煤焦油在道路工程中的環(huán)境問題及其可能的選擇

1、煤焦油在道路工程中的環(huán)境問題及其可能的選擇摘 要：煤焦油，從焦?fàn)t的煉焦煤干餾的副產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用在道路工程以其優(yōu)異的附著力和耐油性 能，尤其是在加油站和機場路面的表面處理。然而，煤焦油具有較高的多環(huán)芳烴（PAHS的含量，使 或）中毒。1985，國際癌癥研究機構(gòu)（IA RC）證明，煤焦油是一種致癌物質(zhì)，研究表明煤T基于AR 的封閉劑（CT）有助于在水環(huán)境多環(huán)芳烴污染多數(shù)。由于對環(huán)境的關(guān)注，CTS不在美國和歐洲的許多 發(fā)達國家允許的。相比之下，煤焦油仍用于在中國道路工程、甚至是越來越多的使用。本文綜述了煤 焦油在道路工程中應(yīng)用的一般情況和有關(guān)環(huán)境問題的研究現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上提出了一些替代煤焦油 的

2、方案。納米粘土改性瀝青、乳化瀝青和水性聚氨酯/環(huán)氧樹脂/，這是環(huán)境友好。他們要執(zhí)行和CTS 的潛力，甚至更好，在一些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：煤焦油；路面處理；粘附性能；多環(huán)芳烴；改性瀝青乳液1介紹目前的粘合劑的兩種基本類型用于路面表面處 理市場：煤焦油和瀝青的基礎(chǔ)。在一些地方像加 油站和機場、煤焦油表面封閉劑表現(xiàn)得比瀝青基 密封件與問候的粘接性能和耐化學(xué)性。煤焦油有 較好的耐油、無機酸，并有較好的耐濕性奧斯 丁，2005】。由于這些優(yōu)異的性能，廣泛應(yīng)用于道路工程多年 路面表面處理。但是，煤焦油是一種復(fù)雜的碳?xì)?化合物的混合物組成的多環(huán)芳烴百家2008 。 這些多環(huán)芳烴是有毒的，被認(rèn)為是人類致癌

3、物， 因其對環(huán)境不友好的性質(zhì)，煤焦油是不是最在發(fā) 達國家如荷蘭的允許。在荷蘭，使用含焦油的產(chǎn) 品是不允許的20年以來，隨著一個臨時例外防 滑runw說在機場范萊斯特，2005 。但在2010， 它不允許再機場路面中的應(yīng)用。相比這些禁令， 煤焦油仍用于在中國道路工程。中國煤焦油行業(yè) 研究報告中國煤焦油行業(yè)報告提到，煤焦油消費 將在cctir上移趨勢2008 ?；谛录夹g(shù)如納米技術(shù)和雙組分技術(shù)，其他材料， 路面表面處理發(fā)展和他們的表現(xiàn)好。改進的瀝青 乳液，它可以應(yīng)用在較低的溫度下，在成功應(yīng)用 于南非、澳大利亞和許多其他國家。添加劑如聚 合物（SBS、SBR和伊娃）、粘土礦物（伊利石、 高嶺石和蒙脫

4、石）是眾所周知的提高乳化瀝青在 道路中的應(yīng)用trb-ec102特殊性能，2006；肖 2010。與水性雙組分涂料生產(chǎn)技術(shù)，可生產(chǎn)高 性能密封件，達到相同或更好的性能比溶劑型底 漆，水性樹脂涂料NGS通常不含或只含少量其他 溶劑，表明水性兩組件系統(tǒng)是環(huán)保的環(huán)氧樹脂改 性瀝青為最初在上世紀(jì)50年代末由殼牌石油公 司作為材料設(shè)計W承受燃料暴露Thom，2006 o 經(jīng)過充分固化，環(huán)氧改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定 性和強度，優(yōu)良的疲勞性能，優(yōu)異的附著力和抗 車轍。在本文中，一個簡短的文獻綜述了路面表面處理 及其環(huán)境關(guān)注CTS的使用和性能。之后的幾種可 能的方案進行了討論，如納米粘土改性乳化瀝青、 環(huán)氧改性

5、瀝青、W水性聚氨酯/環(huán)氧樹脂，可以 具有良好的性能和環(huán)保。2通過封口機煤焦油用途和優(yōu)點煤焦油產(chǎn)品應(yīng)用在許多行業(yè)，例如路面工程、 建筑業(yè)和醫(yī)療。在路面工程中，最大的一個應(yīng)用 是 CTSo煤焦油可作為表面處理配方的粘合劑和填 料，并作為環(huán)氧樹脂表面涂層改性劑。巴格達在 被鋪和焦油從公元第八世紀(jì)第一街道。焦油W作 為第一個密封的一個重要組成部分，或“跑道” 的道路。第一柏油碎石路和柏油結(jié)合面是放在 1848在諾丁漢，英國，華盛頓D.C.，一些焦油 表面結(jié)合的課程有一個約30年的使用壽命。 煤焦油是一種非常復(fù)雜的化學(xué)混合物，它的分子 結(jié)構(gòu)與瀝青有很大的不同。某些成分被稱為多環(huán) 芳烴的分子結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，

6、這些化學(xué)物質(zhì)是不相 容的與石油和天然氣，并保護瀝青表面對石油為 基礎(chǔ)的產(chǎn)品和化學(xué)品2005 奧斯丁的破壞性影 響，提供了一個屏障層。CTS有比瀝青基更好的 耐化學(xué)性、極低的滲透性水分和高抗紫外線的特 性使它非常適合用于停車場在石油和汽油泄漏濃度普遍，像加油站一卡車和公共汽車碼頭和機 場。TS用于延長壽命和降低維護成本與瀝青路 面，主要是在瀝青路面。他們通常在機場使用的 圍裙，taxiw途徑和跑道。聯(lián)邦航管理咨詢通告 150 / 5370-10a標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定建設(shè)機場包括要求路 面封閉劑應(yīng)該包含至少35%的煤焦油瀝青路面 runw唉。此要求的原因是，CTS有很多更好的抗 燃油比瀝青基密封【奧斯丁，20

7、05】。3環(huán)境問題一般來說，煤焦油由許多有機化合物，如甲 苯、混合苯、酚、萘、無煙煤等。煤焦油的風(fēng)險 評估主要是基于多環(huán)芳烴，尤其是對Benzo（a） 芘，多環(huán)芳烴是在煤焦油產(chǎn)品謝爾毒性最相關(guān) 的組件，2008 。3.1多環(huán)芳香烴多環(huán)芳烴是眾所周知的多環(huán)芳香族化合物、 多環(huán)芳烴類、多環(huán)芳烴，多環(huán)芳烴是一組超過 100種不同的化學(xué)物質(zhì)組成的碳和氫在稠環(huán)結(jié)構(gòu)。 表1顯示的幾種典型的多環(huán)芳烴的化學(xué)結(jié)構(gòu)。多 環(huán)芳烴有劇毒，對人類和生態(tài)系統(tǒng)健康奧斯丁， 2005 有害。煤焦油中多環(huán)芳烴含量的增加，隨 著炭化溫度的升高。類致癌物，在人類的致癌性的證據(jù)充分。因此， 世界上許多國家都已淘汰使用。2003，從奧

8、斯丁市（美國）的科學(xué)家確定CTS作 為多環(huán)芳烴污染物的重要來源。美國地質(zhì)調(diào)查局 和奧斯丁市進行了進一步的研究，corrobo率這 一發(fā)現(xiàn)，認(rèn)為煤焦油密封劑是負(fù)責(zé)在奧斯丁地區(qū) PAH的大部分煤在水環(huán)境污染。焦油路面封閉劑 作為城市水污染源。這些都是長期的，可以建立 在食物鏈危害人類物質(zhì)水平。根據(jù)他們的調(diào)查， 奧斯丁成為美國禁止人行道奧斯丁，2005 CTS 使用第一個城市；M Ahler，2005 。作為預(yù)防措施，在德國，制造商已自愿同意禁止 從他們的產(chǎn)品中的煤焦油。在荷蘭，含煤焦油的 產(chǎn)品不符合荷蘭的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，2010后將不允許 進入機場路面。4可能的選擇根據(jù)這些環(huán)境問題，替代品是必需的。這些

9、 方案應(yīng)至少相當(dāng)或更好的性能比CTS。同時，他 們應(yīng)該是環(huán)境友好的。在這一部分中，使用改性 瀝青乳液的可能，環(huán)氧改性瀝青、水性樹脂進行 了討論。4.1改性乳化瀝青瀝青乳液是兩個或多個液相的非均質(zhì)體系，Table 1 Chemical Structure of aseveral PAHsBenzo(a)pyreneCorannuleneCoroneneNaphthaleneAnthraceneNaphthacenePentacene由一個連續(xù)的液相（水）和至少一個第二液相（瀝青）分散在前者作為細(xì)液滴 2006 trb-ec102,瀝青乳液。瀝青乳液。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的盟友認(rèn)為是水包油型的，包含從40%到

10、75%的瀝青，0.1%到2.5%的乳化劑，25%到60%的水加上一些次要成分。瀝青液滴的范圍從0.1到20微米的直徑。這使瀝青乳液更經(jīng)濟和環(huán)境友好型產(chǎn)品，相比煤焦油。添加劑是用于改善道路瀝青乳液的特殊性質(zhì)應(yīng)用。聚合物（SBS、SBR、伊娃）、粘土（伊3.2環(huán)境風(fēng)險1985,國際癌癥研究機構(gòu)指出，煤焦油瀝青在哼 哼和1985 年，是致癌物質(zhì)。2008，三科學(xué)委 員會（SCCP，對健康和環(huán)境的風(fēng)險；科學(xué)委員會 現(xiàn)場IHR，在消費產(chǎn)品；方案二，科學(xué)科學(xué)委員 會對新興和最新確定健康風(fēng)險）認(rèn)為，癌癥的風(fēng) 險是煤焦油的性質(zhì):2008 風(fēng)險之一，最嚴(yán)重的 問題。職業(yè)接觸煤焦油會增加患皮膚癌和其他組 織，如肺

11、，腎和膀胱的風(fēng)險，消化道。根據(jù)國際 癌癥研究機構(gòu)，產(chǎn)品包括超過煤焦油百分之51 利石、高嶺石和蒙脫石）和環(huán)氧改性瀝青、瀝青 乳劑在成功應(yīng)用于南非和澳大利亞trb-ec102， 2006；肖，2010 。乳化瀝青的應(yīng)用過程中，水必須分開瀝青相和 EVAP演說。這種分離被稱為破碎的水完全蒸發(fā) 后，瀝青顆粒的凝聚和債券一起開發(fā)的機械性能， 強度發(fā)展固化。4.1.1納米粘土改性乳化瀝青最喜歡的和最廣泛使用的納米粘土的有機改性 蒙脫石粘土 2： 1型層結(jié)構(gòu)如蒙脫土、滑石粉、等:2007 AMM ALA,所有這些層狀硅酸鹽具有甚至前全固化，這使得道路重新開放在兩小時相同的晶體結(jié)構(gòu)，通常有一個厚度約1納米，

12、長 度約501 000納米。納米粘土改性乳化瀝青，三個可能的粒子分散體 可分為圖1顯示肖2010 。在1型案例(見圖1 (a)，所有的納米顆粒分散在碧土人滴。在這肖2010 。環(huán)氧改性瀝青的報道是非常耐用和 靈活。以環(huán)氧改性瀝青的人獲得更好的防滑性和 產(chǎn)生比瀝青基密封低噪音的表面。環(huán)氧改性瀝青 具有很高的溫度穩(wěn)定性和強度優(yōu)越性能，車轍 NCE，優(yōu)良的粘接性能，高的表面耐磨性和足夠的燃料性能埃利奧特，2008；肖，2010 。4.2環(huán)氧樹脂改性瀝青Fig.l Possible dispersions of nanochy particles in modified bitumen emulsio

13、n and bitumen binder種情況下，分手后和固化顆粒分散在與粘結(jié)劑發(fā) 生團聚。第二型(見圖1 (b)，所有的納米顆 粒分散在水相中。破碎和完全固化后，顆粒周圍 的瀝青液滴的界限。第三型(見圖1 (C)是前 兩種類型的組合。一些粒子分散在瀝青液滴則分 散在水相中。在這樣的條件此外，破碎后固化的 粘合劑和顆粒之間發(fā)生后瀝青液滴。這些分散的類型對瀝青殘留物的性能有重要影 響。進一步調(diào)查需要進行檢查這些分散體。圖2顯示的納米粘土改性乳化瀝青在耐化學(xué)性 :2010 肖，有優(yōu)異的性能。與未改性的瀝青乳 液固化后的路面上，燃料，含紫外線輻射會直接 影響到粘合劑。這些可以減少導(dǎo)致松散和老齡化 問

14、題時，納米粘土改性瀝青的性能。乳狀液進行 表面處理，可以分為四個步驟打破和固化過程中， 納米粘土改性乳化瀝青由水主要，瀝青降和納米 粘土層。二、水相蒸發(fā)和固化過程的破碎過程中， 瀝青液滴堅持納米顆粒，導(dǎo)致集群形成的粘合劑。最后，粘結(jié)劑形成納米粘土層內(nèi)。分散的納米顆 ?？梢越档捅砻鎿p傷由于燃料、水分、空氣等， 在一定程度上導(dǎo)致更好的化學(xué)和耐老化。環(huán)氧改性瀝青粘結(jié)劑是在這連續(xù)相是酸固化的 環(huán)氧樹脂和非連續(xù)相是一種專門的瀝青混合料 TW O相的化學(xué)系統(tǒng)，這使得混合料進行不同于 傳統(tǒng)的瀝青混合料。4.2.1環(huán)氧改性瀝青的性質(zhì)環(huán)氧改性瀝青用于路面處理前很長一段時 間，取得了比未改性的瀝青性能較好。196

15、7,它 被用來加強對舊金山灣的表面英里長的圣馬特 奧海沃德橋。40多年后，橋面的報道是在良好 的條件特殊結(jié)構(gòu)環(huán)氧改性瀝青使其執(zhí)行不同于傳統(tǒng)瀝 青。它不在低溫下變脆和不在高溫下熔融，環(huán)氧 改性瀝青是一種靈活的材料，可應(yīng)用于薄表面層。 當(dāng)使用的道路，它集速度不夠快，讓早期的交通4.2.2雙組分環(huán)氧改性瀝青雙組分環(huán)氧改性瀝青是一種冷拌瀝青混合料基 于組件的材料。一個是一個混合的瀝青，瀝青相 容的化合物和添加劑。另一個是一個混合固化劑。 這兩種成分混合后，會有一個快速反應(yīng)導(dǎo)致E- 環(huán)氧樹脂在瀝青基。該密封2C的抗拉強度，這 是一種雙組分環(huán)氧改性瀝青，從ICOPAL公司， 采用直接拉伸試驗評價。圖3顯示

16、不同固化時間 和透射電鏡后的拉伸強度溫度。叫 246 H 101214Quring iijrH/iiF詁3IciiFsile 善Irffljjth 電E Ji/ S*=ul Nx*.hrI?如3n 5 4 3 2 f Md 號la匚己弟JSrLr.LL結(jié)果表明，環(huán)氧改性秘的固化速率一圖們?nèi)橐喝?決于固化溫度的十一拉伸強度隨固化時間/溫度 增加一全固化后的拉伸強度高于瀝青的抗拉強 度，這意味著可以重新開放道路交通非?？鞎r， 環(huán)氧改性一性瀝青表面層中的應(yīng)用。4.3水性樹脂水性樹脂以水為主要的揮發(fā)性液體成分，顯示出 良好的附著力和抗燃油、水和化學(xué)性能良好，水 上系統(tǒng)新技術(shù)提供獨特技術(shù)解決方案，以獲得

17、良 好的性能，如良好的粘附性混凝土和耐酸性與水 性雙組分涂料生產(chǎn)技術(shù)，可以配制出高性能無溶 劑涂料并達到相同或更好的性能。這里將討論水 性聚氨酯和環(huán)氧樹脂。4.3.1水性聚氨酯樹脂聚氨酯是一種高分子的鏈組成的有機單元由聚 氨酯/氨基甲酸酯鏈接加入。由異氤酸酯與含有 活性氫的化合物反應(yīng)形成聚氨酯樹脂，當(dāng)兩組分 混合時，樹脂中的羥基（OH）發(fā)生反應(yīng)異氤酸酯 基團（N C 0）在固化劑和一三維分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。【W(wǎng)eiss，1997 。因為只有一個異氤酸酯基團 可以與羥基的反應(yīng)，它是可能的不同的HY比一 羥基基團與異氤酸酯基團略無論如何為了修改 系統(tǒng)的力學(xué)性能一TEM?；旧?，水性聚氨酯可被描述為反應(yīng)性

18、或非活性 聚一MERS含氨基甲酸酯和脲基團在水中穩(wěn)定的 內(nèi)部或外部一內(nèi)部這些不同的親水性乳化劑。修 改允許生產(chǎn)穩(wěn)定平均顆粒水性聚氨酯一CLE尺寸在10nm和200nm處。水一系聚氨酯樹 脂是一種水性脂肪族聚氨酯乳液。水性聚氨酯是 環(huán)境友好的。他們提供了一個艱難的，持久的和 高度靈活的粘合劑與聚氨酯涂料相關(guān)的優(yōu)點是 它們的抗拉強度高，附著力強化工/機械性能。 水性聚氨酯性能的改善添加改性劑，如粘土層 基姆，2003；肖，2010 。addagrip1000系統(tǒng)的樹脂是一種雙組分聚氨酯 樹脂的表面處理addagrip設(shè)計一對英國公司可 用于密封保護瀝青表面被霜凍造成的侵蝕，化學(xué) 一性攻擊和航空燃料

19、泄漏。對過去二十年的軍事 和民用機場地區(qū)防止混凝土路面的進一步惡化， 提高了使用壽命1015年。表2顯示樣品的性 質(zhì)之前，addagrip 1000系統(tǒng)表面處理后一采用 TEM resin.10厘米10厘米10厘米XX塊。樣 品表面加熱，通過熱COM干一在樹脂表面上噴涂 公司addagrip壓縮空氣系統(tǒng)經(jīng)過表面處理。 這種聚氨酯樹脂，水和燃料的電阻可以顯著改善。4.3.2水性環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂是一種聚合物，它是從兩個不同的 物質(zhì)形成的，“樹脂”和“固化劑”。最常見的環(huán) 氧樹脂是由環(huán)氧氯丙烷和雙酚A，反應(yīng)生成見圖 5 韋斯，1997 。水性環(huán)氧樹脂，具有優(yōu)良的粘接性能，是另 一個可能的選擇。水性環(huán)

20、氧樹脂是環(huán)氧樹脂中的 分散顆粒液滴的形成穩(wěn)定的樹脂材料的制備 以水為連續(xù)相的分散介質(zhì)。水性環(huán)氧樹脂的應(yīng)用不僅方便而且不會對環(huán)境 造成污染，對人體無害。加入適量的固化/固化 劑后，具有高強度、耐高溫、耐化學(xué)、抗疲勞、 抗老化能力高實現(xiàn)曉，2010；魏斯，1997 結(jié)論CTS廣泛用于路面的表面處理，由于其優(yōu)異的粘 接性能和良好的然而，由于其高的多環(huán)芳烴含量， 被認(rèn)為是人類致癌物，電流互感器是不是在一些 發(fā)達國家不再允許的。為了消除顯著的威脅一一 我們的環(huán)境污染，我們應(yīng)該停止使用CTS。 相反，改性乳化瀝青、環(huán)氧改性瀝青、水性聚氨 酯、水性環(huán)氧樹脂可以達到相當(dāng)或更好的性能比 CTS。他們都有良好的附

21、著力，優(yōu)異的化學(xué)和耐 老化性能。環(huán)氧改性瀝青具有高溫穩(wěn)定性和強度。 水性樹脂的應(yīng)用方便，固化率可通過改變配比方 便調(diào)整化學(xué)成分，最重要的是，這些替代品對環(huán) 境友好。致謝從中國留學(xué)基金委獎學(xué)金是公認(rèn)的。作者想表達的由于該公司對他們的材料和技術(shù)支持。工具書類1 addagrip 公司。WWW。addagrip.co。英國2 ammala Hill A J.Poly（間二甲苯己二酰己二胺）-高嶺石和Poly （間二甲苯己二酰己二胺） -蒙脫土納米復(fù)合材料J 。應(yīng)用聚合物科學(xué)學(xué)報，2007（104）： 1377-1381。3 奧斯丁。http： / / www。ci.austin.tx。我們/流域/煤焦油-ban.htm.austin 禁止使用煤焦 油密封劑第一民族，2005。:4 cctir。2006-2010年中國煤焦油行業(yè)研究