪中。色谱柱透过一个将氢气和向其供应氧气的载体气体混合从而点燃的火焰。有机物通过这个色谱柱，产生离子并由两个电极收集。然后，离子流被增强。我们使用的分析仪有以下特点：约2500mL/min的采样流量、50mL/min的氢气消耗量和400mL/min的空气燃烧消耗量。

连续的测量使得导出绘制一份以mgEqC/Nm³.kg表示的TOC的质量浓度随时间变化的图线成为可能。如图四所示，在实验开始时TOC的浓度急遽上升，然后缓慢下降直至趋于一条渐近线。

图4 TOC释放量随时间的曲线

顾名思义，TOC(max)指的是在实验期间测试仪测得的沥青烟气的最大质量分数，以mgEqC/Nm3.kg表示。排放潜力（Emission Potential,EP）则是为了分析沥青的目的定义的。它表示在定义时间内沥青产生TOC的能力。EP是由每个测试中30分钟内TOC的混合时间曲线积分的面积得到的。

3.实验研究

两种不同的沥青混合料在两个不同的温度生产，132℃和182℃，并在混合过程中保持不变。这两个数据使用的是产自法国La Noubleau采石场的闪长岩骨料。经典的法国致密沥青的底层混料被称作“Grave Bitumen”（GB），其特点是粘合剂含量低于用于表层的法国“Beton Bitumineux Semi Grenu”（BBSG）。表一介绍了这两种沥青的矿物成分和粘结剂含量。

表1 研究的两种沥青的矿物和沥青成分

表2 所用的两种沥青的性能

前人的论文强调了沥青挥发性对排放的影响。因此，我们研究了两种都是35/50级，但是挥发性不同的沥青。它们的挥发性通过一个模拟蒸馏的测试来进行评估，其特征值被定义为450℃下的蒸馏水累计量。

4.结果和讨论

4.1沥青材料可重复性的检验

由于本实验是一类新型的实验，因此其实验结果的可重复性有待质疑和检验。其重复性可用实验结果的标准偏差来表示。

重复性检验是以152℃下制备的粘结剂含量5.1%的BBSG沥青进行的。如图五所示，在进行的六次相同实验条件的试验中，所有的线条都展示了同样的趋势，以及除了长程以外的重复性。

图5 152℃下沥青TOC重复实验曲线

表3 152℃下沥青TOC最大值和EP重复实验曲线

表三中总结了

全文共10917字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[145766]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word