多孔沥青混合料去污性能研究

摘要：道路路面径流污染因其负荷高且难以控制，控制道路路面径流污染势在必行。通过对多孔沥青混合料去污能力的研究分析，结果表明：较小空隙率的多孔沥青混合料对于SS、COD、Zn、Pb污染物的初始去除效果较优，但后期受污染物负荷影响较大，较大空隙率的多孔沥青混合料对于上述污染物的去除效果受污染物负荷影响稳定性较差，后期污染物去除率与初始值相比降低幅度非常大。

Abstract： Due to the high pollution load and difficulty to control of the road surface runoff pollution，the control of road runoff pollution is imperative. Through the study on decontamination capability of porous asphalt mixture， the test showed that： smaller voids of porous asphalt mixture for SS， COD， Zn， Pb initial pollutants removal effect is excellent， but the late are greatly influenced by the pollutant load， large porosity of porous asphalt mixture to the removal efficiency of pollutants affected by pollution load stability is poorer， the late pollutants removal rate compared to the initial value reduction is very big.

关键词：多孔沥青混合料；径流污染；去污性能；空隙率；污染负荷

Key words： porous asphalt concrete；runoff pollution；detergency ability；voidage；pollution load

中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）14-0164-03

0 引言

当前，频繁的交通活动、机动车辆运行过程中化石燃料的燃烧排放大量的废气和碳氢化合物，车辆的轮胎磨损以及频繁的刹车制动形成大量的橡胶微颗粒物和重金属颗粒物[1]。这其中的大部分污染物将随着降水迁移至自然水体中，对受纳水体的水质和生态环境造成破坏，形成道路路面径流污染，这样的非点源污染的负荷高且难以控制[2，3]。传统的密实型道路，由于其密不透水的特点，一方面会增加排水系统的负担，另一方面也会对受纳水体的水质造成巨大的不良影响。为了解决上述问题，渗透铺装是一种较为直接和经济可行的办法，它是指采用透水性较好的材料铺设路面，使得雨水较快地入渗到下层的土壤中，从而达到削减雨水径流的目的，而目前主要措施是通过采用多孔沥青混合料来实现透水铺装。作为城市雨洪调控的技术之一，渗透铺装不仅可以削减雨水径流量、减缓径流速度，还可以有效地控制部分非点源污染，改善径流水质[4]。为此，本研究针对道路领域，研究多孔沥青混合料（Porous asphalt concrete，PAC）在径流削减及径流污染控制方面的功效。

1 试验

1.1 原材料及多孔沥青混合料

采用道路石油沥青，混合料制作过程中掺加TPS高粘改性剂，TPS改性剂质量占沥青总质量的12%，集料为玄武岩，改性沥青性能指标见表1。

本文根据日本《排水性路面技术指南》的规定，参考 “多孔沥青混合料（PAC）设计方法”，设计多孔沥青混合料。以控制空隙率变量为原则，采用沥青混合料配合比设计方法设计五种不同空隙率的PAC-13沥青混合料，分别为a、b、c、d、e，沥青用量为5.1%，采用马歇尔击实仪成型试件。五种PAC-13混合料的体积参数测试结果见表2，沥青混合料各项指标经测试均满足《透水沥青路面技术规程》（CJJ/T 190-2012）[5]。

1.2 试验装置及试验方法

本试验采用自制渗透测试装置进行，测试其设计图和实物图见图1、图2。

该装置使用该装置测试试件对模拟径流雨水的去污效果。去污性能测试采用间隔相同污染物负荷进行取样的方法，即每施加等量的污染物后进行相应的去污性能的测定。测试试件的去污性能，具体方法为将试件放入试件槽，将试件与试件槽之间的缝隙用密封材料进行封堵，试件槽的溢流阀采用软管引出通入废液桶，试件槽的取样阀采用软管引出以备取样使用。采用供水泵将配制好的模拟道路路面径流雨水自上端加入试件槽，此时溢流阀均处于打开状态，取样阀处于关闭状态。待试件槽和储水槽的溢流阀均达到均匀出水状态后，可根据试验要求，多次打开试件槽的取样阀进行取样。

PAC去污性能测试采用5种不同空隙率的a、b、c、d、e试件。由于试验用水为根据取样点道路路面径流水质测试结果配制而成的标准模拟水样，故污染物负荷可直接等同相应的试验进水量，污染物负荷施加三次，分别为负荷Ⅰ、负荷Ⅱ、负荷Ⅲ。该进水量根据扬州市年均降雨量以及测试试件的承雨面积大致确定，扬州市年均降雨量约为1026mm，故单次进水量约为：1026×3.14×50.8×50.8×0.000001=8.31L。

2 多孔沥青混合料去污性能分析

2.1 试验结果

在溢流阀出水初次达到稳定状态时以及达到对应污染负荷进水量时打开取样阀，将水样引入取样瓶中，分别测定a、b、c、d、e五种不同空隙率的试件在不同负荷下对所取水样的SS、COD、Zn、Pb的去除率，测试结果见表3，各试件污染物去除率随污染负荷的变化见图3。

2.2 空隙率对多孔沥青混合料去污能力的影响

由图3可以看出，试件a对SS的去除率最高，而b、c、d、e试件对SS的去除率相对较低。总体而言，较小空隙率试件对于SS的去除性能更优，试件a、b、c、d对SS的去除率整体呈现上升趋势，而试件e的SS去除率在负荷Ⅱ处出现不太明显的下降后继续上升，说明孔隙的堵塞对SS的去除起到了一定的积极作用。由图4～6看出，对于COD、Zn、Pb这三种污染指标，试件a在初期对其的去除率最高，试件e对其的去除率在早期有显著提升，而后期降幅较大，去污性能极大削弱。值得注意的是，考虑到实际道路路面径流的生成方式和迁移路径与本试验存在的差别，事实上，当路面材料的孔隙堵塞后，透水能力下降，降至路面的雨水无法顺利渗入材料孔隙中，反而导致了雨水在路面快速集中，增大了路面径流的流速和流量，不利于污染物的去除。

2.3 污染负荷对多孔沥青混合料去污能力的影响

从各图对比来看，随着污染负荷的增加，SS去除率总体处于上升趋势，而COD、Zn、Pb三种污染指标去除率均处于总体下降的趋势，同时，其随污染负荷的变化趋势具有一定的一致性，这可能跟它们对应污染物在道路路面径流中同时以悬浮态和溶解态存在有关。由图4可以看出，对于COD这一污染指标，试件a、b、d、e对其的去除率在负荷Ⅱ施加过程中，其降低速率增大，负荷Ⅲ施加过程中，其降低速率趋于平缓，而试件c在负荷施加过程中对其的去除率全程降幅很小，仅为10%。从图5可以看出，对于Zn这一污染指标，在负荷Ⅱ施加过程中，试件a、e对其的去除率降低速率增大，而试件b、c、d在负荷施加全过程中对其的去除率浮动较小。由图6可以看出，对于Pb这一污染指标，五种试件对其的去除率均在负荷Ⅱ施加过程中降幅较大，后期趋于平稳。

3 结论

①多孔沥青混合料对SS、COD、Zn、Pb污染物有一定去污效果；

②较小空隙率的PAC混合料对于SS、COD、Zn、Pb污染物的初始去除效果较优，较大空隙率的PAC混合料对于上述污染物的后期去除去除率与初始值相比降低幅度非常大；

③PAC混合料对于SS、COD、Zn、Pb污染物的去除效果后期受污染物负荷影响较大，稳定性较差。

4 建议措施

通过路表径流水体透过不同孔隙结构的多孔沥青混合料污染物去除率的变化，明确了孔隙结构对路面径流中的有机污染物、悬浮固体和重金属等的去除效果。多孔沥青混合料由于具有不同空隙分布状态，通过孔隙结构的过滤、吸附和截留径流水质中的污染物，从而达到净化水体的作用。基于污染物去除效果综合来看，PAC混合料的空隙率为19%左右较为合理。同时，多孔沥青混合料应尽量充分压实，压实程度比混合料材料组成更为重要。

参考文献：

[1]陈莹.西安市路面径流污染特征及控制技术研究[D].西安：长安大学，2011.

[2]陈莹，赵剑强，胡博.西安市城市主干道路面径流污染特征研究[J].中国环境科学，2011，31（5）：781-788.

[3]申丽勤，车伍，李海燕等.我国城市道路雨水径流污染状况及控制措施[J].中国给水排水，2009，25（4）：23-28.

[4]宋瑞宁，宫永伟，李俊奇等.渗透铺装控制城市非点源污染的研究进展[J].环境科学与技术，2014，37（5）：57-63.

[5]CJJ/T190-2012，透水沥青路面技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.