沥青VOC分析技术及抑制方法研究

发布时间：2018-11-05 12:06

【摘要】：截至2014年底,我国高速公路总里程已超过11.195万公里,位居世界第一,其中90%以上为沥青路面,道路沥青的年消耗量已达1500万吨。作为公路建设的主要原材料,沥青是由分子量不同的烃类及其衍生物组成的混合物,其种类复杂、内部化学稳定性各不相同,在生产、使用过程中,特别是路面摊铺的高温条件下,会产生大量的挥发性有机化合物(VOC),以气体和气溶胶、颗粒物的形式在空气中凝结,严重污染环境,大量研究分析表明,沥青VOC中包含一百余种成分,包括苯并芘类、蒽萘类、吖啶类、吡啶类、酚类等物质对人体健康有严重危害。由于沥青VOC总量小、种类多、活性强等特性,对其进行定性、定量分析具有一定难度,其研究难点一方面在于分析方法的局限性,沥青VOC成分复杂,浓度低,对仪器的测试精度和广度要求甚高;另一方面在于沥青路面的铺筑均在开放的野外环境,环境多变,收集沥青VOC难度很大。因此,要实现沥青VOC的减排,研发合理高效的沥青VOC抑制剂,关键是寻求合理的沥青VOC定性定量分析手段和实验室模拟施工现场分析VOC相关装置。基于沥青VOC分析和抑制的研究难点,首先,本研究研发了三种实验室沥青VOC收集装置,一种用来收集沥青在特定温度加热状态下挥发的VOC,另一种用于收集沥青混合料在拌合状态下VOC的挥发,第三种用于收集沥青混合料从高温到冷却状态下以及服役过程中挥发的沥青VOC。沥青VOC经过收集系统之后,采用重量法和紫外可见分光光度计的分析方法,研究实验室环境条件下沥青烟VOC的释放影响因素以及释放规律,最终为开发出有毒有害物质产生量很低的环保型沥青提供理论依据。其次,本研究提出沥青VOC定性定量的新方法。采用TG-MS联用技术等现代分析方法,研究分析了沥青VOC的成分和部分特定成分的含量,研究结果不仅直观地反映了抑制剂对沥青VOC的抑制作用,而且客观验证了TG-MS联用方法可以实现对沥青VOC挥发物的定性和定量分析,衡量不同抑制剂对沥青VOC的作用效果,为抑制剂的开发提供了简单有效的评价标准。同时,本研究研发了三种单体抑制剂和两种复合抑制剂。选用三种不同类型的单体抑制剂,包括SBS、活性炭//LDHs,利用前文介绍的测试方法和VOC收集分析装置,分析证实了SBS和活性炭作为抑制剂对沥青VOC的抑制作用明显,但是对沥青官能团种类影响不大。在确定了单体抑制剂最佳掺量的基础上,研发了两种复合抑制剂,复合抑制剂1(4%SBS+4%活性炭)和复合抑制剂2(5%SBS+4%活性炭),通过实验证实了复合抑制剂无论是在沥青高温融化、储运过程,还是在沥青混合料拌合、摊铺过程中,对沥青VOC的抑制效果更佳。沥青中掺入复合抑制剂后,通过PM微颗粒物测试仪的检测,改性沥青混合料微颗粒物的释放量也有大幅度降低。最后,本文研究了复合抑制剂对沥青及沥青混合料性能的影响。结果表明,复合抑制剂对沥青的常规性能、流变性能及抗老化性能均产生有利影响,但是对沥青四组分的影响不大,沥青混合料的抗水损害性能和高温稳定性能因为复合抑制剂的加入也大幅度提高,证明复合抑制剂有利于改善沥青混合料的路用性能。
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【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U414

【参考文献】