沥青VOC释放机理及其抑制方法的研究

VOC (Volatile Organic Compounds) refers to volatile organic compounds with the properties of high volatility, low concentration, strong activity, and so on. Photochemical pollution form VOC and its derived materials can endanger life and health as well as the growth of crops, which has become one of the worldwide public hazard. Over the years, the main concerns in VOC sources in the world are coming from decorative materials, biological source, and motor vehicle exhaust. However, no enough attention has been paid on the VOC from asphalt materials being widely used in road engineering and construction waterproof. This project intends to study the VOC emissions from asphalt with different sources and different types in term of varying environmental conditions ( e.g. different light wavelength, light intensity, light duration). Based on the emission amount and characteristics of asphalt VOC, its releasing model will be developed. In addition, the effect of VOC emission on asphalt composition, structure and performance will be explored, meanwhile, the mechanism of asphalt VOC emission will be revealed.The effect of asphalt VOC on environment,life and health will be analyzed. The characteristics and related environmental impacts of asphalt with low VOC emission will also be investigated. Furthermore, the methods of controlling the asphalt VOC emission will be developed. This research study results will provide the theoretical basis and guidance to develop green and environment-friendly asphalt-based materials and further improve its performance.

VOC(Volatile Organic Compounds)是挥发性有机化合物的简称，具有挥发性高、浓度低、活性强等特点。VOC自身及其所衍生的光化学污染，会危害生命健康与农作物生长，已成为世界性公害。长期以来，国内外主要关注的是来自装饰材料、生物源与机动车尾气等的VOC及其危害，而对广泛应用于道路工程、建筑防水等领域的沥青所产生的VOC未引起足够的重视。本项目拟针对不同来源、不同类型的沥青，研究其在不同光照波长与强度、时间等条件下VOC的释放情况，根据其VOC释放量及其规律特点，建立沥青VOC释放模型，探讨沥青VOC释放与其组成、结构、性能的相关性，揭示沥青VOC释放机理，分析沥青VOC对环境和人体健康的危害，探讨具有低VOC释放的沥青组成结构特点和释放环境条件特点，研究沥青VOC的抑制方法。本项目成果将为开发绿色环保型沥青以及提高沥青和沥青材料的使用性能等提供理论指导。

VOC是挥发性有机化合物的简称，具有挥发性高、浓度低、活性强等特点。VOC及其所衍生的光化学污染，会危害生命健康与农作物生长，已成为世界性公害。沥青是由不同有机烃类组成的复杂混合物，在高温加热或常温常压服役过程中，会产生VOC，其性能也会受到影响，服役寿命缩减。沥青作为重要的建筑材料，已被广泛应用于道路工程、建筑防水领域，在世界各国已建高速公路中，沥青路面占80%以上。因此，研究沥青VOC释放机理及其抑制方法为沥青材料的绿色环保和耐久性提供理论依据和技术支撑，具有非常重要的意义。.本项目首次系统研究了沥青VOC释放机理及其抑制方法；构建了实验室沥青VOC发生装置与采样系统，采用紫外可见分光计、热重-质谱和气相色谱-质谱联用技术研究了沥青VOC的释放量及其典型成分与含量；研究了材料组成和环境条件对沥青VOC的释放量与组成的影响；系统研究了沥青VOC释放与沥青组成－结构－性能之间的关联性；提出了沥青基材料的VOC抑制方法，重要成果如下：.1.设计了高温和常温沥青VOC采集系统，发明了沥青混合料拌合过程VOC收集装置；基于沥青烟的吸光值和VOC浓度的关系，提出了沥青烟的轻组分含量分析方法。.2.采用热重-质谱和气相色谱-质谱联用技术研究发现，在高温及常温条件下始终伴随着小分子物质、多环芳烃类、烷烃、环芳烃及烃类衍生物的释放；小分子物质包含二氧化碳、氯化氢、硫化氢等无机物，其释放量较其他物质高1~2个数量级；致癌物质多环芳烃主要包含萘、茚、芴等，其释放量与温度呈正相关关系；烷烃、环芳烃及烃类衍生物释放量随分子量增大而减小。.3.沥青VOC释放量随着温度的升高和加热时间的延长而增加，搅拌加速了沥青VOC的释放；沥青VOC中重组分的含量明显大于轻组分含量，高温下产生的沥青烟气主要是以粒度大于1μm的小颗粒为主。.4. VOC释放使得沥青的轻质组分饱和分和芳香分含量减少，沥青的溶胶结构向凝胶结构转移，导致沥青的质量、针入度、相位角减小，软化点、粘度、复合模量增大，沥青弹性成分增多、变硬。.5.提出了由SBS和活性炭组成的复合抑制剂，其中SBS掺量为4%~5%，活性剂掺量为4%；复合抑制剂可改善沥青混合料的路用性能，显著降低沥青混合料VOC以及PM2.5和PM5的释放。.6.依托本项目，已培养4名硕士和2名博士研究生，发表论文21篇，被SCI收录17篇、EI收录4篇，申请专利2项。