（环境科学与工程专业论文）新型沥青烟气抑制剂及其抑烟效果评价研究.pdf

重庆大学博士学位论文 结果表明：1 ) 基质沥青烟气中的t s p 浓度达3 9 4 6m g m 3 ，复合掺加s b s 和纳米 c a c 0 3 的沥青烟气中浓度t s p 浓度仅为1 3 9m g m 3 。2 ) 对于1 6 种多环芳烃，复 合掺加s b s 和纳米c 8 c 0 3 的沥青烟气中的1 5 种芳烃浓度显著下降，多数组分的 降低率在5 0 以上，其中苊烯和芴降幅最大，分别从4 2 5 5u g m 3 下降至4 4 1u g m 和2 7 3u g m 3 下降至0 9 9u g m 3 。3 ) 在气态烃类物质中，总烃浓度从3 4 9m g m 3 下降至2 5 8m g m 3 ，非甲烷总烃浓度从1 6 2m g m a 下降至0 5 1m g m 3 。 通过马歇尔试验和对比性能试验，复合烟气抑制剂对低烟沥青混合料的性 能研究结果表明：1 ) 复合掺加纳米c a c 0 3 和s b s 的沥青混合料的稳定度明显高于 单掺的沥青混合料的稳定度和动稳定度，说明复合掺加不但抑烟效果好，而且更 有助于提高混合料的强度和高温稳定性。2 ) s b s 和纳米c a c 0 3 掺量为4 - - - 6 的范 围内，5 s b s 和4 纳米c a c 0 3 复合添加可以取得最佳的沥青混合料性能，使沥 青混合料的性能得到最大提高。 结合重庆绕城高速公路玉峰山隧道道路施工进行了实际路面铺筑抑烟效果 的现场试验，以总悬浮颗粒物( t s p ) 、多环芳烃和气态烃类物质三大类为评价指 标，分析结果显示：1 ) 普通沥青路面铺装过程中，t s p 浓度为3 5 1 m g m 3 ：低烟沥 青路面铺装过程中，t s p 浓度为1 6 9m g m 3 。2 ) 抑烟剂对苊烯、芴、葸、苯并【a 】 葸、屈、苯并【b 】荧葸、苯并嗍荧葸、苯并【a 】芘、二苯并 洲葸等9 种组分抑制效 果明显，其中苊烯浓度从1 9 8 lu g m 3 下降至1 5 9 9u g m 3 ，苯并 a 】葸从0 1 8 9u g m 3 下降至0 0 9 6u g m 3 ，苯并【b 】荧葸从0 0 8 9u g m 3 下降至0 0 3 9u g m 3 ，苯并【a 】芘从 0 0 1 5u g m 3 下降至0 0 0 4u g m 3 。现场气体采样分析结果说明s b s 和纳米c a c 0 3 复 合烟气抑制剂具有良好的抑烟效果。 关键词l 沥青烟，烟气减少率，抑制剂，s b s ，纳米c a c 0 3 n 英文摘要 a b s t r a c t t h ea s p h a l tp a v e m e n ti sw i d e l yu s e di nh o m ea n da b r o a db e c a u s eo fi t su n i q u e a d v a n t a g e s a tt h ep r o c e s so fm i x i n ga n dp a v i n ga th i 曲t e m p e r a t u r e ( 12 0 18 0 ) ，w h i c h w i l lp r o d u c el a r g ea m o u n t so ft h ec o n t a i n i n gp o i s o n o u sa n dh a r m f u li n g r e d i e n t sa s p h a l t g a s i tw i l lb r i n gd i f f e r e n tl e v e l so fp o l l u t i o nt on a t u r a le n v i r o n m e n t , s u c ha ss u r f a c e w a t e r , g r o u n d w a t e r , a t m o s p h e r ea n ds o i l e x p l o r eh o wt or e d u c ea s p h a l ts m o k e ( g a s ) a n dp r o d u c e di nt h ep o i s o n o u sa n dh a r m f u lm a t e r i a li na s p h a l tp a v e m e n tc o n s t r u c t i o n p r o c e s s t op r o t e c tt h eh e a l t ha n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n th a st h e 、，i t a ls i g n i f i c a n c eo n t h eb a s i co fc o n s u l t i n gal a r g en u m b e ro fc h i n e s ea n df o r e i g nl i t e r a t u r ew o r k s ，o n c o n d i t i o no fn o ts a c r i f i c i n gt h er o a dp e r f o r m a n c e so fb i t u m i n o u sc o n c r e t e ，t h r o u g ht h e i d e a so fa d d i n gf l u eg a si n h i b i t o r si na s p h a l tt or e d u c ef u m e ，w h i c hd i dt h em a t c h i n g t e s ta n ds m o k es u p p r e s s i o ne f f e c te v a l u a t i o n , g e t t i n gt h ef o l l o w i n gr e s u l t s ： 厶 i nt l 圮a s p e c t so fa s p h a tg a sp r o d u c e d ，t a k i n gn o w a d a y sm o s tw i d e l y a p p l i c a t i o no fs k 7 0 群，c n o o c7 0 样p e t r o l e u mp i t c ha n ds i n o p e c7 0 群p e t r o l e u mp i t c ha s t e s ts a m p l e s ，s i m u l a t i n ga s p h a l tr o a dp a v i n gw o r kc o n d i t i o n s ，c o n d u c t i n gt h e r e s e a r c h e so ft h el a w sa n da f f e c t i n gf a c t o r sa b o u tw h i c ha s p h a l tg a sb r i n g s ，c o n c l u d i n g t h ef a c t o r so fa f f e c t i n ga s p h a l tp r o d u c e ss m o k e ，w h i c hi n c l u d i n gh e a t i n gt e m p e r a t u r e ， h e a t i n gt i m e ，a s p h a l tt y p e ，e t c w h e nh e a t i n gt e m p e r a t u r ei su pt o18 0 ，t h ep e r i o d so f t i m ew h i c hp r o d u c t i o no fa s p h a l ts m o k ei n c r e a s e sa tt h ef a s t e s ts p e e di s0 4 hi n s i d e f o rh e a t i n g a f t e rh e a t i n g4 h ，a s p h a l ts m o k ep r o d u c t i o nr a t ei ss l o w i n g ，a n dg r a d u a l l y b e c o m e ss t a b l e 1 1 1 eh e a t i n gt e m p e r a t u r eo f16 0 1 8 0 i st h er a p i d l yc h a n g i n g t u r n i n gt e m p e r a t u r er a n g eo fg a sp r o d u c t i o n , n a m e l yw h e nh e a t i n gt e m p e r a t u r ei sm o r e t h a n16 0 一l8 0 c ( b e c a u s ea s p h a l tt y p ei sv a r i a b l e ) ，g a sp r o d u c t i o nw i l lg r o wv e r y f a s t h lt h ea s p e c t so fa s p h a l tg a si n h i b i t o r s ，p h y s i c a la b s o r b e n t , a n t i o x i d a n ta n d p o l y m e rm o d i f i e r , e t c ，c o n d u c t i n gt h es m o k es u p p r e s s i o ne f f e c te x p e r i m e n to ns e v e n m a t e r i a l sa m o n gt h e p r i m a r ys c r e e n i n go ft h es b s ，p e ，m e l a m i n e ，p h o s p h o r u s a m m o n i u mm o l y b d a t e ，m o l y b d e n u mt r i o x i d e ，a c t i v ec a r b o na n d n a n oc a c 0 3 a n dt e s ta s i n g l ea n dc o m b i n e ds m o k es u p p r e s s i o ne f f e c tt h er e s u l t si n d i c a t e ：1 ) w h e nt h ea d d i n g l e v e lo fs b si s4 ，t h er e d u c i n gr a t eo ft h et h r e ek i n d so fa s p h a l ts m o k e - s k 7 0 ， c n o o c7 0 撑a n ds i n o p e c7 0 群a r er e s p e c t i v e l y2 0 9 ，21 7 a n d2 3 o t h ea d d i n g l e v e lo f4 i saf o l dp o i n t w h e na d d i n gl e v e li sl e s st h a n4 ，t h ey i e l d i n gs m o k er a t e o fa s p h a l tr e d u c e sf a s t e r w h e na d d i n gl e v e li sm o r et h a n4 ，t h ep r o d u c i n gs m o k er a t e i ! i 重庆大学博士学位论文 o f a s p h a l tr e d u c e ss l o w e r 2 ) w h e nt h ea d d i n gl e v e lo f n a n oc a c 0 3s e l e c t s2 ，4 ，5 ， 6 a n d8 ，t h es m o k ep r o d u c t i o no ft h r e ek i n d so fa s p h a l t _ s k 7 0 群，c n o o c7 0 撑 a n ds i n o p e c7 0 群w i l ld e c r e a s ea st h er a i s i n go fa d d i n gl e v e lo fn a n oc a c 0 3 w h e nt h e a d d i n gl e v e li sm o r et h a n6 ，i tw i l lm a i n t a i ns t a b l ea n dt h er e d u c i n gr a t e so fa s p h a l t s m o k ea r er e s p e c t i v e l y7 9 ，8 7 a n d8 3 3 ) r n l et e s tr e s u l t so fc o n d u c t i n gd i f f e r e n t p r o p o r t i o n so fc o m p o s i t eb l e n d i n gb e t w e e nn a n oc a c 0 3a n ds b ss h o wt h a t ：t h e s m o k es u p p r e s s i o ne f f e c to fc o m p o s i t ea d d i n go fn a n oc a c 0 3a n ds b si sb e t t e rt h a nb e m i x e da l o n ew e l l ，a n dh a ss u p e r i m p o s i t i o ne f f e c t w h e nt h ea d d i n gl e v e lo fs b sa n d r l a n oc a c 0 3i s6 ，t h er e d u c i n gr a t eo ft h r e ek i n d so fa s p h a l tg a sa l la c h i e v e s m a x i m u m t h em a x i m u mo b j e c to ft h er e d u c i n gr a t ei sc n o o c7 0 群a s p h a l t , a n dc a n d e c r e a s et o3 2 t h e r e f o r ef o rt h es m o k es u p p r e s s i o ne f f e c t , t h ec o m p o s i t eb e t w e e n 6 o fn a n oc a c 0 3 a n d6 o fs b si st h eo p t i m a lb l e n d i n gp r o p o r t i o n b u ta c c o r d i n gt o c o m p r e h e m i v ec o n s i d e r a t i o no ft h eq u a n t i t yo fs m o k es u p p r e s s i o n , t h ei m p a c to n p e r f o r m a n c eo fa s p h a l tm i x t u r ea n de c o n o m i cb e h a v i o ro ft h r e em a i nf a c t o r s ，t h e c o o p e r a t i n ga d d i n gr a t i oo fc o m p o s i t es m o k es u p p r e s s i o na g e n to fs b sa n dn a n o c a c 0 3i s4 t o5 i i lm ea s p e c to ft h es m o k i n gs u p p r e s s i o ne f f e c te v a l u a t i o n ，t h es t a n d a r d i z a t i o n i n d e x e si sm a d eb ya s p h a l tg a si nt o t a l s u s p e n d e dp a r t i c l e s ( t s p ) a n dg a s e o u s h y d r o c a r b o n s a f t e rt h ea n a l y s i so ft h el o ws m o k ea s p h a l ta n dm a t r i xo fa s p h a l tg a s e m i s s i o n sc o n t r a s te x p e r i m e n t a n dt h er e s u l to ft h ee x p e r i m e n t a la n a l y s i ss h o w i n gt h a t t h r e es i t u a t i o n s ：f i r s t ，m a t r i xo fs m o l ( i n gt s pc o n c e n t r a t i o nt oa s p h a l t4 6m g m 3 ， c o m p o s i t ea d d i n gs b sa n dn a n om a t e r i a lc a c 0 3f l u eg a sc o n c e n t r a t i o no fa s p h a l tt s p c o n c e n t r a t i o n13 9 m g m 3o n l y s e c o n d ，i nv i e wo f16s p e c i e sp a h sc o m p o s i t ea d d i n g s b sa n dn a n oc a c 0 3a s p h a l to fs m o k e15a r o m a t i c sc o n c e n t r a t i o ns i g n i f i c a n t l y ，m o s t c o m p o n e n t si n5 0 l o w e rr a t e ，w h i c hi n f l u e n c e st h eg r e a t e s td r o pb yl i m o n e n ea n d f l u o r i n er e s p e c t i v e l yf r o m4 2 5 5u g m 3f e l lt o4 4 1u g m 3a n d2 7 3u g m f e l lt o0 9 9 u g m t h i r d ，i nt h em a t e r i a lo fg a s e o u ss t a t eo ft o t a lh y d r o c a r b o nh y d r o c a r b o n sf r o m 3 4 9m m ? c o n c e n t r a t i o no f 2 5 8r a g m 3d r o p p e dt o ，m e t h a n ec o n c e n t r a t i o n sf r o mi e m g m 3f e l lt o1 7 5m g m 3 ，t h et o t a lh y d r o c a r b o nc o n c e n t r a t i o no fm e t h a n ef r o m1 6 2 m g m 3f e l lt oo 51m g m 3 n a n oc a c 0 3c o m p o s i t et h a ts b sa n df l u eg a si n h i b i t o r so n p o l l u t a n t sh a s9 0 0 di n h i b i t i o ne f f e c t b y 龇m a r s h a l lt e s ta n dc o m p a r a t i v ep e r f o r m a n c et e s t , t h er e s e a r c hr e s u l t so f c o m p o s i t ef l u eg a si n h i b i t o r sh o wt oa f f e c tl o ws m o k ea n dt h ep e r f o r m a n c eo fa s p h a l t m i x t u r ei n d i c a t e ：1 ) t h es t a b i l i t yo fc o m p o s i t ea u d d i n ga s p h a l tm i x t u r eo fn a n oc a c 0 3 a n ds b si so b v i o u s l yh i g h e rt h a nt h es t a b i l i t ya n dd y n a m i cs t a b i l i t yo fa s p h a l tm i x t u r e i v 英文摘要 o n l ym i x i n g t h i se x p l a i n st h a tt h ec o m p o s i t ea d d i n go fn a n oc a c 0 3a n ds b sh a sn o t o n l yg o o ds m o k es u p p r e s s i o ne f f e c t , b u ta l s om o r e b e n e f i tt oi m p r o v es t r e n g t ha n dh i g h t e m p e r a t u r es t a b i l i t yo fm i x t u r e 2 ) w h e nt h ea d d i n g d o s a g eo fs b sa n dn a n oc a c 0 3 i s b e t w e e n4 6 ，t h ec o m p o u n da d d i n go fs m o k es u p p r e s s i o no ft h en a n oc a c 0 3o f 5 a n ds b so f4 c a l la c h i e v et h eb e s tp e r f o r m a n c eo fa s p h a l tm i x t u r e ，a n dm a k et h e p e r f o r m a n c eo fa s p h a l tm i x t u r eo b t a i nt h eb i g g e s ti m p r o v e m e n t t h i st o p i cc o n d u c t sp a v i n gr o a d w a y sf i e l dt e s ti ny u f e n gm o u n t a i nt u n n e lo f c h o n g q i n gs u b u r b a nf r e e w a y ，s e l e c t i n gt h et o t a ls u s p e n d e dp a r t i c l e s ( t s p ) ，p a h sa n d g a s c o n sh y d r o c a r b o n st h r e ec a t e g o r i e s 舔e v a l u a t i o ni n d e x e st h er e s u l t ss h o wt h a t ：1 ) i n t h ec o n l m o na s p h a l tp a v e m e n tp r o c e s s ，t h et s pc o n c e n t r a t i o no fp a v e ri nt h e s u r r o u n d i n ga i ri s8 2 5m g m 3 ，a n dt h et s pc o n c e n t r a t i o no fr o a da i re n v i r o n m e n ti s 3 51m g m 3 d u r i n ga s p h a l tp a v e m e n tp r o c e s so ft h el o ws m o k e ，t h et s pc o n c e n t r a t i o n o f p a v e ri nt h ea m b i e n ta i ri s8 0 4 m g m 3 ，a n dt h et s pd e n s i t yo f r o a da i re n v i r o n m e n ti s 1 6 9m g m 3 2 ) t h es m o k es u p p r e s s i o na g e n th a ss i g n i f i c a n ti n h i b i t i n ge f f e c to n a e e n a p h t h y l e n e ，f l u o r e n e ，a n t h r a c e n e ，b e n z e n e 【a 】a n do x y g e n a t e d , f l e x i o n , b e n z e n e 【b 】 a n df l u o r a n t h e n e ，b e n z e n e k a n df l u o r a n t h e n e ，b e n z e n e a a n ds e p a r a t e d - l y m p h o c y t e ， d i p h e n y la n do x y g e n a t e drh i f o r9t y p e so fc o m p o n e n t s i nr o a de n v i r o n m e n t i n f l u e n c ef r o mp r o p y l e n e1 9 81u g m sc o n c e n t r a t i o nd r o p st o1 5 9 9u g m ，b e n z e n ea n d o x y g e n a t e d a f r o mo 18 9u g m 3f e l lt o0 0 9 6u g m ，b e n z e n ea n d 【b 】y i n gf r o m0 0 8 9 u g m so x y g e n a t e dd r o p p e d t o0 0 3 9u g m 3 ，b e n z e n ea n ds e p a r a t e d l y m p h o c y t e 【a - f r o m 0 0 15u g m 3f e l lt o0 0 0 4u g m 3 g a ss a m p l i n ga n da n a l y s i sr e s u l t si n d i c a t et h a ti tc a n f u l l yp r o v et h a tt h ec o m p o s i t eg a si n h i b i t o r so ft h en a n oc a c 0 3a n ds b sh a v eg o o d s m o k es u p p r e s s i o ne f f e c t k e y w o r d s ：a s p h a l tg a s ；r e d u c i n g r a t eo fg a s ；i n h i b i t o r s ；s b s ；n a n oc a c 0 3 v 1 绪论 1 绪论 1 1 问题的提出 我国正处于交通基础设施建设发展的高峰时期，公路建设年投资规模由1 9 7 8 年的4 9 亿元增长到2 0 0 7 年的6 4 9 0 亿元在高速公路建设方面，2 0 0 5 年至2 0 1 0 年年均投资约为1 4 0 0 亿元，2 0 1 0 年至2 0 2 0 年预计年均投资约需1 0 0 0 亿元。 沥青混凝土路面具有较好的弹性和韧性、无接缝、平整度好、行车舒适、耐 磨、低噪声、施工周期短等诸多优点而被公路建设广泛使用，“路面黑色化”己成为 高等级公路建设的主流，路用沥青用量大幅增加，1 9 9 8 年全国道路沥青总消费量 仅为3 1 3 万吨，2 0 0 2 年上升为8 4 7 万吨，2 0 0 4 年路用沥青消费量超1 0 0 0 万吨， 目前每年沥青用量在1 4 0 0 万吨左右。 作为沥青混凝土黏结料的石油沥青，是由性质及分子量不同的烃和烃的衍生 物组成的混合物。在常温下其呈固体、半固体、颜色为辣褐色至黑色，有较高的 粘滞性，溶于二硫化碳、氧仿、乙醚、丙酮和松节油，不同于水、酒精、酸类、 碱类；密度为1 0 0 0 1 8 0 0 9 c m 3 由于沥青产地、结构、加工工艺等不同，其化 学成分亦有较大区别。石油沥青的主要成分除沥青质和树脂( 不饱和烃的聚合物) 外，尚含有少量的苯、萘、葸、菲、吡啶、吖啶、咔唑及酚等挥发性物质，这些 挥发性物质是沥青对环境具有一定影响的主要因素。由于施工技术要求，沥青混 合料在高温( 1 2 0 - 1 8 0 ) 拌和与摊铺条件下，沥青极易释放出沥青烟( 气) ， 并以气溶胶的形式存在于空气之中。烟( 气) 中含有数千种物质，已分析出含有萘、 菲、咔唑、吡啉、吡啶、葸、酚、吡咯、吲哚、茚等多达1 0 0 多种，其中对人体有 害的主要组分有吖啶类、酚类、吡啶类、蒽萘类及苯并芘类如3 , 4 苯并芘物质等， 这些成分会刺激接触人员的视觉和嗅觉器官，使施工人员产生不舒适，从而降低 工作效率。重庆地区，气温高，隧道和路堑地段多，在城市道路、山区公路长路 堑地段和隧道地段等通风条件较差路段的沥青路面摊铺施工中，由于这些特殊地 形条件下的道路通风较差，沥青烟气浓度大，当施工人员暴露在这种浓度较高的 沥青环境中时，沥青烟气的有害组分将会对施工人员的健康产生不同程度的影响， 特别是在隧道路面施工条件下，这种影响将会更大，目前施工单位为减小这种影 响，常采取工作一定时间后换班的方法，将严重影响施工效率。而在通风添加较 差的街道处施工时，飞散到空中的沥青烟气与大气中的微尘结合，污染微尘，被 玷污了的飘尘降落至地面后，沥青烟气成分将可能污染水体、土壤和各种生物， 对地表水、地下水、大气和土壤等自然环境造成不同程度的污染。 根据查阅的大量中外文献可以看出，目前对于施工过程中产生的沥青烟气还 没有行之有效的处治方法，而沥青路面作为最常用的路面形式，沥青作为沥青路 1 重庆大学博士学位论文 面的粘结料而大量使用，沥青烟( 气) 中的挥发成分对接触人员产生不舒适感影 响及对环境的污染，研究如何降低沥青筑路过程中沥青烟( 气) 对施工人员和环 境的影响，对于城市道路、山区公路长路堑地段和隧道沥青路面的施工具有重要 意义。本课题目的是通过室内试验、现场调查测试找出沥青路面施工过程中产生 的烟气成分及其对环境与人体产生舒适感的影响，优化沥青路面施工工艺，降低 沥青混合料生产过程中的沥青烟( 气) 产生量及其中有害物质的含量；降低沥青 路面施工过程中沥青烟气对施工人员和周围人员的影响，使沥青路面施工的安全、 环保、健康。本课题开展新型沥青烟气抑制剂及其抑烟效果评价研究，对于减小 沥青路面施工产生的环境污染、改善路面施工人员工作条件、提高路面施工效率 和文明水平将具有重要的意义。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 沥青路面的特点及其发展 沥青路面是在柔性基层、半刚性基层上，铺筑一定厚度的沥青混合料作面层 的路面结构。这种路面与砂石路面相比，其和强度稳定性都大大提高。与水泥混 凝土路面相比，沥青路面表面平整无接缝，行车振动小，噪音低，开放交通快， 养护简便。虽然沥青路面的成本价格比起混凝土路面的价格要高一些，但是从长 远的效益以及后期的维护、保养上来看，沥青路面有着混泥土路面不可比拟的优 势： 沥青路面的风噪声小，对车子的胎面磨损小一些，同时也有利于提高车子 的抓地力。 沥青路面的物理特性优异，主要表现在韧性方面比较好，抗压性和拉伸性 好，能够较好适应不是很稳定的路基。 沥青路面后期维护简易，可以进行部分重建，而不用像混凝土路面那样要 大规模的修建，维护成本价低，这是进行基础建设工程不得不考虑得问题。 可有效地提高乐资源地利用率。虽然沥青路面再铺设得过程中会造成一定 得环境污染，但是沥青材料只要不发生化学上的反应，是可以进行反复利用的。 由于沥青路面的以上优点，其在世界范围内得到广泛的应用，特别是在高等 级公路中的应用。而我国由于高等级公路的大规模建设，部分高速公路路面技术 和质量总体上已达到或接近国际先进水平。 国外沥青路面的发展【9 8 - 9 9 1 0 1 - 1 0 4 根据记载，人类远在公元前3 8 0 0 年公元前2 5 0 0 年就开始使用沥青，先后 在埃及的尼罗河、美索不达米亚的底格里斯河及幼发拉底河、巴基斯坦的鳊河等 流域开发沥青矿藏并应用于口常生活中。大约在公元前6 0 0 年，在巴比伦就铺筑 了第一条沥青路面，但这种工艺不久便年失传了。据考古资料，印加帝国在1 5 世 2 1 绪论 纪也已采用天然沥青修筑沥青碎石路，但是一直到1 9 世纪，人类才真正开始利用 沥青筑路。英国在1 8 3 2 - 1 8 3 8 年之间，用煤沥青在格洛斯特郡修筑了第一段煤沥 青碎石路；1 8 5 0 年前后，法国把岩沥青用于道路路面。1 8 5 4 年法国的马娄( l m a l o ) 在巴黎用碾压法修长热铺岩沥青路面，当时采用的岩沥青，是渗透有6 - 1 0 沥青成 人的石炭岩，把它打碎成细粒，加热摊铺碾压，而形成沥青路面。 1 8 5 0 年以后，美国也从法国、瑞士输入大量岩沥青，以东部为中心修筑沥青 路面。1 8 7 1 年，德斯门特( e j d e s d m e n t ) 在纽约市用砂、石灰石粉和特尼里特湖 沥青铺筑沥青路面获得成功，并得到了专利施工方法。这是近代热铺湖沥青路面 之始。 1 9 世纪5 0 年代使用的拌和沥青混合料，是在用煤作燃料的紧密炉栅上架一个 较浅的铁盘，把集料轧太强并经粗略地分级后放在铁盘上加热烘干，然后浇上热 的煤沥青，用人工拌和。2 0 世纪初才发展成机械化的烘干及拌和方式【l 晦1 1 0 】，并不 断地进行改进和发展。沥青路面的真正发展是在2 0 世纪以后。2 0 世纪初，美国首 先提出针入度作为沥青的分级指标，德国则提出了最初的沥青组分分析方法，并 研究了沥青的组分含量同路用性能的关系。目前，国外沥青混合料和设备已基本 达到了生产能力系列化、技术性能先进化、操作控制自动化的程度，并朝着进一 步提高产品性能、降低能耗、减少环境污染、实现生产过程全自动化等方面发展。 沥青混合料摊铺机的发展也有6 0 多年的历史 9 6 - 9 7 1 。在2 0 世纪3 0 年代初，美 国就已生产出了早期的专用摊铺机，用于道路的摊铺作业。随着世界整体工业技 术水平和相关技术装备的不断发展和提高，摊铺机也发展成为具有多种功能和结 构形式的系列装备，在修长公路中起着至关重要的作用。我国6 0 年代末由交通部 组织开发研制间歇强制式沥青混合料拌和设备，7 0 年代初研究沥青混合料摊铺机。 随着技术的引进、消化、吸收和企业自主开发能力的提高，沥青混合料拌和及摊 铺设备有了突飞猛进的发展，目前的技术水平已达到国际9 0 年代初的先进水平。 这为推广沥青路面施工机械化创造了条件。 随着国际上对沥青材料研究工作的重视，除了普遍都在重新审视沥青及沥青 混合料的标准、技术指标外，目前对沥青路面的研究主要集中在以下几个方面： 研究沥青材料的性质及其与矿料之间的相互作用机理，借以改善沥青性能， 提高沥青混合料的强度与稳定性。 在车辆荷载的重复作用下，低温时产生收缩与疲劳开裂，高温时产生永久 变形和车裂，这些是沥青路面的典型破坏现象。裂缝及车裂的形成规律及其预测 与防治方法是几年来以及今后一个时期研究的重要课题。 以提高耐久性为目的的沥青路面结构类型的研究也是近些年来重点研究的 课题之一目前大交通量的沥青路面，除采用广泛使用的密级配沥青混凝土面层 外，德国的浇筑式沥青混凝土路面、英国的碾压式沥青路面以及近年来受到重视 3 重庆大学博士学位论文 的沥青玛蹄脂碎石混合料( s m a ) 路面和半刚性沥青路面等，对提高沥青路面的 路用性能都具有重要的意义 平整度与粗糙度是沥青路面两项的主要的表面特征，也是当前研究的重要 课题。沥青路面的平整度主要通过改进完善沥青混合料摊铺设备与摊铺工艺来实 现。为了提高沥青路面的粗糙度，研究提出了采用间断级配的防滑面层结构，还 有一些国家研究试铺了开级配沥青碎石磨耗层( 又称排水式沥青路面或低噪声路 面o g f c ) 。 沥青及沥青混合料性能改善的研究，也引起了世界各国的极大关注。采用 橡胶类、热塑性橡胶类和树脂类等各种聚合物改善沥青性能已成为当今沥青路面 研究的一个热门课题。 许多国家都力图建立沥青路面的数学力学模型，同时大力开展沥青混合料 的流变性能和动力性能的研究，以建立一套完整的设计方法及提供必要的设计参 数。 近年来，由于对环境保护的重视，以及多次能源危机的出现，沥青路面的 再生利用受到了极大的重视。许多国家对沥青路面的再生机理，再生混合料的性 能与设计方法，以及对旧沥青路面的回收、加热、拌合、摊铺等施工工艺与施工 机械等都进行了大量的研究。 尽管自2 0 世纪6 0 年代以来，国内外许多学者在沥青、沥青混合料和沥青路 面方面作了大量的研究，但是由于沥青是一种成分比较复杂的无定型高分子化合 物的混合物，同时沥青路面有事工作在复杂多变的气候条件与交通荷载的情况下， 如何将各种情况下沥青路面的使用品质同沥青及沥青混合料的性能指标联系起 来，尚需进行大量的工作，并且随着对环境保护的日益重视，环境友好型沥青的 研究与应用也将是沥青路面的一个重要发展方向，而本课题就正是属于这方面的 研究。 我国沥青路面的发展 在五、六十年代以前，我国修长的公路大都采用二级以下的技术标准，主要 是砂石路面，沥青很少且等级低。由于受当时各方面条件的限制，沥青面层基本 上采用层铺法施工，即先在已个修好的的路基或基层上用人工或沥青洒布机喷洒 沥青( 渣油) ，再用人工或机械均匀地撤布石料，最后用压路机压实，依据不同的 施工要求，可进行单层或多层的表处路面施工。在这个阶段，渣油表处是最主要 的路面结构形式。 至7 0 年代，随着我国一些油田的开发并开始生产符合一定规格的沥青，为大 量修长沥青提供了良好的物质基础。与此同时，沥青碎石结构、贯入式路面或上 拌下贯路面得到了发展，成为公路二线的主要路面材料和结构。这个阶段还是以 人工铺筑为主，施工技术水平仍然较低。 4 1 绪论 从8 0 年代至今，我国开始进入大规模建设高等级公路的新时期，特别是9 0 年代以来，高速公路发展迅速，调整公路的沥青修长形成了以路面结构、材料、 设计、施工和检测为核心的成套技术，施工技术水平、施工质量有了很大提高， 部分高速公路路面技术和质量总体上已达到或接近国际先进水平。到2 0 0 4 年底， 我国的公路通车总里程己达到1 8 5 6 万公里，其中高速公路近3 万公里，居世界第 二。根据“十一五”规划，交通部预计到2 0 1 0 年，公路总里程将达到2 1 0 万至2 3 0 万公里，高速公路总里程会达到5 万公里。 鉴于目前沥青作为筑路原料的大量使用，沥青烟气中有毒有害物质对接触人 员的危害及对环境的污染，研究如何降低沥青筑路过程中沥青烟气及其中有毒有 害物质的产生是非常必须的。本课题研究工作的开展，积极研发降低烟气产生量 及有毒有害物质产生量的沥青添加剂，对于减小公路沥青路面施工产生的环境污 染；改善路面施工人员工作条件；提高路面施工的文明水平；确保沥青路面施工 的安全、环保、健康等将具有重要的意义。 1 2 2 改性沥青机理研究 。 改性机理是指外添加剂对基质沥青的化学组成、物理化学性质和胶体结构性 质改性的作用原理以及基质沥青对外添剂的物理化学性质改性的作用原理。对改 性机理的研究是对改性作用原理的研究。由于沥青成分复杂，对其改性机理的认识 非常困难。目前依据实验现象推测机理较多，而通过实验表征较少。随着人们对沥 青成分的不断深入认识，相信对改性机理的认识会不断深入【i 别。 橡胶类改性机理 苗 橡胶类改性沥青使用最多的是丁苯橡胶( s b r ) 和氯丁橡胶( c r ) ，其本质是橡 胶首先分散于沥青中，然后沥青中饱和分与芳香分与橡胶结构单元中的烷烃结构 与芳香结构发生物理化学作用，使橡胶的链结构在沥青中溶胀、延展。从而使沥 青具有高分子物质的性质，由此改善沥青的路用性能【3 j 。 杨建丽 4 1 等用共炼法制得废旧轮胎改性剂，加入基质沥青中发现分散性很好， 橡胶以大分子水平均匀分散于沥青中，使沥青的性质得到改善。吴少鹏【5 】等通过电 镜照片、颗粒分布、红外光谱