沥青混合料污染物固定源采样装置及测试方法与流程

1.本发明涉及一种采样装置及测试方法，特别涉及一种沥青混合料污染物固定源采样装置及测试方法。


背景技术：

2.沥青路面材料大多采用传统热拌沥青混合料，施工加热温度高达到160～180℃，不仅要消耗大量的能源，且沥青混合料在高温状态下由于沥青轻组分的挥发会产生一定的污染气体。目前在大气颗粒物中可分辨的有机污染气体包括饱和烃、脂肪烷酸、正构烷醇及脂肪二元酸、芳香族多元酸、多环芳烃和多环芳酮等化合物。其中含量最多的是烃类化合物，而对人体健康最为有害的是多环芳烃化合物。
3.沥青常温下呈固态或半固态，加热后沥青黏度降低，与石料裹覆在一起。随着沥青膜在集料表面覆盖的形成，沥青会被氧化，加上沥青中含有一些易挥发性有机物，就会有大量的挥发性有机化合物(vocs)形成。
4.随着人们研究的深入，对沥青挥发性有机化合物的研究不再限于其毒害性评价上，20世纪末国内外部分学者开始了对其影响和组成的研究，沥青挥发性有机化合物的获得也由现场捕集转为实验室制备。在室内研究中，沥青烟的产生过程中大都采用自制的沥青烟产生装置。在这些自制装置中，只考虑了沥青本身的加热与氧化过程，难以模拟沥青与集料混合后的拌和与摊铺过程中vocs的产生。
5.沥青混合料的生产设备为间歇式拌和设备，其工作流程为：将分档的砂石料运至对应的冷料仓，经输送装置送到干燥滚筒加热，干燥滚筒以逆流加热的方式将砂石料烘干并加热到设定的温度。砂石料提升到热料筛分系统，通过筛分后砂石料在拌缸中与沥青混合后进行搅拌，搅拌完成后经放料口放至运输车辆。
6.由于沥青混合料在高温状态下生产，沥青的轻组分挥发会产生多种污染物，不同类型的沥青混合料由于生产温度、沥青含量有所差别，造成污染物排放程度差异较大，而在生产现场进行污染物测试受到设备、气象条件等多因素影响，无法有效区分不同沥青混合料的污染物排放水平。此外现有技术中的采样装置只考虑了沥青本身的加热与氧化过程，难以模拟沥青与集料混合后的拌和与摊铺过程中vocs的产生，进一步造成了污染物排放量的测试误差。


技术实现要素：

7.本发明可提供一种沥青混合料污染物固定源采样装置及测试方法，该测试方法采用模拟固定源污染源排放的原料进行测试采样，适用于对沥青混合料生产与摊铺过程进行污染物采样。利用本发明的沥青混合料污染物固定源采样装置及测试方法，能够区别生产参数对沥青混合料污染物排放的影响，亦可区分不同沥青混合料的污染物排放量。
8.为达上述目的，本发明提供一种沥青混合料污染物固定源采样装置，该沥青混合料污染物固定源采样装置为卧式搅拌富集一体化装置，包括壳体、搅拌单元、驱动单元、温
控单元以及温控单元。壳体一侧设有进风口，另一侧设有排风口，顶部设有可开启的盖板，排风口连接废气采样装置；搅拌单元设于沥青混合料污染物固定源采样装置内部，包括搅拌叶片和搅拌轴；驱动单元，连接搅拌单元，用以驱动搅拌单元搅拌；温控单元，用以调控壳体内温度；温控单元用以沥青混合料污染物固定源采样装置内部的空气循环。
9.在一实施例中，温控单元包括电热丝，电热丝设于壳体内部。
10.在一实施例中，温控单元的温控范围为室温～250℃，控制精度为0.5℃。
11.在一实施例中，还包括保温单元，设于壳体外侧；保温单元为隔热材料，用以对沥青混合料污染物固定源采样装置进行保温。
12.在一实施例中，驱动单元为电机，电机与搅拌轴连接。
13.在一实施例中，搅拌单元的搅拌转速可调，可调转速为15r/min、30r/min、60r/min。
14.在一实施例中，鼓风单元设于进风口与排风口，进风口的直径大于40mm，排风口的直径大于80mm，排风口为沥青混合料拌和过程中污染物的采集位置。
15.在一实施例中，盖板用于添加物料，且盖板设有密封橡胶条。
16.本发明还提供一种沥青混合料污染物的测试方法，该测试方法采用沥青混合料污染物固定源采样装置，包括以下步骤：
17.步骤s1：将物料置于烘箱加热，得到沥青混合料，备用；
18.步骤s2：调节温控单元的加热温度，将沥青混合料及添加剂通过可开启的盖板加入沥青混合料污染物固定源采样装置；
19.步骤s3：启动鼓风单元和搅拌单元，并对沥青混合料及添加剂进行搅拌，废气采样装置对排风口排放的废气进行测试，得到每小时单位质量沥青混合料的污染物排放质量的测得值，记作m
测
；使用另一废气采样装置对沥青混合料污染物固定源采样装置外的环境中的废气进行测试，得到每小时环境中污染物的排放质量的对照值，记作m
对
。
20.步骤s4：重复步骤s3，取平均值，计算得到每小时单位质量沥青混合料的污染物排放质量的实际值m
实
＝m
测-m
对
。
21.在一实施例中，步骤s3中，搅拌单元对沥青混合料及添加剂进行搅拌的过程为：首先在30r/min转速下搅拌2-4min，然后在15r/min转速下持续进行搅拌。
22.在一实施例中，步骤s4中，重复次数为3-6次。
23.在一实施例中，沥青混合料的加入量为10-40kg。
24.相较于现有技术，本发明具有以下优点效果：
25.(1)本发明的沥青混合料污染物固定源采样装置为卧式搅拌富集一体化设备，能同时进行样品制备、污染物富集以及污染物的测试，在沥青混合料污染物固定源采样装置中可以模拟沥青混合料在拌和与摊铺过程中的污染物排放状态，提供了一种便捷、真实的采样装置及测试方法。
26.(2)本发明的测试对象为处于高温拌和状态的沥青混合料，污染物采样种类为vocs，涵盖沥青混合料主要特种污染物。
27.(3)本发明采用室内模拟固定源的采样方法，可以设置不同的加热温度、不同的拌和速度、不同采样时间，便于区别生产参数对沥青混合料污染物排放的影响，亦可区分不同沥青混合料的污染物排放量。
28.(4)以该方法测得的污染物排放测试数据，可有效模拟沥青混合料在不同条件下的污染物排放量，亦可区分不同沥青混合料的污染物排放量。
附图说明
29.图1为本发明的沥青混合料污染物固定源采样装置的一实施例的结构示意图。
30.其中，附图标记：
31.沥青混合料污染物固定源采样装置 100
32.壳体 101
33.搅拌单元 102
34.搅拌叶片 1021
35.搅拌轴 1022
36.驱动单元 103
37.温控单元 104
38.电热丝 1041
39.鼓风单元 105
40.进风口 106
41.排风口 107
42.盖板 108
43.保温单元 109
具体实施方式
44.以下将以各种实施例及所附图式详细且全面地描述本发明。然而，实施例可以许多不同的形式来体现，且不应仅解释而局限于本发明所述的各种实施例，反而，是通过这些示例性实施例的范围充分地传达给相关领域的习知技艺人士以使本发明更彻底且完整地被揭示。
45.相似的标号将表示相似的元件。在附图中，为求清楚的目的，线条、层结构、元件、构件、元件或特征的厚度可能有夸张绘示的情况。除非另有说明，虚线可用于表示可选的特征或操作。
46.本发明所使用的用语仅用于描述特定实施例之用，并非用于限制这些实施例。如本发明所使用，单数形式的“一”及“该”也可用于包含复数的情况，除非前后文有明确说明。且可理解的是，本发明所使用的用语如“包含”、“具有”等概念可用于说明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件及/或其组合的存在，但不用于排除还可额外添加一或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件及/或其组合的情况。
47.如本发明所使用，“实施例”或“本实施例”并非限制性用语，其并非用于指任何特定实施例，而是包含在本说明书与权利保护范围中描述的所有可能的面向。
48.除非另有定义，否则本发明所使用的用语(包含技术用语和学术或科学用语)具有可受到示例性实施例所属领域的习知技艺人士所理解的相同意涵。可理解的是，如在已知使用的字典中所定义的用语，可用于解释本发明所使用的用语，使其在上下文中具有一致的意涵，但不应过度理想化或过于正式的意义来予以解释，除非本发明有明确定义。
49.本发明提供了一种沥青混合料污染物固定源采样装置，该沥青混合料污染物固定源采样装置为卧式搅拌富集一体化装置，能同时进行样品制备、污染物富集以及污染物的测试。该沥青混合料污染物固定源采样装置包括壳体、搅拌单元、驱动单元、温控单元以及鼓风单元。
50.图1为本发明的沥青混合料污染物固定源采样装置的一实施例的结构示意图。该沥青混合料污染物固定源采样装置100包括壳体101、搅拌单元102、驱动单元103、温控单元104以及鼓风单元105。
51.壳体101的一侧设有进风口106，另一侧设有排风口107，顶部设有可开启的盖板108，盖板108用于添加物料，且盖板108设有密封橡胶条。可开启的盖板108后可作为沥青、集料、矿粉以及其他添加剂的添加窗口，盖板108设有的密封橡胶条可防止污染物溢出扩散。该排风口107还连接有废气采样装置(图未示出)。优选地，进风口106的直径大于40mm，排风口107的直径大于80mm，排风口107为沥青混合料拌和过程中污染物的采集位置。本发明并不特别限制废气采样装置的态样，可选用本领域技术常规的废气采样装置，例如沥青烟采样管。
52.搅拌单元102设于沥青混合料污染物固定源采样装置100的内部，该搅拌单元102包括搅拌叶片1021和搅拌轴1022。本实施例的搅拌单元102的搅拌转速可调，可实现3级速度，该可调转速分别为15r/min、30r/min、60r/min。当然本发明并不特别限制搅拌单元102的调控级别以及转速，在其他实施例中，可根据生产需要分别设定，本领域技术人员可根据不同的沥青混合料设置不同的转速。
53.驱动单元103连接搅拌单元102，用以驱动搅拌单元102进行搅拌。优选地，驱动单元103为电机，电机与搅拌轴1022连接，以电机作为动力源驱动搅拌轴1022，并带动搅拌叶片1021对沥青混合料进行搅拌。
54.温控单元104用以调控壳体102内的温度，温控单元104包括电热丝1041，电热丝1041设于壳体101内部。本发明的沥青混合料污染物固定源采样装置100采用电热丝1041对沥青混合料污染物固定源采样装置100内部进行加热，并控制沥青混合料污染物固定源采样装置100内的温度处于沥青混合料搅拌的最适宜温度，温控单元104的温控范围为室温～250℃，控制精度为0.5℃。本发明并不特别限制沥青混合料污染物固定源采样装置100的加热温度，在实际使用过程中，本领域技术人员可根据不同的沥青混合料设置不同的加热温度。
55.鼓风单元105用以沥青混合料污染物固定源采样装置100内部的空气循环，位于进风口106和排风口107，便于进风口106与排风口107之间的空气流动与循环。
56.作为优选地，本发明的沥青混合料污染物固定源采样装置100还包括保温单元109，该保温单元109设于壳体101外侧；保温单元109为隔热材料，用以对沥青混合料污染物固定源采样装置100进行保温，防止沥青混合料污染物固定源采样装置100的热量散失，从而节约生产成本。
57.本发明还提供一种沥青混合料污染物的测试方法，包括以下步骤：
58.步骤s1：将物料置于烘箱加热，得到沥青混合料，备用；
59.步骤s2：调节温控单元的加热温度，将沥青混合料及添加剂通过可开启的盖板加入沥青混合料污染物固定源采样装置；
60.步骤s3：启动鼓风单元和搅拌单元，并对沥青混合料及添加剂进行搅拌，废气采样装置对排风口排放的废气进行测试，得到每小时单位质量沥青混合料的污染物排放质量的测得值，记作m
测
；使用另一废气采样装置对沥青混合料污染物固定源采样装置外的环境中的废气进行测试，得到每小时环境中污染物的排放质量的对照值，记作m
对
。
61.步骤s4：重复步骤s3，取平均值，计算得到每小时单位质量沥青混合料的污染物排放质量的实际值m
实
＝m
测-m
对
。
62.本发明的沥青混合料污染物的测试方法可按照沥青混合料各组成材料的加热要求，放置于烘箱中加热4h以上，备用。按照沥青混合料拌和温度设置沥青混合料污染物固定源采样装置1的加热温度。待温度稳定后，依据沥青混合料的配合比依次添加相应质量的集料、沥青、矿粉以及各类添加剂。本发明不特别限制沥青混合料的加入总质量，在其他实施例中可根据生产需要进行添加，可选的加入总质量的范围为10-40kg，最优选的沥青混合料的加入总质量为20
±
0.5kg。
63.作为优选地，步骤s3中，搅拌单元对沥青混合料及添加剂进行搅拌的过程为：首先在30r/min转速下搅拌2-4min，然后在15r/min转速下持续进行搅拌。当然在其他实施例中，可根据生产需要设定其他的转速及时间。
64.鼓风机从进风口引入环境中的新鲜空气，并从排风口排出含有污染物的废气。废气采样装置对排风口排放的废气进行测试，测试时间不少于40min，即得到每小时单位质量沥青混合料的污染物排放质量的测得值，记作m
测
，该m
测
由污染物排放浓度与标况废气量的乘积得到。以同型号废气采样装置采集环境中的废气进行测试，得到每小时环境中污染物的排放质量的对照值，记作m
对
。重复上述过程3次作为平行试验样本，将3次结果平均值作为测试结果，则m
实
＝m
测-m
对
。当然本发明并不特别限制上述过程的重复次数，在实际测试过程中可根据沥青混合料的加热程度等情况改变重复次数，可选的重复次数为3-6次。
65.实施例1
66.本测试方法采用模拟固定源污染源排放的原料进行采样，利用卧式搅拌富集一体化设备进行样品制备与污染物富集，该设备内包含搅拌装置(含搅拌叶片与搅拌轴)、动力装置(电动机)、鼓风装置、温控装置、进风口、排风口以及可开启的盖板。卧式搅拌富集一体化设备内设置电热丝进行加热，箱体外层采用隔热材料，防止热量散失。采用温控装置进行温度控制，控温范围为室温～250℃，控制精度为0.5℃。采用电机作为动力源驱动搅拌轴，带动搅笼对沥青混合料进行搅拌，该搅笼的转速可实现3级速度可调，转速分别为15r/min、30r/min、60r/min。采用鼓风装置进行空气循环，设置进风口与排风口便于空气循环，进风口直径要求》40mm，排风口直径要求》80mm，排风口作为沥青混合料拌和过程中污染物采集的位置。设备上方设置可开启的盖板，打开盖板后可作为沥青、集料、矿粉以及其他添加剂的添加窗口，该盖板带有密封橡胶条，关闭后可防止污染物溢出扩散。
67.利用本装置进行抗车辙沥青混合料污染物采集测试，测试步骤如下：
68.(1)按照沥青混合料各组成材料的加热要求，放置在烘箱中加热4h以上备用，其中70#基质沥青加热温度为160℃、砂石料加热温度为175℃。
69.(2)将卧式搅拌富集一体化设备加热温度设置为160℃。待温度稳定后，依据沥青混合料的配合比依次添加相应质量的集料、沥青、矿粉以及抗车辙添加剂，沥青混合料的总质量控制在20
±
0.5kg。
70.(3)启动电机进行搅拌，搅拌速度设置为30r/min，搅拌时间控制在2min。搅拌完成后，将搅拌速度设置为15r/min，并在该搅拌速度下对沥青混合料持续进行搅拌。
71.(4)启动鼓风机，从进风口引入新鲜空气，从排放口排出含有污染物的废气。
72.(5)在排风口安装采样装置进行测试，测试时间为40min，即可测得单位质量沥青混合料污染物的小时排放质量，记作m
测
，该质量由污染物排放浓度与标况废气量的乘积得到。以同型号采样设备采集室外空气中污染物小时排放质量，记作m
对
。
73.(6)重复上述过程3次作为平行试验样本，将3次结果平均值作为测试结果，则m
实
＝m
测-m
对
。
74.表1 vocs测试结果
[0075][0076][0077]
实施例2
[0078]
本测试方法采用模拟固定源污染源排放的原料进行采样，利用卧式搅拌富集一体化设备进行样品制备与污染物富集，该设备内包含搅拌装置(含搅拌叶片与搅拌轴)、动力装置(电动机)、鼓风装置、温控装置、进风口、排风口以及可开启的盖板。卧式搅拌富集一体化设备内设置电热丝进行加热，箱体外层采用隔热材料，防止热量散失。采用温控装置进行温度控制，控温范围为室温～250℃，控制精度为0.5℃。采用电机作为动力源驱动搅拌轴，带动搅笼对沥青混合料进行搅拌，该搅笼的转速可实现3级速度可调，转速分别为15r/min、30r/min、60r/min。采用鼓风装置进行空气循环，设置进风口与排风口便于空气循环，进风口直径要求》40mm，排风口直径要求》80mm，排风口作为沥青混合料拌和过程中污染物采集的位置。设备上方设置可开启的盖板，打开盖板后可作为沥青、集料、矿粉以及其他添加剂的添加窗口，该盖板带有密封橡胶条，关闭后可防止污染物溢出扩散。
[0079]
利用本装置进行橡胶沥青混合料污染物采集测试，测试步骤如下：
[0080]
(1)按照沥青混合料各组成材料的加热要求，放置在烘箱中加热4h以上备用，其中橡胶沥青加热温度为180℃、砂石料加热温度为190℃。
[0081]
(2)将卧式搅拌富集一体化设备加热温度设置为180℃。待温度稳定后，依据沥青混合料的配合比依次添加相应质量的集料、沥青、矿粉，沥青混合料的总质量控制在20
±
0.5kg。
[0082]
(3)启动电机进行搅拌，搅拌速度设置为30r/min，搅拌时间控制在2min。搅拌完成后，将搅拌速度设置为15r/min，并在该搅拌速度下对沥青混合料持续进行搅拌。
[0083]
(4)启动鼓风机，从进风口引入新鲜空气，从排放口排出含有污染物的废气。
[0084]
(5)在排风口安装采样装置进行测试，测试时间为40min，即可测得单位质量沥青混合料污染物的小时排放质量，记作m
测
，该质量由污染物排放浓度与标况废气量的乘积得到。以同型号采样设备采集室外空气中污染物小时排放质量，记作m
对
。
[0085]
(6)重复上述过程3次作为平行试验样本，将3次结果平均值作为测试结果，则m
实
＝m
测-m
对
。
[0086]
表2 vocs测试结果
[0087][0088]
综上所述，相较于现有技术，本发明具有以下优点效果：
[0089]
(1)本发明的沥青混合料污染物固定源采样装置为卧式搅拌富集一体化设备，能同时进行样品制备、污染物富集以及污染物的测试，在沥青混合料污染物固定源采样装置中可以模拟沥青混合料在拌和与摊铺过程中的污染物排放状态，提供了一种便捷、真实的采样装置及测试方法。
[0090]
(2)本发明的测试对象为处于高温拌和状态的沥青混合料，污染物采样种类为vocs，涵盖沥青混合料主要特种污染物。
[0091]
(3)本发明采用室内模拟固定源的采样方法，可以设置不同的加热温度、不同的拌和速度、不同采样时间，便于区别生产参数对沥青混合料污染物排放的影响，亦可区分不同沥青混合料的污染物排放量。
[0092]
(4)以该方法测得的污染物排放测试数据，可有效模拟沥青混合料在不同条件下的污染物排放量，亦可区分不同沥青混合料的污染物排放量。
[0093]
虽然本发明已以一些实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有公知常识者，在不脱离本发明的精神及范围内，当可作些许更动及润饰。因此本发明的专利保护范围须视本发明所附的权利要求所界定的范围为准。