沥青使用过程中对环境的影响研究

发布时间：2020-08-09 19:49

【摘要】： 近年来,我国乃至全世界面临严重的环境污染问题,其中有机物以其高毒性、成分复杂性和难治理性成为环境检测和治理的一个重点和难点。沥青在加工和使用过程中其组分可以迁移到环境中,是造成环境有机物污染的一个污染源。为了评价沥青组分对环境的危害性,本文针对沥青组分在空气和水体中的危害性进行研究,进而指导沥青材料的使用,来减少或避免沥青组分对环境的危害性。 在评价沥青烟对空气的危害性时,在实验室内采用反应釜为主体的沥青烟产生设备,考察拌和条件对沥青烟释放量和化学组成的影响,结果表明沥青烟主要是由粒径大于3μm的颗粒状物质组成(重组分),而粒径低于3μm的颗粒状物质和气态物质(轻组分)含量甚小,远远低于重组分的含量,且随着温度、时间和空速的增加,沥青烟的释放量呈增加的趋势;而未搅拌条件下沥青烟的释放量较搅拌条件下有所增加。对沥青烟的化学组成分析表明,沥青烟中主要是由烷烃化合物、芳烃化合物和含硫、氮、氧的杂环化合物组成,且随着温度、时间和空速的增加,沥青烟中芳烃化合物和杂环化合物所占比例增加,烷烃化合物所占比例降低;相比于搅拌条件而言,未搅拌条件下沥青烟中芳烃化合物和杂环化合物所占比例增加,烷烃化合物比例降低。由此可见,拌和条件对烷烃化合物的影响较小,而对芳烃化合物和杂环化合物的影响较大。在影响因素研究的基础上,在实验室内以沥青四组分分布为指标,来模拟拌和条件下沥青烟的释放量,并对近十年沥青烟释放量进行统算,结果表明近两年每年都有2.5万吨以上的沥青烟释放到空气中。 在评价沥青组分对水体的危害性时,采用浸出的实验方法,首先考察常温条件下沥青组分的可浸出性;结果表明沥青的组分可以浸出,但浸出量较小,且都低于地表水限定指标。但在影响因素研究中表明,温度、浸出液pH值和浸出液中氯盐含量都对沥青组分的浸出有影响,这说明沥青组分对水体存在潜在危害性。为了评价沥青组分对水体的潜在危害性,采用正交实验和单因素考察,优化得出五种沥青组分最大浸出量的条件,并对此条件下的浸出的沥青组分进行定量和定性分析,定量分析表明,浸出液中总有机物含量(COD)较大,且都超过了地表水限定指标;定性分析表明,沥青中浸出量较大的组分是一些含有羟基和羰基的化合物,其次是烷烃化合物,经归属得出,这些易浸出且浸出量较大的含有羟基和羰基的化合物主要分布在沥青的胶质和沥青质中。通过对五种沥青中可浸出组分的危害性评价表明,沥青组分中含有危害性较大的环境优先控制物,但对其的定量分析表明,其含量低于仪器检测下限,这说明可浸出的沥青组分中毒害性较大的组分含量很小。在沥青老化程度对沥青组分浸出量的影响中表明,随着沥青老化程度的增加,其组分的浸出量增加,说明沥青在使用过程中,其组分对水体的潜在危害性程度增加。在浸出级数的考察中表明,随着浸出级数的增加,五种沥青的浸出液COD值均呈现降低的趋势,说明随着雨水等的冲刷作用,沥青中可浸出组分的量会越来越少,对水体的潜在危害性程度会不断降低。 通过比较沥青组分对空气和水体的危害性程度,表明沥青在热拌和过程中,每千克沥青可以释放0.7g的多环芳烃;而在最大浸出条件下,浸出组分中毒害性较大的邻苯二甲酸脂类化合物的含量低于仪器检测下限,由此说明沥青烟对空气的危害性比较大。为了降低沥青烟对空气的危害性,本文研究了抑制沥青烟产生的方法。首先通过关联载气中氧气含量和沥青烟释放量的关系,以及沥青组分结构和氧元素含量的变化,验证沥青烟产生是由于组分氧化的机理。再通过考察市场上常用的五种自由基抑制剂对A沥青烟的抑制作用,找出了抑制效果较好的抑制剂及其含量。通过考察抑制剂a对五种沥青烟气的抑制效果表明,同一抑制剂可以对同一油源的沥青具有相同的抑制效果,但不可能找出一种对所有沥青的烟气都具有较好的抑制效果的抑制剂。在实验选用的五种沥青中,a和c抑制剂在加入量为4%时,对A、C、D和E四种沥青烟都具有很好的抑制效果,但对B沥青的抑制效果较差,甚至导致沥青烟释放量的增加。 通过考察抑制剂对沥青性能的影响得出,当抑制剂对沥青烟的产生具有较好的抑制效果时,抑制剂不会对沥青的性能产生影响,但如果抑制剂的加入导致沥青烟的释放量增加,则抑制剂的加入使得沥青性能向着老化方向进行。通过抑制剂对沥青TFOT老化性能的影响表明,添加抑制剂后沥青的质量变化变小,但老化后各项指标变化不明显,对老化后沥青的组分结构研究表明,添加了c抑制剂的沥青老化后的羰基吸收峰强度较低,这说明,抑制剂的加入抑制了沥青组分和氧气的反应,即抑制了组分的氧化,进而验证了其对沥青烟具有抑制效果。
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X50
【图文】：

威国家职业性健康协会则提出沥青铺路工的疼痛发作率及其他病症要高于其他工人，并将沥青烟雾浓度一般承受值定为0.358 mg/m3，得出职业性发病率与1，2，4 三甲基苯高温、烟雾浓度及胺含量大小密切相关的看法[23]。1.2.1.1 沥青烟的产生和富集方法研究鉴于沥青烟的危害性，国内外学者们在20世纪60年代开始了对沥青烟的研究，但在较长的一段时间内，以评价沥青烟的毒害性为主，且沥青烟都是在现场拌合过程中收集获得。随着人们研究的深入，对沥青烟的研究不在限于其毒害性评价上，20世纪末国内外部分学者开始了对沥青烟的影响和组成的研究，沥青烟的获得也有现场捕集转为实验室制备。在室内研究中，沥青烟的产生过程中大都采用自制的沥青烟产生装置，其中最具有代表性的有下列几种。Anthony J. Kriech（1999）[24]等人研究了不同沥青烟制备条件对沥青烟组成的影响他们采用美国国家职业安全与卫生协会（the National Institute of Occupational Safety anHealth（NIOSH））的 Sivak（1989）[25]设计的沥青烟产生设备。如图 1-1 所示。

第一章 前言Anthony J. Kriech 以建筑沥青为原料，来研究其的生烟情况。沥青样品盛放在烧瓶中，在电加热和搅拌器作用下来产生沥青烟。首先空气经过干燥处理后以 10L的速率通入热沥青液面的上空，产生的沥青烟经空气载气带出后经四个串联的玻璃滤筒收集烟气中的液态颗粒状物质，并用 XAD-2 树脂富集沥青中的易挥发性组分后所有的沥青烟组分用二硫化碳洗脱混合后进行组成分析。结果表明，沥青烟产生中条件的微小变化就会导致沥青烟组成的明显不同。Jin Wang（2001）[26]等人采用图 1-2 的沥青烟产生装置来研究沥青的生烟情况沥青烟产生装置相比于 NIOSH 实验室沥青烟产生设备而言更要复杂的多。Jin Wan人在设计此装置时主要是来模拟现场拌和过程中沥青的生烟情况。相关博士学位论文 2011年 第01期 工程科技Ⅰ辑

中国石油大学（华东）博士学位论文以薄层状流经一个产生器，且都是用来模拟沥青拌和过程中生烟情况。相比而言，Heritage 的沥青烟产生装置对沥青烟的富集比较简单，但沥青生烟过程中各个条件的控制比较严格，比 Jin Wang 的更接近于现场拌和情况。期 才洪美：沥青使用过程中对环境的影响研究 B027-

【引证文献】

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1 肖明月;吴禀雅;张培培;;浅谈沥青路面的危害与防护[J];科技信息;2012年32期

2 胡霞光;吴凤珍;李凤;刘紫阳;;公路建设与养护中的节能减排技术[J];徐州工程学院学报(自然科学版);2012年01期

本文编号：2787478