沥青混合料对水环境的影响.pdf

第 1 7 卷第 5 期 2 0 1 4年 1 O月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATE RI AI S Vo 1 1 7 No 5 0C t 2 O1 4 文 章 编 号 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 4 0 5 0 9 3 3 0 6 沥青混合料对水环境 的影响 陈 俊 张倩倩 黄晓明 吴建 1 河海 大学 土 木 与交通 学 院 江 苏 南 京 2 1 0 0 9 8 2 东南 大学 涛 刘 云 交通 学 院 江苏 南 京 2 1 0 0 9 6 摘要 为 了研究与沥青混合料接触后水质的变化 首先在 实验 室内成型了 1 0组沥青混合料 的马歇 尔试 件 成 型试件 时考 虑 了不 同的 沥 青 混合 料 级 配 空 隙率 和 沥 青 标 号 以及 添 加 杭 剥 落 剂 等 因 素 并把 试件 放入 不 同 P H 值 的水样 中真 空饱 水 2 4 h 然 后按 照 中 国生 活饮 用水评 价 指 标 测 试 了 真 空饱 水后 水样 的 p H 值 耗氧 量 总硬度 及 重金属 含 量 结果表 明 沥青 混合 料 真 空饱 水 2 4 h后 水 质 恶化 明显 中性 水 样 p H 值 约增 大 0 4倍 酸 性 水样 p H 值 则增 大 1 7倍 以上 在 沥青 混 合 料 中添加抗剥落荆以及降低沥青混合料的空隙率可以有效降低 水样 p H 值 的增大幅度 水样 的化 学 耗氧量增 大 3 4倍 通过降低沥青混合料 空隙率 适 当提高初始水样的 p H值至中性等方式 可以 降低 水样 中有机 物 的含 量 水样 的 总硬 度 增 大 3 4倍 在 沥青 混合 料 中添加 抗 剥 落 剂 可降低 水样 总硬 度 的增 大幅度 关 键 词 水 污 染 沥青 混合料 p H 值 耗 氧 量 总硬度 重金 属 中图分 类 号 U4 1 4 文献标 志 码 A d o i 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 4 0 5 0 3 0 Ef f e c t o f As p ha l t M ix t u r e o n W a t e r En v ir o nme nt CHEN J u n ZHANG Qia n q ia n H UANG Xia o min g W U Jia n t a o LI U Yu n 1 C o l l e g e o f Ci v i l a n d Tr a n s p 0 r t a t i 0 n En g i n e e r in g Ho h a i Un iv e r s i t y Na n j i n g 2 1 0 0 9 8 Ch i n a 2 S c h o o l o f Tr a n s p o r t a t i o n S o u t h e a s t Un i v e r s it y Na n j i n g 2 1 0 0 9 6 C h i n a Ab s t r a c t I n o r de r t o s t u d y t h e wa t e r qu a l it y a f t e r t he i nt e r a c t i on wit h a s p ha l t mixt u r e t e n gr ou ps o f M a r s ha l l s a mpl e s o f a s pha l t mix t u r e wit h d if f e r e n t a ir v o id p e r c e nt a ge s gr a d a t io ns a s ph a l t g r a d e s a nd a nt i s t r ipp ing a ge n t we r e pr e p a r e d f ir s t l y W a t e r s a mpl e s wit h di f f e r e nt pH v a l ue s we r e a l s o pr e p a r e d in l a b o r a t or y Th e n t he a s pha l t m ix t ur e s a m p l e s we r e i m me r s e d in t he v a c u um s e a l i ng wa t e r f o r 2 4 h S o m e in d ic e s inc l u d ing pH v a l u e ox yg e n d e ma nd t o t a l h a r d ne s s c o nt e nt o f he a v y m e t a l s we r e s e l e c t e d f r o m t he s t a n d a r d s f o r d r in k in g wa t e r q u a l it y t o e v a l u a t e t h e wa t e r q u a l it y a f t e r it s c o n t a c t wit h a s p h a l t mix t u r e Re s ul t s s ho w t h at wa t e r q ua l it y is de t e r io r a t e d s i gni f ic a nt l y whe n a s pha l t m ix t ur e is imm e r s e d in t h e wa t e r s a mpl e s f or 2 4 h pH v a l ue s o f n e ut r a l a n d a c id wa t e r s a m p l e s a r e 0 4 t im e s a n d 1 7 t ime s t ha t be f o r e im me r s ion t e s t r e s pe c t iv e l y Th e i nc r e a s e o f pH v a l ue s c a n be r e du c e d by a nt i s t r ipp in g a ge n t a n d l o we r a ir vo id s of a s ph a l t mixt ur e Af t e r imm e r s io n t e s t o x yg e n d e ma nd a nd t o t a l ha r d ne s s o f wa t e r s a m pl e a r e in c r e a s e d o ve r 3 t o 4 t ime s Lowe r a ir v o ids of a s p ha l t mixt u r e a nd inc r e a s ing p H va l ue o f in it ia l wa t e r s a m p l e t o ne u t r a l c on d it io n c a n r e du c e t h e ox yg e n d e ma nd Th e in c r e as e of t o t a l ha r dn e s s c a n be r e t a r d e d b y u s i ng a nt i s t r ipp ing a ge n t i n a s p ha l t m ix t ur e Ke y wo r d s wa t e r po l l ut i on a s p ha l t mix t u r e pH v a l u e ox y ge n d e ma nd t ot a l ha r d ne s s he a vy me t a l 在 日常生 活 中 沥 青类 材料 与水 的接 触 主要 存在 以下几种方式 1 沥青类材料作 为水池或水 收稿 日期 2 0 1 3 0 5 0 9 修订 日期 2 0 1 3 0 6 0 8 基金项 目 国家 自然科学基金资助项 目 5 1 2 0 8 1 7 8 中国博 士后科学基金资助项 目 2 0 1 2 M5 2 0 9 9 1 第一作者 陈俊 1 9 8 1 一 男 江苏扬 中人 河海大学副教授 博士 主要从事路面结构与材料研究 E ma i l c h e nj u n 2 7 2 8 1 6 3 c o rn 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 9 3 4 建筑材料学报 第 1 7卷 道 管 线 的 防水 防 锈 材 料 与 水 接 触 2 房 屋 屋 顶 和建 筑 物 地 下 工 程 的 防 水 常 使 用 沥 青 类 材 料 3 降雨条件 下 城 市道路 高 速公路 的沥青 路面 与水接触 上述 3种方式 中 最后一种方式 由于受 到车 辆荷 载 与 水 引 起 的 动 水 压 力 影 响 使 水 与 沥 青 路 面 的 作 用 较 前 2种 方 式 更 为 显 著 相 互 影 响 程 度 也更 剧 烈 正 是基 于上述 原 因 降 水 条件 下 雨 水 与 沥 青 路 面的相 互 作 用 长期 以 来 都 是 道 路 工 作 者研 究 的 热 点 但以往的研究 主要分析沥青混合料受 到水作用 后 的强度降低 集料与沥青黏附性 的减弱等路面水 损害 问题 而关 于沥青路 面或 者沥 青混 合 料对 雨 水性 质的影 响 目前 还 未得 到 深 入 和 系统 的研 究 另 一 方 面 近年 来 随着 国民经济 的不 断发展 人 们对 自 然环境越发关注 其 中沥青类 材料对人体的危害正 逐渐受 到人 们 的重 视 l 3 目前 已 知 沥青 及 其 烟 气 瘤作用 而关 于 水 与沥 青 混合 料 接 触 后水 质 的 变 化 尚未有 系统 研究 为此 本 文 以水为研 究对 象 研 究沥青 混合 料 对 水质 的影 响 首先 在 实验室 内成 型沥青混 合料 的马 歇尔 试件 成 型试 件 时 考 虑 了沥 青 标 号 空 隙 率 大 小 抗 剥落 剂 是 否 添 加 等 因 素 然 后 制 备 具 有 不 同 p H 值 的水样 最后 把试 件 浸 泡在水 样 中 在 真 空 饱 水一 定时 间后 测 试水 样 的各 项指标 分 析沥青 混 合 料对 水质 的影 响 1 试样制备 1 1 沥青 混合 料的 马歇 尔试件 沥青 壳牌 7 O 和 9 0 基质沥青 集料 石灰岩 马歇 尔试 件采用 A C 1 3和 A C 一 1 6两种 级配 为 了考 察沥 青混 合料 空 隙率 对 水 质 的影 响 马 歇 尔试 件 的 空 隙率 拟 定 为 6 和 1 0 所 对 应 的 油石 比如 对皮肤 黏膜 具有 刺 激 性 有 一定 的光 毒作 用 和致 肿 表 1所示 表 1 A C 1 3和 A C 1 6级配 T a b l e 1 Gr a d a t i o n s u s e d f o r AC 1 3 a n d AC 1 6 使 用抗剥落 剂 可 以有 效增 强集 料 与沥青 之 间 的 黏附性 为 了研究 添加抗剥落 剂后 的沥 青混合 料对水 质 的影 响 本文 选择消石灰填料 以 1 5 的消石灰作 为填料等质 量 替代 矿粉 作 为抗 剥 落剂 在综 合考 虑 沥青混合料级配 空隙率 沥青标号和抗剥落剂的影响 后 本文设计 了如表 2 所示的 1 O 组沥青混合料试件 表 2 1 0组沥青混合料试件 T a b l e 2 T e n g r o u p s o f a s ph a l t mi x t u r e s a mp l e s 1 文中所涉及 的空隙率为体积分数 油石 比等均为质量分数 1 2水 样的 制备 与检测 用 于试 验 的水样 分为 2组 1 生 活用 自来 水 的 1 水 样 2 考 虑 到 酸 雨 在 中 国多 数 工 业 发 达 城 市 比较 普遍 且 多 以硫 酸雨 为主 而一 般 酸雨 的 p H 值 在 5 6以下l 5 因此本 文在生 活用 自来 水 中添 加 硫 酸盐 配制 成 p H 值 为 5 0的 2 水样 此外 水 样 的 温度 统一 为 2 0 考虑到集料多为碱性 沥青为酸性且含有重金 属元 素 的特点 并 参 照 国外 关 于 沥 青 防水 涂 层 对 水 质 的影 响分析 7 以及 G B 5 7 4 9 2 0 0 6 生 活 饮 用 水 卫 生 标 准 中 的 水 质 常 规 指 标 本 文 选 择 了 p H 值 耗氧 量 总 硬 度 硒 含 量 和砷 含 量 这 5个 指 标 用 于水 质 分析 委托某 疾病 预防控 制 中心对 1 水 样 进 行 了测试 结 果 见 表 3 需 要 说 明 的是 由 于后 续 测 试 的水样 都 是 在 水 与 沥青 混合 料 相 互 作 用 后 提 取 的 故 为保证横 向 比较 的准 确 性 对 1 水 样 的水 质 进行测试前先将其倒人沥青混合料与水相互接触的 容器 后再 行提 取 因此水可 能受 到容 器壁 的 污染 导 致其 耗 氧 量 高 于 G B 5 7 4 9 2 0 0 6规 定 的 限值 另 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 9 3 8 建筑材料学报 第 l 7卷 中有 机物 的含 量 4 被 沥青 混 合 料浸 泡 2 4 h之 后 水样 的 总硬 度增 大 3 4 倍 p H 值增 大 幅度 与 总 硬度 增 大 幅度 呈线性关系 在沥青混合料 中添加消石灰能在一定 程度 上 降低水样 总硬 度 的增 长 幅度 5 被沥青混合料浸泡 2 4 h之后 水中硒和砷 含量有较大幅度的增长 尤其是硒含量普遍高于 国 家标 准 采 用空 隙 率较 小 的沥 青混 合 料 有 助 于减 小 水样 中砷 含量 的增大 幅度 参 考文献 1 2 3 4 沈金安 沥青 及沥青混 合料路用性 能 M 北京 人 民交通出 版社 2 0 0 1 4 1 4 4 4 0 SHEN J in a n As p ha l t a r m a s p h a l t mix t u r e r o a d p e r f o r ma n c e M B e i j in g C h i n a C o mmu n i c a t i o n s P r e s s 2 0 0 1 4 1 4 4 4 0 i n Ch in e s e 沙庆林 高速公 路沥青 路面早 期破 坏现象 及预 防 M 第 2 版 北京 人民交通 出版社 2 0 0 8 1 5 1 1 6 2 SHA Qin g l in Pr e ma t u r e d a ma g e a n d it s p r e s e r v a t iv e me a s u r e s o f b i t u mi n o u s p a v e me n t o n e x p r e s s wa y M 2 n d e d B e i j in g Ch ina Co mmu nic a t io n s Pr e s s 2 0 0 8 1 5 1 1 6 2 in Chi n e s e M ORI H AM A A C D AM ARO C TOM I NAGA E N S e t a 1 I n t e g r a t e d s o l u t io n s f o r u r b a n r u no f f p o l l ut io n c o n t r o l in Br a z i l ia n me t r o p o l i t a n r e g i o n s J Wa t e r S c i e n c e a n d Te c h n o l o g Y 2 0 1 2 6 6 4 7 0 4 7 1 1 DORCHI N A SHANAS U As s e s s n l e n t o f p o l l ut io n i n r o a d r u n o f f u s i n g a B u f o v i r i d i s b i o l o g i c a l a s s a y J E n v i r o n me n t a l 5 6 7 8 9 1 o 3 Po l l u t io n 2 01 0 1 5 8 1 2 3 6 2 6 3 6 3 3 才洪美 沥青使用过程 中对环境 的影 响研究 D 青岛 中国 石油大学 2 0 1 0 CAI Ho n g me i Re s e a r c h o n t he e f f e c t o f a s p h a l t c o mp o n e nt s t o e n v i r o n me n t i n t h e c o u r s e o f u s i n g D Qi n g d a o C h i n a U n iv e r s it y o f P e t r o l e u m 2 01 0 in Ch in e s e 张倩 李艳丽 贾晓军 酸 雨对沥青混合料侵蚀 作用 的试验 模 拟 J 西安建 筑科 技 大学 学报 自然 科学 版 2 0 0 5 3 7 1 8 6 8 9 Z HAN G Qi a n L I Y a n l i J I A X ia o j u n S imu l a t io n f o r e r o s io n e f f e c t o f a c i d r a i n o n a s p h a l t mi x t u r e s J J o u r n a l o f Xi a n U niv e r s it y o f Ar c h it e c t ur e Te c h n o l o g y Na t u r a l Sc ie n c e 2 0 0 5 3 7 1 8 6 8 9 in Ch in e s e BARRET M E I RI S H L B M AI I NA J F e t a 1 Ch a r a c t e r i z a t i o n o f h i g h wa y r u n o f f i n Au s t i n Te x a s Ae r a J J o u r n