瀝青路面柴油污染的影響與處治研究.doc

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。 瀝青路面柴油污染的影響與處治研究 摘要：公路上燃油汽車漏油情況時有發(fā)生 ,對路面造成不同程度的污染 ,影響路面的強度。本文就瀝青路面柴油污染的影響、瀝青及其混合料的抗油蝕性能進行分析，并總結(jié)出可以采取的相應(yīng)對策。 關(guān)鍵詞：瀝青路面 油蝕性能 研究對策 緒論 瀝青是石油中最重的部分，是原油經(jīng)過處理以后的產(chǎn)品，瀝青很容易在燃料油等輕質(zhì)油分中溶解。容易產(chǎn)生燃料油泄漏的地方主要有以下幾點。 (1)汽車的使用產(chǎn)生的燃料油泄漏。目前國內(nèi)的汽車仍主要以汽油、柴油作為主要的燃料，不僅排放大量的有害物質(zhì)污染大氣環(huán)境，而且燃油對瀝青路面的破壞也不容忽視。一般道路由于經(jīng)常穿越村莊和農(nóng)作物密集區(qū)域，村民活動頻繁，一些農(nóng)用車經(jīng)常停在路面上，且車況又差，經(jīng)常出現(xiàn)漏油，在發(fā)動機開啟的情況下更為嚴(yán)重。高等級公路采用渠化交通，由于各種因素，高等級公路上行駛的部分汽車車況較差，常常出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，更有甚者，一些車輛在路上出現(xiàn)故障以后，就地進行修理，大量的汽油、柴油灑落在路表面，使瀝青路面嚴(yán)重遭受汽油、柴油等有害油源的浸蝕，使瀝青路面表層甚至幾層瀝青面層出現(xiàn)軟化、松散，最終出現(xiàn)坑洞等破壞現(xiàn)象，從而加速了瀝青路面的破壞。 (2)瀝青拌和站加入的燃油。在瀝青混凝土拌和站的拌和以及瀝青混凝土的運輸過程中，為了防止瀝青混凝土粘在拌和鍋及運輸車上，在拌和鍋內(nèi)壁及運輸車的內(nèi)側(cè)通常都會刷一些柴油，這部分油分雖然數(shù)量比較少，但是對瀝青混凝土也會有一些影響。 (3)瀝青混凝土道面的機場的航空燃料的泄漏。在瀝青混凝土機場的路面，由于給飛機加油等操作，也會產(chǎn)生漏油現(xiàn)象，使得瀝青變軟，由于飛機在等待 過程中荷載持續(xù)作用在路面上，容易產(chǎn)生較大的永久變形。世界備航空公司所使用的航空燃料主要有兩大類：航空汽油和噴氣燃料。隨著航空工業(yè)和民航事業(yè)的發(fā)展，航空汽油逐步被噴氣燃料所代替，國內(nèi)外普遍生產(chǎn)和廣泛使用的噴氣燃料多屬于煤油型，通常稱之為航空煤油。 本文就針對瀝青路面柴油污染的影響與處治方面的研究做一下概述。 1 瀝青路面柴油污染的影響 當(dāng)瀝青路面受到汽油和柴油等有害油源的侵蝕后, 瀝青很容易在輕質(zhì)油中溶解, 造成瀝青膜從石料表面脫離, 使瀝青與石料的粘結(jié)力下降, 導(dǎo)致表層甚至幾層瀝青面層會出現(xiàn)軟化而松散, 從而在荷載、高溫和雨水綜合作用下, 造成瀝青混合料掉粒、松散, 繼而形成坑槽、推移變形等早期損壞現(xiàn)象, 嚴(yán)重影響路面性能及行車安全。同時, 路面因頻繁維修和養(yǎng)護帶來較大的經(jīng)濟損失。 油污染現(xiàn)象已越來越引起道路管養(yǎng)部門的重視。油蝕破壞的鑒別非常簡單，只需在損壞處掰下一顆石子用鼻子聞一聞看是否有柴油或汽油味，如果有味則說明是油蝕破壞。油蝕破壞一般具有以下特征：①主要表現(xiàn)：為瀝青與石料的粘結(jié)力下降，甚至瀝青膜完全從石料表面脫離，混合料變得松軟，承載力下降；②損壞過程：首先是在被油蝕的范圍內(nèi)出現(xiàn)松軟，瀝青被擠壓向表面匯集，同時由于瀝青與集料的粘附力下降，在汽車的真空吸力作用下混合料變得松散，集料很快從路面表面脫落，最終形成坑洞；③破壞形式：以軟化、松散、坑洞為主；④損壞周期短。 查旭東關(guān)于“油蝕對TLA改性瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響”研究中指出，油蝕后，不同摻量的T LA 改性瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、劈裂強度和殘留強度比均顯著下降, 平均下降幅度在20%左右。 同時, 油蝕浸水殘留穩(wěn)定度在55%～70% 之間, 油蝕凍融殘留強度比在60%～80% 之間。可見，油蝕對T LA 改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性和低溫抗裂性能具有顯著的劣化作用。宋志宇關(guān)于“油蝕對TLA改性瀝青高溫性能的影響分析”研究中指出，油蝕后，TLA改性瀝青的高溫性能明顯下降。這是由于油蝕后瀝青中的瀝青質(zhì)及膠質(zhì)等有效成分被溶解，改變了瀝青結(jié)構(gòu)，使得改性瀝青中純?yōu)r青的勁度模量降低，減弱了瀝青高溫抗變形能力，從而降低了瀝青的高溫性能。 2 瀝青及其混合料的抗油蝕性能分析 瀝青及其混合料的油蝕性能影響因素有很多，如混合料類型，瀝青種類及參量，改性劑類型及參量，混合料的孔隙率，柴油侵蝕時間，柴油侵蝕溫度等。我國在近年來注意到油蝕對路面的影響，不少學(xué)者開始做這方面的研究，現(xiàn)將主要結(jié)論其總結(jié)如下： （1）低標(biāo)號瀝青比高標(biāo)號瀝青具有更好的抗油蝕性能，改性瀝青比基質(zhì)瀝青具有更好的抗油蝕性能。東南大學(xué)黃曉明針對可能產(chǎn)生燃料油泄露的場合，對50號、70號基質(zhì)瀝青及SBS改性瀝青進行了瀝青混合料浸油后的質(zhì)量損失、車轍試驗及劈裂試驗，并對瀝青膠結(jié)料進行了浸油后的動態(tài)剪切流變試驗。從而分析得知，瀝青在經(jīng)燃料油浸泡后性能會有較大的下降，低標(biāo)號瀝青比高標(biāo)號瀝青具有更好的抗油蝕性能，改性瀝青比基質(zhì)瀝青具有更好的抗油蝕性能。分析其理論依據(jù)：根據(jù)瀝青的來源不同，瀝青分為天然瀝青、石油瀝青和焦油。石油瀝青主要由瀝青質(zhì)和可溶質(zhì)兩部分組成。瀝青及瀝青混合料受燃料油浸蝕后，瀝青本身的性能有較大下降，同時瀝青與石料的粘結(jié)力下降，瀝青膜容易從石料表面脫離，從而混合料的性能也有較大下降。瀝青質(zhì)相對于可溶質(zhì)來說更不易被溶解，所以低標(biāo)號的瀝青由于其瀝青質(zhì)含量高而使得被柴油浸泡后各項性能比高標(biāo)號瀝青下降幅度小。瀝青經(jīng)過改性以后，由于改性劑自身融脹吸附大量的輕質(zhì)組分，使得原瀝青中的油分含量相對減少，同時瀝青與集料之間的粘附力有所增加，這使得改性瀝青遭受汽油、柴油的浸蝕后的性能相對基質(zhì)瀝青來說下降幅度要小很多。 （2）混合料類型，改性劑種類及參量，柴油侵蝕時間，柴油侵蝕溫度，剪切速度等的不同也會導(dǎo)致其油蝕性能的不同，找到它們之間的最佳切合點。李明國關(guān)于“瀝青混合料抗油侵蝕能力分析”中，他以廣東地區(qū)較常采用的SMAl6和AKl6A抗滑層混合料類型，分析不同改性瀝青及瀝青改性前后混臺料的抗油浸蝕能力。得出以下結(jié)論：在2種級配類型混合料中，高聚物化學(xué)網(wǎng)構(gòu)改性瀝青混合料的油蝕系數(shù)最大，即其抗油浸蝕能力最強，PE、SBS改性瀝青抗油浸蝕能力則差別不大；對于相同的瀝青，SMAl6混合料的抗油浸蝕能力優(yōu)于AKl6A型混臺料。對于SMAl6和AKl6A型這2種類型混合料，由于SMA是一種由粗集料形成骨架瀝青瑪蹄脂添充其間的骨架密實型結(jié)構(gòu)，相對于AKl6A型結(jié)構(gòu)，集料之間的嵌擠力和內(nèi)摩阻力均比較大，而且其瀝青用量大，當(dāng)遭受同樣的油蝕時混合料的強度要高，即SMAl6混合料抗油浸蝕能力好于AKl6A型混合料。徐進關(guān)于“TLA改性瀝青及其混合料的油蝕研究”中，他選取了柴油浸蝕時間、柴油浸蝕溫度、剪切速度和TLA摻量4個因素及相應(yīng)的4種水平，采用L16(45)正交試驗表安排并進行了油蝕試驗。TLA作為改性劑添加到瀝青中，可以改善瀝青的高溫穩(wěn)定性、感溫性以及抗老化性能。通過極差法分析了各因素和各水平對質(zhì)量損失的影響程度，結(jié)果表明各因素對質(zhì)量損失影響的大小排序依次為：TLA摻量>柴油浸蝕溫度>柴油浸蝕時間>剪切速度，并得出TLA摻量為30％～40％時抗油蝕效果最顯著。 （3）改性瀝青對混合料抗油蝕性能的改善程度，取決于混合料的空隙率水平， 4%～5%的空隙率是改性瀝青最能發(fā)揮作用的區(qū)間，7%～8%的空隙率是改性瀝青發(fā)揮作用的合理上限。曹林濤的關(guān)于“瀝青混合料的抗油蝕性能”研究中指出，改性瀝青對劈裂強度的提高程度并不是隨空隙率一層不變的, 它取決于空隙率水平：空隙率為1%～2%時, 強度提高約空20%，空隙率為4%～5%時, 強度提高約50%，空隙率為6%～8%時, 強度提高約20%，空隙率為11%左右時, 強度提高相對較小, 大約10%。也就是說, 改性瀝青對混合料性能的改善, 存在一個合適的空隙率區(qū)間, 在這個空隙率區(qū)間內(nèi), 改性瀝青的作用得以充分發(fā)揮。4%～5%的空隙率是改性瀝青最能發(fā)揮作用的區(qū)間,7%～8%的空隙率可能是改性瀝青發(fā)揮作用的合理上限。這表明, 瀝青作用的發(fā)揮與混合料的空隙率有關(guān), 當(dāng)空隙率位于高位時, 空隙率對強度的影響居于首位, 瀝青的作用難以體現(xiàn)； 當(dāng)空隙率適中時, 瀝青的作用得以體現(xiàn)； 當(dāng)空隙率較小時, 空隙率對強度的影響再次居于首位, 瀝青的作用難以體現(xiàn)。目前有人主張密級配混合料現(xiàn)場空隙率控制在7%以內(nèi)閉, 而該空隙率是改性瀝青發(fā)揮抗油蝕作用的合理上限, 因此, 可以把用于抗油蝕性能評價的試件空隙率定在7%。 （4）添加瀝青路面防水抗油劑能夠極大地提高瀝青混凝土的水穩(wěn)定性和抗油污性能。武漢理工大學(xué)吳少鵬借助自制的采用自制的硅樹脂溶液，添加滲透劑和增粘劑后合成出一種滲透型硅樹脂瀝青路面防水抗油劑，滲水試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、抗油性能試驗以及表面構(gòu)造深度試驗的結(jié)果表明，防水抗油劑能夠極大地提高瀝青混凝土的水穩(wěn)定性和抗油污性能，同時不影響路面的抗滑性能，半年后對試驗路段的滲水系數(shù)等跟蹤檢測，結(jié)果證明了其良好的路用性能。使用時，防水抗油劑能夠迅速滲透瀝青面層，2～6 h固化成膜后(取決于環(huán)境溫度)，將內(nèi)部的空隙堵住，由此可以防滲水、抗老化、耐油污，減少外界水分、空氣等對瀝青路面路用性能的影響。 3 對策研究 3.1 管理方面 路政以及路面養(yǎng)護單位要制定有效的預(yù)警、處治機制，保證在漏油發(fā)生之后做出快速反應(yīng)。對已建成的道路而言，及時處理產(chǎn)生的病害才能防止路面病害的擴大化。另外，由瀝青路面油蝕發(fā)生的原因可知，要想從根本上解決漏油帶來的危害，必須從施工階段就開始重視，在施工中根據(jù)其成因采取有效的措施，同時建立健全有效的質(zhì)量保證體系，強化施工管理，完善施工工藝和施工方法，提高施工質(zhì)量。對于渠化交通的瀝青路面表層，為了減少路面遭受車輛漏油的浸蝕，道路管養(yǎng)部門應(yīng)加強運營管理，減少車輛在路面上的停臂、維修；汽車用戶應(yīng)提高車輛的運營狀況，避免行駛過程中出現(xiàn)故障和漏油。路面修建時建議采用改性瀝青及SMAl6型混合料以提高抗油浸蝕能力，減少油蝕破壞。同時應(yīng)大量推廣使用低公害能源(如壓縮天然氣)替代汽油、柴油作為汽車燃料。 3.2 技術(shù)方面 首先，在施工過程中所使用的瀝青路面表面層混合料應(yīng)該具備以下特性：①對于基質(zhì)瀝青而言，低標(biāo)號的瀝青由于瀝青質(zhì)的含量較高而比高標(biāo)號的瀝青抗油蝕能力稍強；②改性瀝青比基質(zhì)瀝青的抗油蝕能力強，改性瀝青受燃料油浸蝕后不僅各項性能下降幅度小，殘留數(shù)值也比較大，因此從抗油蝕的角度來看，應(yīng)當(dāng)首選改性瀝青。在改性瀝青的研究上，國內(nèi)學(xué)者曹林濤等通過室內(nèi)劈裂強度試驗，考察油污染腐蝕對瀝青混合料性能的影響，并且給出抗油蝕評價方法的建議以及改善混合料抗油蝕能力的措施。他們利用油蝕劈裂強度這一指標(biāo)對瀝青混合料經(jīng)油蝕后的影響，并在試驗進行前給出了與凍融劈裂試驗強度比TSR指標(biāo)相似的定義，油蝕劈裂強度比ISRO指標(biāo)：油污染腐蝕條件下的劈裂強度與未經(jīng)受油污染腐蝕條件的劈裂強度之比。相關(guān)試驗表明，油蝕劈裂強度隨空隙率的增大而減小，隨著空隙率的增大，油污染腐蝕對劈裂強度的影響趨于顯著，控制路面現(xiàn)場空隙率水平是降低油污染腐蝕影響程度的有效措施之一；采用改性瀝青也能提高混合料抗油蝕性能。值得注意的是，改性瀝青對混合料抗油蝕性能的改善程度，取決于混合料的空隙率水平。其存在一個合理的空隙率適用區(qū)間，4％～5％的空隙率是改性瀝青最能發(fā)揮作用的區(qū)間，7％～8％的空隙率是改性瀝青發(fā)揮作用的合理上限；油蝕劈裂強度試驗，可以用來評價混合料的抗油蝕性能，用于試驗的馬氏試件空隙率可以定為7％，目前TSRO臨界值可以定為70％。其次，在高等級公路設(shè)置緊急停車道，以便于在發(fā)生漏油現(xiàn)象時可以及時?？吭趯Ｓ密嚨馈３嗽O(shè)置緊急停車道外，在修建加油站及其他一些儲備油料的地方的瀝青路面時也要考慮增強路面的抗油蝕能力。 結(jié)語 本文通過對瀝青路面柴油污染的影響、瀝青及其混合料的抗油蝕性能分析，總結(jié)了可以采取的管理措施和技術(shù)方法。瀝青路面柴油污染造成的坑槽破壞是其瀝青路面最容易產(chǎn)生的早期破壞之一，因此通過研究找到一種行之有效的方式來處理目前道路嚴(yán)重油污染現(xiàn)象，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。 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