摘 要

沥青挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）含有大量致癌物质，且在光照激发下会发生光化学反应，严重危害人体及环境健康。虽然目前沥青VOCs抑制剂使用较为广泛且大体可分为四类，但仍存在吸附效率不高、沥青性能损害等问题，因此开展沥青VOCs抑制剂的开发及其抑制技术的研究具有重大意义。

本文基于水热工艺合成硅铝分子筛，通过添加氢氧化钙实现对沸石结构改性；随后通过测试氢氧化钙沸石性能指标，分析其VOCs抑制机理；最后采用热裂解-气相色谱-质谱仪联用（TC-GC-MS）开展了沥青VOCs释放规律及氢氧化钙沸石对沥青VOCs的抑制效果研究。

结果显示：氢氧化钙沸石能够有效吸附沥青VOCs分子，同时降低沥青拌和温度；沥青VOCs随加热温度的升高，其释放量明显增大；掺入5%氢氧化钙沸石时，沥青VOCs减排43%，证明本研究合成的氢氧化钙沸石是一种有效的沥青VOCs抑制剂。

关键词：沥青VOCs；氢氧化钙沸石；吸附；温拌作用；抑制作用

Abstract

Volatile organic compounds (VOCs) from asphalt do harm to both constructors and environment due to its carcinogenic components and photochemical reactions which occur when VOCs components excited by sunlight. Nowadays, about four kinds of inhibitors were employed for the inhibition of asphalt VOCs. But there are some questions remain, for example: the efficiency was limited and the pavement performance degrades. So, it is of great significance to developing new asphalt VOCs inhibitors and its suppression technology.

Firstly, Ca(OH)₂ incorporated zeolite was synthesized based on hydrothermal process in this research. The structure of zeolite was modified by Ca(OH)₂. Secondly, the property of Ca(OH)₂ incorporated zeolite was detected for analyzing its VOCs inhibition mechanism. Finally, pyrolysis gas chromatograph interfaced with mass spectrometer (PY-GC-MS) was employed to research release regulation of asphalt VOCs and the inhibition efficiency of Ca(OH)₂ incorporated zeolite to asphalt VOCs.

Results indicate that calcium hydroxide incorporated zeolite adsorb the asphalt volatile organic compounds effectively and reduce the mixing temperature of the asphalt mixture. The release amount of asphalt VOCs shows a remarkable increase when heating temperature rises. When 5% calcium hydroxide incorporated zeolite was added into asphalt，the amount of VOCs is reduced about 43%. It is demonstrated that calcium oxide zeolite can inhibit the VOCs effetely and it is an effective asphalt VOCs inhibitors.

Keywords: Asphalt Volatile Organic Compounds, Calcium Hydroxide Incorporated Zeolite, Adsorb, Warming Mixture Effect, Inhibition

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 引言 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 沥青VOCs的表征方法 2

1.2.2 沥青VOCs抑制剂的研究现状 3

1.3 研究内容及技术路线 4

第二章 原材料及试验方法 6

2.1 实验原料 6

2.2 实验设备及方案 7

2.2.1 实验设备 7

2.2.2 实验方案 10

第三章 氢氧化钙沸石对沥青VOCs抑制机理研究 15

3.1 热重分析（TGA） 15

3.2 比表面积测定（BET） 17

3.3 表面形貌（SEM） 18

3.4 本章小结 19

第四章 氢氧化钙沸石对沥青VOCs抑制效果研究 20

4.1 沥青VOCs分析表征方法 20

4.1.1 色谱图 20

4.1.2 不同温度下沥青VOC挥发规律研究 22

4.2 氢氧化钙沸石温拌效果研究 25

4.2.1 空隙率 25

4.2.2 马歇尔稳定度 26

4.3 氢氧化钙沸石对沥青VOCs的抑制研究 28

4.4 本章小结 29

第五章 结论与展望 30

5.1 结论 30

5.2 展望 30

参考文献 31

致 谢 33

第一章 引言

1.1 研究背景及意义

根据中华人民共和国国家统计局公布的数据显示：截止2016年底，我国公路通车里程、高速公路里程分别达到469.63万公里、13万公里^[1]，其中90%以上的为沥青高速公路，道路沥青的年消耗量已超过1800万吨^[2]。沥青高速公路具有表面平整，无接缝，行车舒适、震感低、噪音小、耐磨损、无扬尘、工期短、养护修复简单可再生利用等优点，被广泛应用于各级城市道路建设中^[3]。

沥青是一种典型的粘弹性材料，传统的热拌沥青混合料（Hot Mix Asphalt，HMA）一般是将沥青及集料加热到160C乃至更高温度，以保证沥青流动性和施工和易性。然而拌和压实温度较高会造成大量的热量损耗，同时加剧沥青VOCs的产生^[4]。沥青VOCs是沥青挥发性有机化合物的简称。1989年世界卫生组织对VOCs的规定为沸点在50C到260C之间，室温下饱和蒸气压超过133.32Pa，在室温下以气体形式存在的有机物^[5]。该类有机物的主要成分包含卤代烃、含氧烃、氮烃、硫烃、和低沸点的多环芳香烃在内的烃类物质，此类物质活性极高，对人体和环境具有极大的危害。沥青VOCs组分的逸出还会使沥青路面性能劣化，缩短路面服役寿命，造成巨大的社会经济损害。