CN116738695A - 一种VOCs抑制型沥青混合料环境技术性能的优化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种VOCs抑制型沥青混合料环境技术性能的优化设计方法，包括以下步骤：S1确定沥青混合料的VOCs排放情况及其路用性能，并合理分配确定VOCs抑制型沥青混合料的环境‑技术性能指数指标计算的分项权重值；S2设计并初拟VOCs抑制剂种类及掺量；S3分析VOCs抑制型沥青混合料减排效果，并探讨VOCs抑制剂对路用性能的影响；S4不断反馈优化VOCs抑制型沥青混合料的设计方法，得到VOCs抑制型沥青混合料环境‑技术性能平衡的最佳设计方案。本发明所公开的设计方法实现了生态环境改善明显、沥青混合料路用性能达标、抑制剂对路用性能负面影响大幅降低，有益于今后沥青路面工程建设过程中环境‑技术性能平衡优化设计的实现。
Description
技术领域
本发明属于道路工程绿色低碳技术领域，具体涉及一种VOCs抑制型沥青混合料环境技术性能的优化设计方法。
背景技术
目前，我国公路里程已达528万公里，其中高速等级路公路里程16.91万公里，沥青路面凭借着其优良的路用性能已成为高等级路面建设的优选路面结构。然而，沥青路面在建设期会产生挥发性有机物，对区域环境和人体健康造成负面影响。近年来，对于沥青基材料VOCs排放的抑制研究已有初步进展，研究表明抑制剂的掺入对沥青基材料VOCs的减排效果高达40％。
然而，抑制剂的掺入对沥青路面的路用性能造成了不良影响，因此，需要建立一种VOCs抑制型沥青混合料环境技术性能的优化设计方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种VOCs抑制型沥青混合料环境技术性能的优化设计方法，解决现有技术中VOCs抑制型沥青混合料设计的难点，全面反映VOCs抑制型沥青混合料VOCs抑制情况及其路用性能，提高VOCs抑制型混合料设计的科学性。
本发明的技术方案如下：
一种VOCs抑制型沥青混合料环境技术性能的优化设计方法，包括以下步骤：
S1确定沥青混合料的VOCs排放情况及其路用性能，并合理分配确定VOCs抑制型沥青混合料的环境-技术性能指数指标计算的分项权重值；
S2设计并初拟VOCs抑制剂种类及掺量；
S3分析VOCs抑制型沥青混合料减排效果，并探讨VOCs抑制剂对路用性能的影响；
S4不断反馈优化VOCs抑制型沥青混合料的设计方法，得到VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能平衡的最佳设计方案。
进一步的，所述沥青混合料的VOCs排放情况基于VOCs综合抑制指数来评价。
进一步的，所述沥青混合料的路用性能包括沥青混合料冻融劈裂试验强度比、浸水残留稳定度、动稳定度、破坏应变。
进一步的，所述S3中将VOCs抑制型沥青混合料的环境-技术性能指数作为控制指标，分析VOCs抑制型沥青混合料减排效果以及路用性能影响程度。
进一步的，所述S1中VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能指数指标的计算公式为：
式中，ETI为VOCs抑制型沥青混合料的环境-技术性能指数指标；ωVRI、ωTSR、ωMS0、ωDS、ωεB为ETI分项指标的权重系数；VRI为VOCs综合抑制指数；ROCTSR、ROCMS0、ROCDS、ROCεB分别为VOC抑制型沥青混合料冻融劈裂试验强度比、浸水残留稳定度、动稳定度、破坏应变较常规沥青混合料的变化率。
进一步的，变化率ROCi的计算公式如下：
式中，ROCi分别为VOCs抑制型沥青混合料冻融劈裂试验强度比、浸水残留稳定度、动稳定度、破坏应变较常规沥青混合料的变化率；Pi为常规沥青混合料路用性能；Pi’为VOC抑制型沥青混合料路用性能；i分别为TSR、MS0、DSεB。
进一步的，VOCs抑制型沥青混合料的路用性能指标需要满足JTG F40-2004施工技术规范中对沥青混合料路用性能的要求，若有一项性能不达标，则其ETI无需计算，直接排除该VOCs抑制型沥青混合料。
进一步的，所述S1中VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能指数指标计算的分项权重值，采用专家咨询法进行确定；所述专家咨询法为组织若干在本领域比较熟悉的专家对每个指标的权重进行估计，计算每个指标权重估计的平均值，并计算估计值和平均估计值的偏差，若某个专家的指标权重估计值偏差较大，则请该专家重新打分，经过几轮反复，直到偏差满足要求为止，最后得到一组指标权重的平均估计修正值。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的设计方法，提出了实现VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能平衡优化设计的原则和目标：生态环境改善明显、沥青混合料路用性能达标、抑制剂对路用性能的负面影响大幅降低。该设计方法原则导向清晰且全面，有益于今后VOCs抑制型沥青路面工程建养过程中环境-技术平衡设计目标的实现。
2、本发明提出一种全新的设计控制指标：VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能指数(ETI)，该指标的提出，全面反映了VOCs抑制型沥青混合料对VOCs抑制情况、冻融劈裂试验强度比、浸水残留稳定度、动稳定度、破坏应变的影响程度，提高了VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能平衡优化设计的科学性。
附图说明
附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
图1示出了本发明的设计方法流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
参考图1所示，本发明公开了一种VOCs抑制型沥青混合料环境技术性能的优化设计方法，包括以下步骤：
(1)确定沥青混合料的VOCs排放及其路用性能情况，并采用专家咨询法(德尔菲法)确定VOCs抑制型沥青混合料的环境-技术性能指数指标计算的分项权重值；
其中，VOCs排放情况基于VOCs综合抑制指数(VRI)评价，VOCs路用性能包括冻融劈裂试验强度比、浸水残留稳定度、动稳定度、破坏应变。
(2)设计并初拟VOCs抑制剂种类及掺量；
其中，VOCs排放情况、地区大气污染状况和沥青混合料路用性能共同决定了VOCs抑制剂的选择及掺量的确定，同时也应充分考虑技术经济性。
(3)分析VOCs抑制型沥青混合料减排效果，并探讨VOCs抑制剂对路用性能的影响；
将VOCs抑制型沥青混合料的环境-技术性能指数指标作为设计控制指标，分析VOCs抑制型沥青混合料减排效果，并探讨VOCs抑制剂对路用性能的影响。
(4)不断反馈优化VOCs抑制设计方案，并给出VOCs抑制型沥青混合料的最佳设计方案；
根据步骤(3)中VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能结果优化VOCs抑制剂及掺量，直至满足工程项目需求。最终选定满足工程项目所在地区的绿色耐久路用建设相关要求的VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能平衡优化设计方案。
本发明提供一种VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能指数指标(Environment-Technology Index，以下简称ETI)，计算公式为：
式中，ETI为VOCs抑制型沥青混合料的环境-技术性能指数指标；ωVRI、ωTSR、ωMS0、ωDS、ωεB为ETI分项指标的权重系数；VRI为VOCs综合抑制指数；ROCTSR、ROCMS0、ROCDS、ROCεB分别为VOC抑制型沥青混合料冻融劈裂试验强度比、浸水残留稳定度、动稳定度、破坏应变较常规沥青混合料的变化率。
进一步的，对于ETI计算的分项权重值，采用专家咨询法(德尔菲法)进行确定，即组织若干在本领域比较熟悉的专家对每个指标的权重进行估计，计算每个指标权重估计的平均值，并计算估计值和平均估计值的偏差，若某个专家的指标权重估计值偏差较大，则请该专家重新打分，，经过几轮反复，直到偏差满足要求为止，最后得到一组指标权重的平均估计修正值。
进一步的，变化率ROCi的计算公式如下：
式中，ROCi分别为VOCs抑制型沥青混合料冻融劈裂试验强度比、浸水残留稳定度、动稳定度、破坏应变较常规沥青混合料的变化率；Pi为常规沥青混合料路用性能；Pi’为VOC抑制型沥青混合料路用性能；i分别为TSR、MS0、DS、εB。
进一步的，VOCs抑制型沥青混合料路用性能指标需要满足JTG F40-2004施工技术规范中对沥青混合料路用性能的要求，若有一项性能不达标，则其ETI无需计算，直接排除该VOCs抑制型沥青混合料。
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的阐述。
实施例1
(1)确定沥青混合料的VOCs排放及其路用性能情况，并采用专家咨询法(德尔菲法)确定VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能评价指标计算的分项权重值。
所用沥青混合料来源于河北省某地级市一级公路工程建设项目，经前期调研，工程建设的设计需求为道路建设过程中沥青混合料环境-技术性能提高不少于20％。为了确定所选沥青混合料VOCs排放及其路用性能情况，首先需要检测所选沥青混合料VOCs排放(VOCs各组分浓度以及VOCs排放带来的环境影响)及其路用性能(冻融劈裂试验强度比、浸水残留稳定度、动稳定度、破坏应变)情况。结果汇总于表1和表2；接下来，确定ETI指标计算权重，本发明选择从事道路工程专业具有一定权威性、较高理论水平和丰富实践经验的专家，共4名，纳入标准：①有丰富的道路工程从业经验10年以上，有较高的学术科研水平；②中级及以上技术职称；③博士及以上学历。专家均知情同意，自愿参与本研究。根据专家咨询法得到的最终权重结果如表3所示。
表1普通沥青混合料VOCs排放情况
表2普通沥青混合料路用性能
表3ETI指标计算权重表
(2)设计并初拟VOCs抑制剂种类及掺量
充分考虑了工程项目所在地区大气污染情况，以及所用沥青混合料VOCs排放及其路用性能情况，选择了目前技术市场上较为成熟的VOCs抑制剂2种：活性炭、膨胀石墨，并将其掺量设计为3％，制备VOCs抑制型沥青混合料。
(3)验证VOCs抑制型沥青混合料的实际减排效果并计算VOCs抑制剂对路用性能的影响
根据公式(1)和(2)计算VOCs抑制型沥青混合料的ETI，计算结果如表4所示。
表4VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能情况
由表4可知，VOCs抑制型沥青混合料路用性能均能满足JTG F40-2004施工技术规范中的要求，但其ETI为9.19％，未达到满足工程项目建设的沥青混合料环境-技术性能要求。
(4)反馈优化VOCs抑制设计方案
将VOCs抑制剂中的活性炭掺量改为5％，验证调整后的VOCs抑制型沥青混合料的实际减排效果并计算VOCs抑制剂对路用性能的影响，结果如表5所示。
表5VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能情况
由表5可知，调整产量后的VOCs抑制型沥青混合料路用性能均能满足JTG F40-2004施工技术规范中的要求，其ETI的数值为27.59％，这表示该VOCs抑制设计方案可是沥青混合料环境-技术性能提高27.59％，达到和满足了工程项目建设的大气污染防控需求。
(5)选定VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能平衡优化设计方案最终选定的复配设计方案为：5％活性炭和3％膨胀石墨。
VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能平衡优化设计方案可实现：
①设计控制指标：
ETI：27.59％。
②VOCs抑制型沥青混合料路用性能均能满足JTG F40-2004施工技术规范中的要求。
以上所述，仅为本发明优选的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种VOCs抑制型沥青混合料环境技术性能的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1确定沥青混合料的VOCs排放情况及其路用性能，并合理分配确定VOCs抑制型沥青混合料的环境-技术性能指数指标计算的分项权重值；
S2设计并初拟VOCs抑制剂种类及掺量；
S3分析VOCs抑制型沥青混合料减排效果，并探讨VOCs抑制剂对路用性能的影响；
S4不断反馈优化VOCs抑制型沥青混合料的设计方法，得到VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能平衡的最佳设计方案。
2.根据权利要求1所述的一种VOCs抑制型沥青混合料环境技术性能的优化设计方法，其特征在于：
所述沥青混合料的VOCs排放情况基于VOCs综合抑制指数来评价。
3.根据权利要求1所述的一种VOCs抑制型沥青混合料环境技术性能的优化设计方法，其特征在于：
所述沥青混合料的路用性能包括沥青混合料冻融劈裂试验强度比、浸水残留稳定度、动稳定度、破坏应变。
4.根据权利要求1所述的一种VOCs抑制型沥青混合料环境技术性能的优化设计方法，其特征在于：
所述S3中将VOCs抑制型沥青混合料的环境-技术性能指数作为控制指标，分析VOCs抑制型沥青混合料减排效果以及路用性能影响程度。
5.根据权利要求1所述的一种VOCs抑制型沥青混合料环境技术性能的优化设计方法，其特征在于：
所述S1中VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能指数指标的计算公式为：
式中，ETI为VOCs抑制型沥青混合料的环境-技术性能指数指标；ωVRI、ωTSR、ωMS0、ωDS、ωεB为ETI分项指标的权重系数；VRI为VOCs综合抑制指数；ROCTSR、ROCMS0、ROCDS、ROCεB分别为VOC抑制型沥青混合料冻融劈裂试验强度比、浸水残留稳定度、动稳定度、破坏应变较常规沥青混合料的变化率。
6.根据权利要求5所述的一种VOCs抑制型沥青混合料环境技术性能的优化设计方法，其特征在于：
变化率ROCi的计算公式如下：
式中，ROCi分别为VOCs抑制型沥青混合料冻融劈裂试验强度比、浸水残留稳定度、动稳定度、破坏应变较常规沥青混合料的变化率；Pi为常规沥青混合料路用性能；Pi’为VOC抑制型沥青混合料路用性能；i分别为TSR、MS0、DSεB。
7.根据权利要求1所述的一种VOCs抑制型沥青混合料环境技术性能的优化设计方法，其特征在于：
VOCs抑制型沥青混合料的路用性能指标需要满足JTG F40-2004施工技术规范中对沥青混合料路用性能的要求，若有一项性能不达标，则其ETI无需计算，直接排除该VOCs抑制型沥青混合料。
8.根据权利要求1所述的一种VOCs抑制型沥青混合料环境技术性能的优化设计方法，其特征在于：
所述S1中VOCs抑制型沥青混合料环境-技术性能指数指标计算的分项权重值，采用专家咨询法进行确定；所述专家咨询法为组织若干在本领域比较熟悉的专家对每个指标的权重进行估计，计算每个指标权重估计的平均值，并计算估计值和平均估计值的偏差，若某个专家的指标权重估计值偏差较大，则请该专家重新打分，经过几轮反复，直到偏差满足要求为止，最后得到一组指标权重的平均估计修正值。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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