沥青混合料有害气体排放分析

摘要：本文基于施工过程对沥青面层有害气体排放进行研究。文中将道路面层建设阶段分为四个过程即：沥青混合料拌合、运输、摊铺、碾压过程。在研究这些过程的施工工艺及原理的基础上，分析了各个过程排放源及有害气体的排放情况。通过对沥青面层建设阶段有害气体排放研究，结果表明：沥青面层建设环节排放的有害气体主要为沥青烟、一氧化碳、二氧化硫等有害气体。

关键词：沥青面层施工工艺有害气体

The Analysis Method of Harmful Gas in Asphalt Mixture

[Abstract] This article mainly studied the asphalt surface harmful gas emissions based on the construction process. Asphalt surface construction is divided into four stages in this paper such as Asphalt mixture mixing, transportation, paving, rolling process. Through the research of construction technology it analyzed emissions source and harmful gas emissions of every source. Through the research of asphalt surface construction harmful gas, we can learn that: the harmful gas from asphalt surface construction mainly is Asphalt smoke, CO, SO2 .

[Key words]:Asphalt surface；Harmful gas；Construction technology.

中图分类号：TV442+.1文献标识码： A

0 引言

我国自l988年沪嘉高速公路建成通车实现了高速公路零的突破以来，高等级公路以前所未有的速度发展，截至2012年底，我国高速公路通车总里程达9.6万公里。作为国民经济的重要组成部分，公路建设对国民经济具有举足轻重的促进和制约的作用。改革开放以来，我国公路建设得到了快速发展，取得了举世瞩目的成就。但是，公路建设对于土石、石灰、水泥、沥青、化学添加剂等建材资源的依赖性很强。施工期间各种车辆和施工机械在行驶和作业过程中要排放大量尾气，而尾气中含有氰化物、硫化物和一氧化碳等有害成分，这些有害成分分布在道路两旁的一定地域内，最终进入土壤和大气中，造成周边环境的污染。

路面施工过程中混合料拌合、运输、摊铺与碾压施工时的有害气体排放量较大，不同路面材料和施工工艺如热拌、温拌和冷拌路面排放差异较大。对生态环境会产生一定的影响。当前, 能源紧张和大气污染是人类共同面临的两大严峻挑战。为保护生态环境,世界各国严格控制二氧化碳和其它有害气体的排放, 节能和环保已成为全社会关注的热点问题, 同时节能和环保也是衡量一种应用技术成熟与否的关键指标因素。而这其中，沥青混合料在施工过程中所产生的有害气体最为严重，因此，对沥青混合料在施工过程中所排放的有害气体进行研究分析刻不容缓。

1有害气体的界定

中文名称：有害气体。英文名称：harmful gas。定义：在一般或一定条件下有损人体健康，或危害作业安全的气体。包括有毒气体、可燃性气体和窒息性气体。由于沥青混合料施工过程中的有害气体主要为沥青烟、一氧化碳、二氧化硫等，所以本节着重介绍以上三种气体。

沥青烟是沥青加热和含沥青物质的燃烧产生的气溶胶和蒸气，是一种含有大量多环芳烃以及少量氧、氮硫的杂环混合物。沥青烟对人体皮肤、粘膜均有刺激作用, 可引起皮炎、结膜炎、鼻炎、咽喉炎等疾病。长期在沥青烟雾环境下作业的工人, 由于受到其有害组分的刺激作用, 可引起人体的急性或慢性伤害。

一氧化碳是无色，无臭，无味气体，但吸入对人体有十分大的伤害。它会结合血红蛋白生成碳氧血红蛋白，碳氧血红蛋白不能提供氧气给身体组织，这种情况被称为血缺氧。浓度低至667ppm可能会导致高达50%人体的血红蛋白转换为羰合血红蛋白，可能会导致昏迷和死亡。

二氧化硫是最常见的硫氧化物。无色气体，有强烈刺激性气味。大气主要污染物之一。火山爆发时会喷出该气体，在许多工业过程中也会产生二氧化硫。由于煤和石油通常都含有硫化合物，因此燃烧时会生成二氧化硫。当二氧化硫溶于水中，会形成亚硫酸（酸雨的主要成分）。若把SO2进一步氧化，通常在催化剂如二氧化氮的存在下，便会生成硫酸。这就是对使用这些燃料作为能源的环境效果的担心的原因之一。

2现场施工过程有害气体排放

沥青面层现场施工过程包括沥青混合料拌合、运输、摊铺和碾压阶段。现场施工阶段有害气体气体排放主要来自施工机械和混合料自身排放两部分。

2.1沥青混合料拌合过程有害气体排放分析

2.1.1 拌合分析

不同规格的冷砂、石料经冷矿料储存及配料装置的给料机进行初配后，由冷矿料输送机送至烘干滚筒烘干、加热。一般以柴油、重油或油渣作燃料，由燃烧器雾化燃烧，并采取逆流加热方式：矿料被烘干、加热至140-160℃后从滚筒排出，由热矿料提升机送入筛分装置进行二次筛分，将筛分好的各种砂、石料分别储存在热储料仓的隔仓内，然后按预先设定的比例先后进入热矿料称量斗内量计累计称重计量；同时，储存在专用筒仓里的矿粉由螺旋输送机送至矿粉称料斗内称重计量；储存在保温罐内的热沥青（170-180℃）由沥青输送泵经带保温的沥青管道，抽送至沥青称量筒内称重计量；各种材料按配合比分别计量后，按预先设定的程序先后投入到拌合器内进行强制拌合，待拌合均匀之后，或直接卸入运输车辆中，或送至成品料储存仓内暂时储存。矿料在烘干、筛分、拌合等过程中产生的燃烧废气、水蒸气以及灰尘，通过除尘装置净化处理后排入大气。间歇式拌合设备采用电网电力或大型柴油发电机组发电驱动，生产过程可以人工操作。

2.1.2拌合过程排放源

拌合过程产生排放的环节包括：集料运输、骨料加热、集料二次筛分、沥青的融化与运输和沥青混合料拌合及保温等。其排放源具体见表2-1所示。

表2-1拌合过程中排放源统计表

2.1.3 拌合过程有害气体排放种类

（1）由于能源消耗而产生的排放

混合料拌合前，需要铲运车将冷集料由料堆运输至冷料仓内，机械运转需要消耗柴油，从而产生排放。其排放的有害气体为：一氧化碳、甲烷（CH4）、一氧化亚氮（N2O）、二氧化硫（SO2）。

在沥青混合料拌合过程中，集料在经过初配进入冷料仓后，经加热、提升、储存、筛分、计量等环节最终进入拌和机进行拌合。这些环节因为消耗电能而产生有害气体的排放为：甲烷（CH4）、二氧化硫（SO2）、一氧化亚氮（N2O）和六氟化硫（SF6）。

除燃烧以外的其他排放

拌合过程中的计量装置都是在控制室内通过计算机控制。空调等制冷设备一般都是其附属设施，碳氟化氢（HFC5）作为氟氯昂的代替物用于空调制冷设备中。一般将碳氟化氢（HFC5）的使用量作为其排放量。因此计量过程中还有碳氟化氢（HFC5）的排放。

沥青拌合楼排放

热集料被加热到160℃后与沥青裹覆、黏结，由于沥青是一种呈现弱酸性的材料，石灰岩呈碱性。因此，沥青与集料裹覆、搅拌过程中会放出沥青烟并发生化学反应。沥青烟的化学成分比较复杂，通过色谱分析可知其成分表。在这些成分中，含有一些含氮有机物，这些有机物经过一些氧化还原反应，会产生一氧化亚氮（N2O）。另外，集料自身加热过程中也可能会释放气体，以石灰岩为例：石灰岩主要成分为碳酸钙，碳酸钙可以溶于含有二氧化碳的水中产生碳酸氢钙，当集料在被加热时，碳酸氢钙会发生分解生成二氧化碳（CO2），其反应可能的化学方程式为：

CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2

Ca（HCO3）2=CaCO3+H2O+CO2 (加热)

2.2 沥青混合料运输过程有害气体排放分析

2.2.1 运输车辆及排放源

沥青混合料运输设备一般仅指沥青混合料运输卡车，但有的也包括沥青混合料暂时储存仓和沥青混合料转运车。沥青混合料运输卡车应采用载重量大于150KN的大型自卸汽车运送沥青混合料到摊铺现场，以减少摊铺机经常短时换车卸料的情况。运输自卸车数量应该较拌合能力的摊铺速度有所富余，应保证将拌和机拌制的沥青混合料及时运送到摊铺现场，并在摊铺机前保持有4~5辆车待卸料。

沥青混合料运输过程中，排放源包括沥青混合料本身和沥青混合料运输设备，其中主要的是沥青混合料运输设备的排放。沥青混合料运输设备一般仅指沥青混合料运输卡车，但有的也包括沥青混合料暂时储存仓和沥青混合料转运车。产生排放的设备具体见表2-2

表2-2沥青混合料运输排放源

2.2.2 有害气体排放分析

混合料运输过程中，大部分属于内燃机消耗柴油产生排放，有的也会由于配置混合料暂储仓，而消耗部分燃油（柴油、重油和渣油）产生排放。运输过程有害气体排放种类为：一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2），硫化氢(HS)，甲烷（CH4）和一氧化亚氮（N2O）。另外，沥青混合料自身在高温下会产生沥青烟、碳氧化物、氮氧化物以及硫氧化物的排放产生有害气体。

2.3 沥青混合料摊铺过程温室气体排放分析

2.3.1 沥青混合料摊铺工艺

沥青混合料摊铺前需提前30分钟到达现场加热熨平板，熨平板加热程度不低于100℃.保养、安装找平装置等做好摊铺前的准备。摊铺机开始作业时调整好行走方向，应和标线保持一致，摊铺机的行驶速度应和拌合塔的每小时生产能力相匹配，不得中途随意停车或变换速度。在铺筑过程中应随时检查摊铺层厚度计路拱横坡，不符合要求时应及时进行调整。

2.3.2 沥青混合料摊铺过程排放源

沥青混合料摊铺机是用来将拌制好的沥青混合料（沥青混凝土或黑色粒料）按一定的技术要求（厚度和横截面形状）均匀的摊铺在路基或基层上，并给以初步捣实和整平的专用设备。沥青混凝土摊铺机主要有一台特制的轮胎式或履带式基础车、供料设备、工作装置以及操纵机构等部分组成。供料设备由料斗、刮板输送器和闸门组成。料斗置于机械前面，用来接收汽车卸下的混合料。工作装置由螺旋摊铺机、夯实板和熨平板组成，这三部分又称为摊铺室。螺旋摊铺器是由两根大螺距、大叶片、螺旋方向相反的螺杆组成。他们同向旋转时能将混合料由中间向两侧推移。夯实板是由左右两块矩形板，由液压驱动的偏心轴来驱动作上下振动，对所铺的混合料进行初步振实。熨平板紧贴在夯实版之后，分左右两块，由竖板与箱型纵截面的底座组成。用来熨平混合料并做成所需路拱。箱形底座中装有电加热器（远红外加热器），用于冬季施工时加热混合料。螺旋摊铺器、夯实板与熨平板三者的左右外侧都可接加长段，以便摊铺更长的路面。现代摊铺机都有自动找平系统，可根据道路不平度的变化，随时调节两大臂牵引点的垂直高度，而不受路基不平度的影响。沥青混合料摊铺过程具体排放源如表2-3所示。

表2-3沥青混合料摊铺过程中的排放源统计表

2.3.3 有害气体的排放分析

（1）摊铺设备排放

沥青混合料摊铺过程中，消耗燃料的过程主要有：内燃机内柴油的燃烧、燃油（主要为甲烷）燃烧；在这些燃烧排放中属于有害气体的为一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、一氧化亚氮（N2O）和二氧化硫（SO2）。

（2）沥青混合料排放

沥青混合料的排放与温度关系密切，不同温度气体排放率差别很大。在不同的温度下有害气体排放量也不同。沥青混合料现场及室内试验由结果如下。现场研究其与温度曲线关系如图2-1

图2-1沥青混合料施工降温曲线

综上所述，沥青混合料在摊铺过程中，排放的有害气体为一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、一氧化亚氮（N2O）、二氧化硫（SO2），沥青烟，苯可溶物，苯并[a]芘。

2.4沥青混合料碾压过程有害气体排放分析

2.4.1碾压工艺

热拌沥青混合料的压实应按初压、复压、终压三个阶段进行。沥青混合料压实宜采用钢筒式静态压路机或振动压路机组合方式，压路机应以慢而均匀的速度碾压，压路机的碾压速度应符合相关规定。初压应在热拌沥青混合料摊铺后较高温度下进行，并不得产生推移和开裂现象；碾压时应从两侧向中央进行，相邻碾压带应重叠轮宽的1/2-1/3，最后碾压中心部分，压完全幅为一遍；碾压时应采用6-8t的双轮钢筒式压路机或6-10t关闭振动装置的振动压路机碾压两遍；复压宜采用重型的轮胎压路机、振动压路机或钢筒式压路机碾压4-6遍，至达到要求的压实度，并无显著轮迹为止；当采用轮胎时压路机时，其相邻碾压带应重叠1/2-1/3的碾压轮宽度；当采用三轮钢筒式压路机时，相邻碾压带应重叠后轮宽的1/2。当采用振动压路机时，倒车时应先停止振动，并在向另一方向运动后再开始振动，以免形成鼓包。终压应紧接在复压后进行，终压可选用6-8t的双轮钢筒式压路机或关闭振动的振动压路机碾压；碾压次数不宜少于两遍，并无轮迹。

2.4.2碾压过程排放源

碾压设备总体构造一般都是由发动机、传动系统、操纵系统、转向系统、振动轮、驱动轮以及前、后车架等组成。（1）车架：车架由前车架和后车架通过中间的铰接架铰接而成。前、后车架上各装一只水箱，前车架上还装有柴油箱和液压油箱。发动机也安装在前车架上。整机重心位于铰接轴上方，从而整机质量可以相等的分配在两个振动轮上，使前、后振动轮产生相同的振动能量，达到相同的振压效能。（2）振动轮：前、后两个振动轮完全相同，由厚钢板制成，通过减震器与前、后车架相连接。振动激振装置安装在振动轮内，有液压马达驱动实现振动。（3）转向系统：转向由液压泵通过转向器及固定在前车架与铰接架之间的两只液压油缸来实现；（4）制动系统：行车制动由换向杆中位来控制。换向杆在中位时，行车泵倾盘角度为零，从而实现制动。停车制动和紧急制动由两个多片常闭式制动器来完成，这两个制动器分别固定在前、后轮的轮边减速器上，靠液压脱开。停车制动和紧急制动与发动机熄火联动，一旦发动机熄火，制动器即自动发生作用。（5）行走系统：行走系统由分动箱上的变量泵提供压力油给前、后轮的马达。该马达与前、后轮的轮边减速器相连，从而驱动两个钢轮转动行走。两钢轮的行走驱动和振动驱动是由各自独立的液压控制系统来完成的。（6）振动系统：由分动箱上的三联齿轮泵给前、后轮的振动马达提供压力油，振动马达分别驱动前、后轮内的偏心轴式激振装置来实现振动。碾压设备排放源具体见表2-5所示

表2-5沥青混合料碾压排放源

沥青混合料碾压过程排放 碾压排放 钢筒式静态压路机、轮胎压路机、振动压路机

混合料自身排放 沥青混合料

沥青混合料碾压过程中，对于热拌沥青混合料，其排放源包括机械排放和沥青混合料排放两部分。碾压设备需要消耗能源以生产动力，其排放属于内燃机排放，可能排放的有害气体为：一氧化碳（CO）、一氧化氮（NO）、二氧化硫（SO2）。沥青混合料在碾压时，温度仍然很高，沥青混合料在一定温度下也排放沥青烟，以及沥青与集料在界面上可能发生各种化学反应产生有害气体，其排放与摊铺过程沥青混合料排放相似。

3 结论

通过对沥青面层各个现场施工环节施工工艺、排放源及有害气体排放种类分析，得出以下结论：

（1）沥青混合料拌合过程中消耗的主要为电能，沥青混合料运输、摊铺及碾压过程中大部分为燃油消耗。沥青混合料长距离运输时，需要通过加热系统保证沥青混合料温度低于碾压温度。沥青混合料摊铺时使用沥青混合料中转车可以保证摊铺的连续性；碾压过程采用钢筒式静态压路机、轮胎压路机和振动压路机相结合的方式可以保证压实效果。

（2）现场施工阶段有害气体排放种类与消耗的能源类型有关。沥青混合料拌合过程电能消耗产生的排放为：一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、二氧化硫（SO2）、一氧化亚氮（N2O）和六氟化硫（SF6）。内燃机燃油消耗产生的排放为：甲烷（CH4）和一氧化亚氮（N2O）二氧化硫（SO2)。混合料自身排放为：沥青烟、苯可溶物、苯并[a]芘。

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