【摘 要】
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近年,随着西部开发速度加快以及城市道路养护量增加,道路沥青的消耗量逐年增加。沥青烟气相关问题一直是道路工程近几年研究的热点。由于沥青是通过无损蒸馏处理从石油残渣中获得的,几种轻烃在高温下容易氧化挥发,从而产生有害的挥发性有机化合物VOCs。VOCs对人体健康有负面影响,长期接触会导致自身免疫力下降、皮肤病、脑涨、呼吸困难等健康问题。此外,VOCs会粘附在固体颗粒物上,通过气流、降雨等方式侵入土壤和
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近年,随着西部开发速度加快以及城市道路养护量增加,道路沥青的消耗量逐年增加。沥青烟气相关问题一直是道路工程近几年研究的热点。由于沥青是通过无损蒸馏处理从石油残渣中获得的,几种轻烃在高温下容易氧化挥发,从而产生有害的挥发性有机化合物VOCs。VOCs对人体健康有负面影响,长期接触会导致自身免疫力下降、皮肤病、脑涨、呼吸困难等健康问题。此外,VOCs会粘附在固体颗粒物上,通过气流、降雨等方式侵入土壤和水体,造成长期的生态环境危害。本文首先对沥青烟气释放原理、抑制沥青中VOCs排放的手段以及环保型改性沥青的研发等展开了深入研究,对选取的改性剂（活性炭、Al（OH）3、表面活性剂）进行单掺和复配,研发环保型沥青复合改性剂,通过自主设计的一种简便式沥青烟气收集与检测装置来实时检测沥青加热时烟气中VOCs排放过程,初步确定优选组合。研究表明:添加C5+S3（5%活性炭+3%表面活性剂）的环保型改性沥青对VOCs的抑制效果最明显。随着活性炭掺量的增加,环保型改性沥青针入度和延度降低,而软化点随着活性炭掺量的增加而增大;随着表面活性剂掺量的增加,环保型改性沥青针入度和延度均下降;软化点随着表面活性剂掺量的增加而增大。其次,改变改性剂的组合、掺量,进一步探究不同温度下环保型改性沥青对VOCs的抑制效果。采用顶空固相微萃取和气相色谱-质谱仪相结合的方法提取和测定不同改性剂组合的环保型改性沥青中VOCs的具体成分,以探究不同环保型改性沥青对VOCs中各成分的吸附规律。研究表明:温度对沥青VOCs排放量影响较大,随着温度的升高,不同环保型改性沥青的VOCs排放量成倍增加。增加活性炭和表面活性剂掺量能有效提高对VOCs的抑制效果,但掺入过多有可能影响其抑制效果,反而会增加沥青烟气中VOCs的组分。根据化学组分的特征,可以将沥青VOCs中的化合物分为三类,即脂肪烃,芳烃和烃类衍生物,脂肪烃在VOCs组成中占主导地位。活性炭更倾向于吸收沥青VOCs中的脂肪烃和烃类衍生物,而表面活性剂更倾向于吸收芳烃类物质。然后,对不同改性剂掺量下制备的环保型改性沥青进行了频率扫描试验、多应力重复蠕变试验和弯曲梁流变试验,测试其流变性能。研究表明:添加活性炭和表面活性剂的环保型改性沥青对高温抗变形能力有所提高,低温性能稍有减弱,增加了环保型改性沥青低温开裂的机会。探究了不同改性剂掺量对环保型改性沥青混合料高温抗车辙能力、低温抗裂性和水稳定性等路用性能的影响。研究表明:活性炭和表面活性剂的掺入对于高温稳定性有显著提高,低温性能有所降低,但符合规范要求,水稳定性能有所提高。考虑经济效益,添加C5+S3的环保型改性沥青的整体性能最佳。最后,根据公路隧道的密闭条件和通风状况,建立公路隧道仿真模型,运用流体动力学理论（CFD）研究最佳改性剂组合下环保型改性沥青在公路隧道内摊铺过程中VOCs的扩散和分布特征。研究表明:在隧道不同高度处,C5+S3环保型改性沥青VOCs释放量远远小于70#沥青。随着高度的增加,两种沥青VOCs在空气中的质量比例逐渐减小,均呈现随时间先增大后减小的趋势。不同风速下的沥青烟气扩散规律也不同。
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