不同脱硫状态胶粉改性沥青的高温挥发物组成、量化与抑制研究

According to the status of desulphurization of crumb rubber in asphalt, it can be divided into three technical routes of crumb rubber modified asphalt: non-desulfurization (Asphalt Rubber), semi-desulfurization and full desulfurization (Terminal Blend). In pavement engineering, the technical route of semi-desulfurization or non-desulfurization are favored due to the concern of performance and lack of environmental data, while the environmental friendly technical route of full desulfurization receives less attention. In this project, the chemical composition of the harmful volatile compounds produced by crumb rubber modified asphalt at varying desulfurization status will be analyzed and the emission mechanism will be investigated. Through the qualitative and quantitative comparisons of volatile compounds produced during asphalt production, storage and mixtures blending, transportation, spreading and compaction, the different technical routes will be evaluated from harmful volatile compounds perspective. Based on the above results, attempts will be made to inhibit the harmful volatile compounds from crumb rubber modified asphalt. This project can provide environmental data for the selection of technical routes of crumb rubber modified asphalt and help to understand the emission behavior from rubberized asphalt production to pavement practice. Under the concept of “Green Highway”, the research results can facilitate the application of crumb rubber modified asphalt in an eco-friendly manner.

根据胶粉在沥青中脱硫的状态，可分为不脱硫（橡胶沥青）、半脱硫和全脱硫（溶解性胶粉改性沥青）三种胶粉改性沥青技术路线。道路工程主要关注性能评价，在缺少环境数据的情况下，易倾向于选择半脱硫或不脱硫的技术路线，而对环境友好的全脱硫技术重视不够。本项目以不同脱硫状态胶粉改性沥青为研究对象，分析有害挥发物的化学组成，剖析产生机理；通过定性与定量手段，对不同脱硫状态胶粉改性沥青在生产、存贮、混合料拌合、运输、摊铺碾压五个阶段产生的有害挥发物进行比较研究，从有害挥发物的角度对不同的技术路线进行比较与选择；在以上研究的基础上尝试寻找抑制胶粉改性沥青中有害物释放的方法。本项目研究成果将为科学选择胶粉改性沥青技术路线，提供环境方面的数据支撑，对理解胶粉改性沥青从生产到应用全过程有害物质释放行为具有重要的意义；在倡导“绿色公路”发展理念的背景下，研究成果有利于切实推进胶粉改性沥青的环保化应用。

将废轮胎橡胶粉应用于改性沥青，实现资源节约的同时改善了沥青路面性能。但实践表明，传统胶粉改性沥青混合料施工过程中，产生比普通沥青更多的沥青烟，限制了其推广应用。目前国内从学术界到工业界虽然认识到这个问题的重要性，但缺乏对胶粉改性沥青挥发物的化学组成分析、量化与抑制评价。本研究通过气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）分析了胶粉改性沥青挥发物中的主要成分以及相对含量；通过特征离子峰面积的计算，表征了主要挥发物含量随反应温度、反应时间变化的演化规律；通过外标法定量计算了甲苯、柠檬烯、萘、苯并噻唑四种挥发物在不同采集点处的浓度；基于累积浓度数据，提出了胶粉改性沥青挥发物的快速-恒速两阶段逃逸行为方程；选择了两种醇类化合物、一种分子筛，开展了挥发物抑制研究。主要结论与建议如下：（1）胶粉改性沥青较基质沥青增加了9种挥发物，其中苯并噻唑、N-环己基环己胺、2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉、二苯基乙炔、二环己基二硫化物、棕榈酸（十六酸）、硬脂酸（十八酸）、N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基对苯二胺来源于橡胶工业常用的促进剂、助剂等；（2）胶粉中聚合物链段降解，导致胶粉改性沥青中甲苯、二甲苯、柠檬烯等挥发物较基质沥青大幅增长；（3）时间对胶粉改性沥青中挥发物逃逸速率的影响基本遵循先快后慢的规律，其速率主要受液态沥青与顶空挥发物的浓度差，以及液态沥青中挥发物存量的影响；（4）胶粉改性沥青典型挥发物排放量依次为：柠檬烯（50mg/kg）>甲苯（15mg/kg）>苯并噻唑（6.1mg/kg）>萘（4.3mg/kg）；（5）快速-恒速两阶段逃逸行为方程 成功地描述了甲苯、柠檬烯、萘、苯并噻唑的逃逸行为；（6 ）260°C高温脱硫工艺，在改性沥青制备阶段除去了大量柠檬烯、萘、苯并噻唑，有利于改善混合料施工过程的环境友好性；（7）分子筛减少了低沸点烷烃的排放；（8）甲苯是胶粉改性沥青的“顽固”挥发物，热存贮阶段的甲苯浓度约为基质沥青的10倍，甲苯及其它小分子苯系物应作为胶粉改性沥青清洁化施工的处治重点。