CN103808595A

CN103808595A - 一种沥青混合料成型过程voc释放量收集分析装置

Info

Publication number: CN103808595A
Application number: CN201410077984.3A
Authority: CN
Inventors: 吴少鹏; 崔培强; 肖月; 张红华; 刘全涛
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2034-03-05
Also published as: CN103808595B

Abstract

本发明涉及一种沥青混合料成型过程沥青挥发性有机物（VOC）释放量收集分析装置。其特征在于它包括密封箱、电动机、搅拌器、玻璃纤维滤膜、采样泵、拌锅、有机溶剂容器、第一管、第二管；密封箱内放置有拌锅，搅拌器的下部位于拌锅内；第一管的一端与密封箱内的密闭空间相通，第一管的另一端与密闭的有机溶剂容器相通，第一管上设有空气压力阀和纤维滤膜，密闭的有机溶剂容器内装有有机溶剂；第二管的一端与密闭的有机溶剂容器相通，第二管上设有采样泵。该装置可以使沥青混合料成型过程发生在一个密闭空间，通过制造负压收集拌合过程中产生的VOC，收集的VOC经过纤维滤膜吸附和有机物溶剂萃取，进行成分、浓度分析。

Description

一种沥青混合料成型过程VOC释放量收集分析装置

技术领域

本发明涉及一种沥青混合料成型过程沥青挥发性有机物（VOC）释放量收集分析装置。

背景技术

全球性能源紧张以及气候变化已成为国际社会普遍关注的重大问题，节能减排已经成为国际社会的共同责任。我国作为世界上最大的发展中国家，正日益成为全球关注的对象。截止2012年底，我国高速公路总里程已达9.7万公里，由不同分子量有机烃类组成复杂混合物的沥青基材料，在常温常压的服役过程中会产生挥发性的有机化合物（即沥青VOC）。沥青路面高温加热或光照（红外线、紫外线等）作用会促进沥青VOC的释放，其VOC排放量占全国VOC总量的25%左右。

VOC（Volatile Organic Compounds）是挥发性有机化合物的简称，主要包括芳香烃、烷烃、卤代烃、硫代烃等，具有挥发性高、活性强、浓度低、危害大等特点，会衍生光化学污染，危害人体健康与农作物生长，已成为世界性公害。目前国内外学者均专注于对沥青材料因受高温加热或燃烧所产生的烟气（即沥青烟和VOC）的组成、危害以及烟气抑制技术的研究。而在收集和分析现场沥青混合料生产过程中产生的VOC方面，室内模拟装置短缺，不利于明确实际沥青混合料拌合施工过程中产生VOC的成分确定和抑制技术研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种沥青混合料成型过程VOC释放量收集分析装置，该装置可以使沥青混合料成型过程发生在一个密闭空间，通过制造负压收集拌合过程中产生的VOC，收集的VOC经过纤维滤膜吸附和有机物溶剂萃取，进行成分、浓度分析。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种沥青混合料成型过程VOC释放量收集分析装置，其特征在于它包括密封箱1、电动机2、搅拌器5、玻璃纤维滤膜9、采样泵10、拌锅12、有机溶剂容器13、第一管14、第二管15；密封箱1内放置有拌锅12，搅拌器5的下部位于拌锅12内，搅拌器5的上端与电动机2的输出轴相连；第一管14的一端与密封箱1内的密闭空间相通，第一管14的另一端与密闭的有机溶剂容器13相通，第一管14上设有空气压力阀8和纤维滤膜9，密闭的有机溶剂容器13内装有有机溶剂11；第二管15的一端与密闭的有机溶剂容器13相通，第二管15上设有采样泵10。

所述的密封箱1的材料为聚四氟乙烯塑料，可在200℃-250℃高温下正常工作，密封箱1的密闭空间尺寸为30cm*30cm*50cm，密封箱1的前面设有可开关的透明的密封门，密封箱1上带透视窗。

所述的第一管（或称预留VOC收集系统管道）14的连接口，材质为不锈钢钢管，位置位于密封箱1的密闭空间右侧面、拌锅口上方5cm处，第一管的直径为0.7cm。

所述的密封箱1上设有PM值检测孔3（预留PM值测定孔），根据采样杆确定PM值测定孔3的孔径为19mm，位于密闭空间右侧拌锅上方5cm处。

所述的密封箱1上设有温度检测孔（预留温度监测孔）7，温度检测孔的直径为0.8cm，位于密闭空间顶端。

所述的搅拌器5为小型搅拌机；电动机2的功率为200W。

所述的拌锅带有油浴加热和保温系统，温度可达200℃，拌锅的尺寸内径为15cm，深为17cm。

所述的纤维滤膜采用玻璃纤维滤膜，用于吸附沥青烟中的粒径比较大的颗粒（固体颗粒和固溶胶）。

所述的有机物溶剂采用环己烷，用于吸收沥青挥发性产物中的气体和气溶胶，收集后进行成分和浓度分析。

本发明使沥青混合料成型过程发生在一个密闭空间，通过制造负压收集拌合过程中产生的VOC，收集的VOC经过纤维滤膜吸附和有机物溶剂萃取，进行成分、浓度等分析。

本装置可以模拟实际生产中沥青混合料从搅拌到摊铺冷却后整个过程，并可以比较不同沥青混合料成型方法对VOC释放的影响，以及分析抑制剂在混合料宏观维度下对VOC释放的抑制作用。所述的模拟实际生产中沥青混合料从搅拌到摊铺冷却后的整个过程，在拌合起始点，收集装置即开始工作，一直持续到沥青混合料自然冷却，收集整个过程的沥青挥发物，进行后续分析；不同沥青混合料成型方法，包括热拌沥青、温拌沥青、冷拌沥青和再生沥青混合料的搅拌成型方法。

分析抑制剂在混合料宏观维度下对VOC释放的抑制作用通过吸附物的质量变化、成分变化和浓度变化来衡量。

通过吸附物的质量变化、成分变化和浓度变化来衡量抑制剂对沥青混合料成型过程中沥青挥发物的抑制作用。

本发明的有益效果是：可以使沥青混合料成型过程发生在一个密闭空间，通过制造负压收集拌合过程中产生的VOC，收集的VOC经过纤维滤膜吸附和有机物溶剂萃取，进行成分、浓度等分析；此装置还可以模拟实际生产中沥青混合料从搅拌到摊铺冷却的整个过程，可分析不同沥青混合料成型方法对VOC释放的影响，以及分析抑制剂在混合料宏观维度下对VOC释放的抑制作用。

附图说明

图1是本发明沥青混合料成型过程VOC释放量收集分析装置的结构示意图。

图2是本发明沥青混合料成型过程VOC释放量收集分析装置的原理示意图。

图3是AC-13级配曲线图。

图4是不同温度沥青混合料VOC释放量折线图。

图1中标号：1-密封箱；2-电动机；3-PM值检测孔；4-VOC；5-搅拌器；6-沥青混合料；7-温度检测孔；8-空气压力阀；9-纤维滤膜；10-采样泵；11-有机溶剂；12-拌锅（或称沥青混合料容器）；13-有机溶剂容器（锥形瓶）；14-第一管；15-第二管。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

一种沥青混合料成型过程VOC释放量收集分析装置，它包括密封箱1、电动机2、搅拌器5、玻璃纤维滤膜9、采样泵10、拌锅12、有机溶剂容器13、第一管14、第二管15；密封箱1内放置有拌锅12(拌锅带有加热装置)，使用时拌锅12内装有沥青混合料6，搅拌器5的下部位于拌锅12内（即位于沥青混合料6中），搅拌器5的上端与电动机2的输出轴相连（电动机2固定在密封箱1内，电动机2转动带动搅拌器5搅拌）；第一管14的一端与密封箱1内的密闭空间相通，第一管14的另一端与密闭的有机溶剂容器13相通，第一管14上设有空气压力阀8和纤维滤膜9，密闭的有机溶剂容器13内装有有机溶剂11；第二管15的一端与密闭的有机溶剂容器13相通，第二管15上设有采样泵（即泵）10。

所述的密封箱1上设有PM值检测孔3（预留PM值测定孔），根据采样杆确定PM值测定孔3的孔径为19mm，位于密闭空间右侧拌锅上方5cm处；

所述的搅拌器5为小型搅拌机；电动机2的功率为200W。

本发明的操作办法如下：

1、利用电子天平，称量玻璃纤维滤膜的重量，记为m1，称量有机溶剂和有机溶剂容器（锥形瓶）13的总重量，记为M₁；

2、实验前组装好实验系统（即一种沥青混合料成型过程VOC释放量收集分析装置），保证管道不漏气，打开油浴加热系统，设置温度为试验温度，待其稳定；

3、打开采样泵，制造密闭空间负压环境，防止粉尘和VOC气体外泄；

4、打开密封门，将加热到一定温度的沥青混合料集料倒入拌锅（每次试验沥青混合料按2Kg计），加入实验要求量沥青，关闭密封门，开动搅拌系统（电动机和搅拌器），搅拌60s，搅拌完毕后，等候30s，保证密闭空间的VOC被全部吸出，再次打开密封门，加入试验量矿粉，再次搅拌60s；

5、搅拌完毕后，升起搅拌扇叶，待沥青混合料自然冷却到室温，关闭采样泵；

6、在步骤3、4过程中，每隔一段时间检测密闭空间内温度值；

7、再次称量玻璃纤维滤膜重量，记为m2，有机溶剂和锥形瓶重量记为M2；

8、沥青烟中粉尘的质量分数即为P₁=（m₂-m₁）/2000*100，VOC的质量分数即为P₂=（M₂-M₁）/2000*100。

应用实施例1：

选用AC-13级配，集料为玄武岩碎石和石屑，填料为石灰岩矿粉，沥青选用PJ90基质沥青，配合比如下：

表1AC-13合成级配通过率

AC-13级配曲线见图3。

表2各规格原材料质量；沥青混合料总量为2Kg：

规格/mm	9.5-16	4.75-9.5	2.36-4.75	0-2.36	矿粉	沥青
							比例/%	24	25	13	28	5	5
重量/Kg	0.48	0.5	0.26	0.56	0.1	0.1

选用四个温度进行拌合，分别为130℃、150℃、160℃和170℃，提前将集料在烘箱中加热至拌合温度，保温4小时，按照本发明装置的操作办法进行操作，通过温度检测孔检测温度，直到温度降到室温时关闭采样泵，称量环己烷萃取剂质量变化确定沥青VOC重量。

表3不同温度沥青混合料VOC释放量

不同温度沥青混合料VOC释放量折线见图4。

由图4看出，随着温度的上升，PJ90基质沥青混合料在开始拌合到冷却的过程中释放的VOC量逐渐升高。由150℃-160℃，VOC量上升比例为34.6%，由160℃-170℃，VOC量上升比例为21.5%，故可得出，随着温度的上升，沥青VOC的释放量会达到一个平衡状态。

应用实施例2：

选用应用实施例1中的原材料和配合比，沥青采用SK70基质沥青，在160℃下进行拌合和VOC收集，比对不同沥青在同一温度条件下的VOC释放情况。

实验测得SK70基质沥青混合料VOC释放量为22.89μg/Kg。在160℃的高温条件下，SK70基质沥青混合料VOC释放量明显低于PJ90基质沥青混合料。沥青质量的减少一是由于低分子链在高温激发作用而挥发出来，二是高温作用下，大分子链的断裂也会使得小分子挥发出沥青表面形成沥青VOC。由实验可知，SK70基质沥青的高温稳定性明显优于PJ90基质沥青，分子结构更加稳定，不易发生激发和断裂。

应用实施例3：

本实施例研究温拌沥青混合料的VOC释放情况，与热拌沥青混合料进行对比。选用应用实施例1中的原材料和配合比，在130℃下进行拌合和VOC收集。

沥青采用PJ90基质沥青，温拌剂选用AKzo Nobel Surfactants公司生产的Rediset，掺量为沥青质量的2%。温拌沥青改性方法为：将基质沥青加热到130℃，将沥青质量2%的Rediset加入沥青中，130℃条件下保温10min，再利用剪切仪在20000-2500rpm转速剪切10min。

实验测得温拌沥青混合料VOC释放量为19.45μg/Kg。可知，温拌沥青混合料的VOC释放量稍大于基质沥青混合料，这是由于，温拌剂在高温条件下也会有一部分小分子物质挥发，成为VOC的新组成部分，其次，由于温拌剂的掺入，在相同温度下，沥青的粘度降低，混合料和易性变好，这有利于VOC的释放，但是温拌沥青混合料的VOC释放量和基质沥青混合料相比变化不大。

Claims

1.一种沥青混合料成型过程VOC释放量收集分析装置，其特征在于它包括密封箱（1）、电动机（2）、搅拌器（5）、玻璃纤维滤膜（9）、采样泵（10）、拌锅（12）、有机溶剂容器（13）、第一管（14）、第二管（15）；密封箱（1）内放置有拌锅（12），搅拌器（5）的下部位于拌锅（12）内，搅拌器（5）的上端与电动机（2）的输出轴相连；第一管（14）的一端与密封箱（1）内的密闭空间相通，第一管（14）的另一端与密闭的有机溶剂容器（13）相通，第一管（14）上设有空气压力阀（8）和纤维滤膜（9），密闭的有机溶剂容器（13）内装有有机溶剂（11）；第二管（15）的一端与密闭的有机溶剂容器（13）相通，第二管（15）上设有采样泵（10）。

2.根据权利要求1所述的一种沥青混合料成型过程VOC释放量收集分析装置，其特征在于：所述的密封箱的材料为聚四氟乙烯塑料，密封箱的密闭空间尺寸为30cm*30cm*50cm，密封箱的前面设有可开关的透明的密封门，密封箱上带透视窗。

3.根据权利要求1所述的一种沥青混合料成型过程VOC释放量收集分析装置，其特征在于：所述的第一管的连接口，材质为不锈钢钢管，位置位于密封箱的密闭空间右侧面、拌锅口上方5cm处，第一管的直径为0.7cm。

4.根据权利要求1所述的一种沥青混合料成型过程VOC释放量收集分析装置，其特征在于：所述的密封箱上设有PM值检测孔，定PM值测定孔的孔径为19mm，位于密闭空间右侧拌锅上方5cm处。

5.根据权利要求1所述的一种沥青混合料成型过程VOC释放量收集分析装置，其特征在于：所述的密封箱上设有温度检测孔，温度检测孔的直径为0.8cm，位于密闭空间顶端。

6.根据权利要求1所述的一种沥青混合料成型过程VOC释放量收集分析装置，其特征在于：所述的拌锅带有油浴加热和保温系统，拌锅的尺寸内径为15cm，深为17cm。

7.根据权利要求1所述的一种沥青混合料成型过程VOC释放量收集分析装置，其特征在于：所述的纤维滤膜采用玻璃纤维滤膜。

8.根据权利要求1所述的一种沥青混合料成型过程VOC释放量收集分析装置，其特征在于：所述的有机物溶剂采用环己烷。