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橡胶碎屑改性沥青在现场产生的气体排放的评估

Maria Chiara Zanetti , Silvia Fiore, Barbara Ruffino, Ezio Santagata, Michele Lanotte

强调：

• 沥青混合料排放物样品来自施工现场；
• 实验室对潜在有害化合物进行分析；
• 试验数据通过sanitary-environment风险分析模型进行微分处理；
• 评估了排放物对施工人员的毒性和致癌性。

摘要

通过打磨废旧轮胎（ELTs）获得废胶粉（CR），采用“干法”或者“湿法”处理可用于高性能沥青道路的铺筑中。然而，当政府考虑到此技术的可实现性及其后续问题时，首先想到的是在施工现场使用废胶粉对环境和施工人员的危害。本文为此领域提供了特定的技术知识，通过sanitary-environment风险分析模型评估施工人员可能接触到的气体排放物，该模型能够分析排放物的毒害性和致癌性。

关键词：橡胶碎屑、沥青混合物、气体排放、环境-卫生风险、施工工人

1、引言

近几年在世界各地的研究经验表明，通过研磨获得的碎屑橡胶（CR）报废轮胎（ELT）可用于生产高性能沥青混合料用于道路铺设应用。所用的技术称为“干法”或者“湿法”。在“湿法”工艺中，将CR与沥青初步混合，从而获得延性和弹性非常好的的改性粘合剂，也称为“沥青橡胶”（AR）[ASTM D6114-09]，然后将其与集料在热状态下混合。在“干法”工艺中，在沥青混合物的生产流程中引入CR作为补充组分，替代部分集料并提供增强的弹性荷载。

研究重点关注含CR沥青混合物的一系列工作性能，包括耐永久变形、疲劳裂纹、氧化老化和水损害的评估等。此外，在混合物设计和质量控制操作期间所需考虑的若干方面的问题已得到解决，并且随后对可靠的技术规范进行了定义。然而，使用CR对在铺设操作期间产生的气态排放物的影响尚未经过广泛研究，实验研究的数量有限，也没有收集关于工人在现场暴露的潜在健康风险的定量信息。

美国职业安全与健康研究所（NIOSH）与联邦公路管理局（FHWA）合作在美国进行的研究是基于在几个路面施工现场收集的数据，其中对沥青工人的职业暴露评估是和常规和AR沥青混合物进行比较的。不同工人的医疗数据与对在不同位置的摊铺点取样的烟雾进行化学分析的结果是相关的。特别注意的是，该项测试对潜在有害物质的评估集中在如总颗粒，苯可溶颗粒，多环芳烃（PAH），有机含硫化合物和苯并噻唑等都进行了评估。研究发现，最高的暴露排放量是来自靠近摊铺机或者沥青运输卡车傍边的作业点，并得出结论，含有CR的沥青混合物排放可能比常规铺路材料具有更高的潜在危险。

在Watts等人进行的个人曝光监测研究中，通过考虑细小的可吸入颗粒（lt;2.5mu;m）和多环芳烃，分析含有CR和标准类型的沥青混合物的气体排放。即使实验结果强调在AR混合物的情况下道路工人的更大的潜在风险是致癌PAH暴露，但是从统计学观点看，并没有发现关于标准混合物的显着差异。

Stout和Carlson 的研究报告中做了生产设备中烟囱排放的评估，他们回顾了在使用和不使用CR制备的沥青混合物两种情况下进行的分析结果。 使用不同的方法进行研究，但是在所有情况下，据报告显示有CR沥青混合料的潜在风险相对较小。

健康风险评估问题在最近在意大利发起的关于在沥青混合物中使用CR的两个研究项目中发挥了突出作用（“湿法”和“ 干法“技术）：POLIPNEUS（2012-16），是一个由Ecopneus公司资助的项目，该公司的任务是管理意大利ELTs的整个流程，TYREC4LIFE（2011-14），由欧盟委员会支持，该项目是LIFE 资助计划的一部分。这两个项目均填补了技术知识方面的重大差距。本文提出的工作是基于在这些项目中在几个建筑工地进行的监测活动，其中沥青混合物被铺设用于形成标准类型和包含CR（“湿” 和“干”混合物）。该调查的主要目的是评估在摊铺作业期间所产生的气体排放对工人的潜在健康影响。为达到此目的，在摊铺机处对烟雾进行取样，经处理后到实验室分析用于测定挥发性有机化合物（VOC）和多环芳烃（PAH）的浓度。其分析结果用于评估施工现场工人所面临的健康风险的程序中。 在这种情况下，CR的影响以差异术语突出显示，比较有CR的沥青混合料与无CR的沥青混合料铺设相关的计算风险。

2、实验

2.1施工现场

在几个施工现场所进行实验研究涉及沥青混合物的铺设宽度范围，包括施工标准以及几种类型的含有CR的“湿”和“干”的沥青混合物。 合成所考虑的位点和沥青混合物的描述在表1和2中给出。

标准混合物（在代码名称中用“S”表示为最终字母）根据可用的粘合剂的技术规范进行设计。配方中含有不同来源的集料，如表1所示，通过使用纯的和聚合物改性的沥青来制备。 混合物QU-S混入13％（b.w.干燥集料）再生沥青路面（RAP）材料。

表一调查中考虑的建筑工地 - 标准沥青混合料

表二调查中考虑的建筑工地 - 含沥青混合物（CR）

含有CR的橡胶改性沥青均为间断级配和密级配。橡胶改性沥青是根据（用“W”表示代码名称中的最后一个字母）沥青在使用过程中形成损耗层以及在生产三种不同的热混合配方时所使用的粘合剂的制备公司的一个尚未公开的配方而构想出来的。实验过程中没有关于用于每个生产批次的组分材料（基础沥青和CR）的相关信息。混合物AL-D是“干”型的，并且可用作粘合剂料层材料。其作业混合配方是从标准参考混合物（AL-S）的配方获得，包括在调查研究中，通过简单地添加1％CR（b.w.的聚集体）并通过略微增加目标沥青含量以考虑额外的由于CR的吸附效应。

混合物SF-W和QU-S在同一天并在相同的配方中产生通过使用共同的基础沥青。 混合物AL-D和AL-S共有这些共同方面（生产的时间和地点，采用沥青）然后放置在同一地方。

在铺路施工操作期间，通过手持放置在摊铺机的熨平板后面的温度计连续监测混合物的温度。同时还通过测量空气温度记录位点特性条件。

在施工现场采取沥青混合物样品进行实验室测试，以测定粘合剂含量和级配。根据EN 12697-39进行的点火试验测定粘合剂含量。从点火处回收的聚集体的尺寸分布在湿条件下通过使用技术规范中指示的标准组筛进行评价试验。混合物的组成数据在表3和4中提供。粘合剂含量（％B）表示为百分比（b.w） 的干燥聚集体。 聚合大小分布通过参考最大直径（D_max，对应于100％通过），细聚集体的百分比（％P₂，通过2mm筛）和填料（％P_0.075，通过0.075mm筛）来描述。两个表还包括在铺设操作期间现场记录的平均空（TA）和混合物（TM）温度值。

表三混合物组成和铺设条件 - 标准沥青混合物

表四混合物组成和铺设条件 - 含CR的沥青混合物

2.2测试方法

烟雾样品放置在摊铺机的驾驶员座位处，在卡车的混合物排放操作最严重的期间的暴露条件，即熨平板在热混合物排出之后和在摊铺机沿着施工现场的运动向前期间。通过使用泵（0.5l / min流速，5分钟总取样时间）进行取样，借助于其将烟雾吸附在活性颗粒碳盒上，然后将其储存在冷冻温度直到分析使用。将这些基质在超声浴中进行溶剂萃取（用二氯甲烷，Fluka，HPLC级）60分钟[EN 13649,13]，然后用装备有HP5-MS毛细管柱（30mtimes;0.25mmtimes;0.25mu;m），用于测定挥发性有机物的浓度物质（VOC）和多环芳香烃（PAHs）Agilent 7890/5975气相色谱仪分析。

3、结果与讨论

在测试部分取样的气体排放的分析结果在表5-8中给出（来自两次独立重复的均值）。表中所列出的化合物均被认为有毒或致癌的化合物，可通过气相色谱技术检测。这些化合物也是在第4节所述的卫生 - 环境风险分析程序中考虑的化合物。

表五摊铺机（D：驾驶员座椅; S：熨平板）的VOC气体排放（lg / m3） - 标准沥青混合料