基于可降解汽车尾气的环保型路面材料低温试验研究

曲晓红

吉林交通职业技术学院 吉林省长春市 130012

1 引言

汽车尾气是当前大气污染的重要来源，将导致沥青路面材料的老化和路面适用性能的恶化，近年来，有关可降解汽车尾气的环保型路面材料的使用已成为汽车尾气模拟的研究热点。目前，人们越来越重视环境改善，汽车产业是许多发达国家的支柱产业，其快速发展不仅给人们带来了便捷的交通，也促进了经济的发展，但汽车排放的尾气成分很复杂，包括数千种化学物质，其中氮氧化物和一氧化碳很严重，人们长期暴露在汽车尾气中，可以直接刺激人体呼吸道，降低呼吸系统的免疫力，汽车尾气会严重污染周围的大气和土壤，从而造成温室效应、酸雨和城市光化学污染。

2 基于可降解汽车尾气的环保型路面材料低温试验仪器的制备

在城市发展期间，汽车尾气造成的空气污染通常集中在繁忙的道路和城市交通疏导程度上，在高海拔地区，由于城市空气流动通常很慢，汽车尾气排放也很低，排放效应相对较弱，当沥青路面出现老化、清理、松动等病害时，需要进行预养护，而在养护期间，由于道路使用强度高，施工工期紧张，因此，不适合采用高温沥青养护措施，如果采用标准温度分布类型，则容易导致材料与原路面沥青之间附着力不足，无法实现耐久性保修。同时，本试验的气体分解反应属于化学反应，会产生一些新物质，因此，反应室必须由不易与试剂和产品反应的材料组成，可以选择透光性好、塑性强的亚栅板，并初步观察汽车尾气的光催化降解，即气体的浓度变化趋势，在试验之前，必须测试反应室的压实度，通常情况下，汽车排气必须从进气口引入，汽车排气探头延伸至排气口处的反应室，气体引入后检测试验箱中气体浓度的变化，从数据可以看出，具备刚性好的特点，能够满足密封要求。

3 基于可降解汽车尾气的环保型路面材料低温试验仪器的选择

基于可降解汽车尾气的环保型路面材料低温试验仪器主要有模拟太阳光和紫外线强度探测器，由于太阳光中紫外线的照射，纳米材料会发生光催化反应，因此，在试验中紫外线是选择光源的关键内容，而在太阳光中，在环保型路面材料涉及到的紫外线含量约占总紫外线的95%-98%，当超短紫外线穿过大气层时，大部分被臭氧层吸收，因此，可以选择与上述条件相似的模拟阳光，主要模拟阳光中的紫外线，该紫外线通常为300-400nm，最终确定模拟灯的型号，本次试验所使用模拟灯的型号为欧司朗300W氙气灯。同时，根据紫外线光波的强度和长度，选择合适的紫外线光度计，用于测量紫外线含量，一般情况下，紫外检测器光谱范围为290nm-390nm，为了能够更好地确定模拟荧光灯与卷轴板之间的距离，试验可以在上午进行，因为在上午5点-10点之间，紫外线强度在最适合的范围之内，经由相关试验可知，需要确定模拟阳光和常规板之间的距离处于最佳范围内，具体范围以200mm为宜，试验装置如图1所示。

图1 试验装置

4 基于可降解汽车尾气的环保型路面材料低温试验过程

本文在基于可降解汽车尾气的环保型路面材料低温试验期间，需研究纳米材料的选择与制备，本次试验所选择的纳米材料为锐钛矿，并将其作为光催化剂进行试验，粒径为25nm。具体降解操作首先应准备好混凝土模板沥青试件，其沥青试件的尺寸应该在300mm内，并制备合适的浆料，本次制备了平均粒径为25nm的锐钛矿型纳米浆料，其含量为10%；其次，应在试验过程期间，设置好环保型路面材料后用水冲洗干燥板，然后使用风扇将其吹干，确保其处于干燥状态下，根据以往的资料将纳米材料喷洒在模板表面，将其干燥10h，干燥后放入反应室；最后需要将试样放入低温室，确保试验室的温度应保持恒定，时间以5小时以上为宜，并打开试验系统的温度控制器，然后设置需要设置的试验温度，直到温度恒定后才可以将试样取出，试样应该快速从培养箱中取出，这样可以避免试样受到外界影响，取出后将其放置在试验箱的指定位置，等待试验测试的结果，本次试验的结果证明系统温度是恒定的。此外，根据试验照明要求，操作人员需要打开相应的模拟阳光，主要以氙气灯为主，并使用紫外线强度检测器测量紫外线的强度，当测试后发现紫外线强度并不满足要求时，就可以通过改变滚动板与氙灯之间的距离有效将紫外线的强度改变，这样可以促使其达到标准的值，然后使用软管将汽车排气管与反应室的进气口处相连接，插入排气探头检测几种气体的浓度后将尾气检测器打开，通过尾气检测器的吸入装置能够将气体吸入反应室，这样能够便于观察气体浓度变化，提取汽车排气检测器后应该将输入和输出空气量做好准备，然后打开氙气灯开始试验。

5 基于可降解汽车尾气的环保型路面材料低温试验结果

通过本次试验研究可知，基于可降解汽车尾气的环保型路面材料低温试验能够有效获得低温条件下的纳米对汽车尾气的降解效果，在低温的试验下具有一定的作用，能够将汽车尾气有效降解，从而确保路面可以在低温条件仍保持一定作用，本次试验主要选用-5℃、-10℃和-15℃温度进行具体试验，在试验期间需要注意的是，数据采集的时间不可以在同一状态下，而应该在10min后进行下一次数据采集，这样可以有效测定各气体之间存在的浓度与数值变化情况，本次研究以-5℃与-10℃温度为例进行分析，分析后的气体浓度变化如图2、图3所示，经由图2与图3试验之后可以发现，虽然平行试验仍会存在一定误差出现，但是却可以呈现出相同的变化规律以及相同的变化趋势，因此，可以证实可降解汽车尾气的环保型路面材料在低温下有着一定的使用价值。

图2 -5℃时气体浓度变化

图3 -10℃时气体浓度变化

6 结束语

总之，通过本次研究可以发现，基于可降解汽车尾气的环保型路面材料低温试验主要采用的材料是纳米材料，纳米材料的使用可以在低温下降低汽车排气的质量，有效降低空气污染的可能性，并通过低温试验的方式可以选择一种适用于寒冷地区的道路材料。本试验通过将可降解汽车尾气的环保型路面纳米材料添加到沥青混合料中，并根据超薄层覆盖系统的设计模式预测其比例，可知，最佳沥青用量约为4.7%，添加降解汽车尾气材料在产生期间并不会影响沥青混合料路用性能，经由试验后环保型路面已经使用一年多，目前状况仍良好，添加基于纳米的光催化材料后，环保型沥青混凝土路面可以有效降解汽车尾气。