一种沥青VOCs累计释放量计算方法

技术领域

本发明涉及沥青材料技术领域，具体涉及一种沥青VOCs累计释放量计算方法。

背景技术

沥青及其混合料在制备、运输和摊铺的过程中会散发出大量VOCs(VolatileOrganic Compound,挥发性有机化合物)，对环境和施工人员均会造成影响，而VOCs的检测准确性对明确沥青VOCs释放规律起着决定性作用。目前针对沥青及其混合料在生产和使用过程中的VOCs还没有规范标准，难以定量研究VOCs排放量。现有VOCs检测方法大多简单检测沥青加热前后质量的变化作为VOCs的释放量，未能考虑到VOCs不同组分在整个释放过程中的变化过程及其释放总量，因此VOCs的检测准确性不高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种沥青VOCs累计释放量计算方法，解决现有技术中沥青VOCs的检测准确性不高的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：

第一方面、本发明提供一种沥青VOCs累计释放量计算方法，包括如下步骤：

获取沥青样品，基于所述沥青样品种类以及工程状态，确定所述沥青样品的加热温度；

根据所述沥青样品的加热温度，对所述沥青样品进行多次加热，以采集不同浓度的VOCs标准物质，其中，在采集前对所述沥青样品依照密闭保温时间进行密闭保温；

基于不同浓度的所述VOCs标准物质，采用热脱附气相色谱质谱联用仪对所述VOCs标准物质进行测定，以获得不同加热时间下VOCs的色谱峰面积后，计算出不同加热时间下VOCs的释放速率；

基于所述沥青样品的特征、加热时间以及与加热时间对应的VOCs的释放速率，采用预先构建的VOCs释放模型计算出沥青VOCs累计释放量，其中，所述VOCs释放模型基于Fick第二定律建立。

在其中一些实施例中，所述根据所述沥青样品的加热温度，对所述沥青样品进行多次加热，以采集不同浓度的VOCs标准物质，其中，在采集前对所述沥青样品依照密闭保温时间进行密闭保温，包括：

设定密闭保温时间，采集前对装有所述沥青样品的容器进行密闭保温；

设定不同的加热时间，根据所述沥青样品的加热温度，对所述沥青样品依照设定的所述加热时间进行加热；

当加热完成后，对装有所述沥青样品的容器依照设定的密闭保温时间进行密闭保温；

当密闭保温完成后，通过调整真空泵采样流速以及采样时间对所述沥青样品的VOCs进行采集，以采集不同浓度的VOCs标准物质。

在其中一些实施例中，所述基于不同浓度的所述VOCs标准物质，采用热脱附气相色谱质谱联用仪对所述VOCs标准物质进行测定，以获得不同加热时间下VOCs的色谱峰面积后，计算出不同加热时间下VOCs的释放速率，包括：

采用热脱附气相色谱质谱联用仪对不同浓度的VOCs标准物质进行色谱峰标定后，获得不同加热时间下VOCs的色谱峰面积；

基于所述VOCs标准物质的浓度以及所述VOCs的色谱峰面积，确定VOCs浓度与色谱峰面积的线性关系；

基于所述VOCs的色谱峰面积，计算出不同加热时间下VOCs的释放量；

基于所述VOCs释放量以及所述密闭保温时间，计算出不同加热时间下VOCs的释放速率。

在其中一些实施例中，所述VOCs的释放速率的计算式为：

其中，V(t)为释放速率，m

在其中一些实施例中，所述基于所述沥青样品的特征、加热时间以及与加热时间对应的VOCs的释放速率，采用预先构建的VOCs释放模型计算出沥青VOCs累计释放量，包括：

对加热时间以及与加热时间对应的VOCs释放速率进行线性拟合，以计算出斜率和截距；

基于所述VOCs释放模型以及斜率和截距，计算出初始浓度和扩散系数；

基于所述初始浓度和扩散系数，计算出拟合后的VOCs释放速率；

预设平均相对误差阈值，基于拟合后的所述VOCs释放速率以及与加热时间对应的VOCs的释放速率，计算出VOCs释放速率的平均相对误差；

当所述平均相对误差小于平均相对误差阈值时，对拟合后的所述VOCs释放速率进行积分，以计算出沥青VOCs累计释放量。

在其中一些实施例中，所述沥青样品的特征至少包括沥青样品的质量、表面面积以及沥青高度中的一种。

在其中一些实施例中，所述所述斜率以及截距的计算式为：

其中，A为斜率，B为截距，D

在其中一些实施例中，所述VOCs释放模型的计算式为：

lnV(t)＝At+B，

其中，lnV(t)为VOCs释放模型，A为斜率，B为截距，t为加热时间。

在其中一些实施例中，所述拟合后的VOCs释放速率计算式为：

其中，V(t)为拟合后的VOCs释放速率，D

在其中一些实施例中，所述沥青VOCs累计释放量的计算式为：

其中，C(t)为沥青VOCs累计释放量，V(t)为释放速率，dt为时间t的微元。

与现有技术相比，本发明提供的沥青VOCs累计释放量计算方法，通过不同加热时间下的VOCs释放量来确立VOCs释放模型关键参数，以此计算整个释放过程中VOCs的释放总量，通过代表性取样，可以通过少量样品数据反应大批量沥青样品VOCs释放规律。对VOCs进行密闭保温收集，以测定保温时间内所有气体的释放量，并以此计算保温时间内的平均释放速率，此方法可以增大VOCs的检测浓度，以平均速率保障了检测的精确性，避免了部分低浓度组分无法达到检出限或因为浓度较低导致的实验偏差。通过不同加热时间的VOCs释放速率即可拟合扩散系数和初始浓度，依据Fick第二定律建立VOCs释放模型，以MRE判定其预测模型的准确性，可利用释放模型求得任意时刻沥青VOCs的释放速率及释放总量，可为VOCs在不同施工阶段的针对性抑制提供数据指导，有效节省测试时间和测试能耗，提升了检测速率。

附图说明

图1是本发明提供的沥青VOCs累计释放量计算方法的一实施例流程图；

图2为本发明提供的沥青VOCs累计释放量计算方法的实施例中70#沥青样品VOCs的释放速率测试及计算结果；

图3为本发明提供的沥青VOCs累计释放量计算方法的实施例中70#沥青样品VOCs的累计释放量计算结果；

图4为本发明提供的沥青VOCs累计释放量计算方法的实施例中橡胶沥青样品VOCs的释放速率测试及计算结果；

图5为本发明提供的沥青VOCs累计释放量计算方法的实施例中橡胶沥青样品VOCs的累计释放量计算结果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种沥青VOCs累计释放量计算方法，图1是本发明实施例提供的沥青VOCs累计释放量计算方法的流程图，请参阅图1，沥青VOCs累计释放量计算方法包括如下步骤：

S100、获取沥青样品，基于沥青样品种类以及工程状态，确定沥青样品的加热温度；

S200、根据沥青样品的加热温度，对沥青样品进行多次加热，以采集不同浓度的VOCs标准物质，其中，在采集前对沥青样品依照密闭保温时间进行密闭保温；

S300、基于不同浓度的VOCs标准物质，采用热脱附气相色谱质谱联用仪对VOCs标准物质进行测定，以获得不同加热时间下VOCs的色谱峰面积后，计算出不同加热时间下VOCs的释放速率；

S400、基于沥青样品的特征、加热时间以及与加热时间对应的VOCs的释放速率，采用预先构建的VOCs释放模型计算出沥青VOCs累计释放量，其中，VOCs释放模型基于Fick第二定律建立。

本实施例中，首先，获取沥青样品，基于沥青样品种类以及工程状态，确定沥青样品的加热温度；根据沥青样品的加热温度，对沥青样品进行多次加热，以采集不同浓度的VOCs标准物质，其中，在采集前对沥青样品依照密闭保温时间进行密闭保温；其次，基于不同浓度的VOCs标准物质，采用热脱附气相色谱质谱联用仪对VOCs标准物质进行测定，以获得不同加热时间下VOCs的色谱峰面积后，计算出不同加热时间下VOCs的释放速率；最后，基于沥青样品的特征、加热时间以及与加热时间对应的VOCs的释放速率，采用预先构建的VOCs释放模型计算出沥青VOCs累计释放量，其中，VOCs释放模型基于Fick第二定律建立，提高了沥青VOCs的检测准确性以及检测速率。

在一些实施例中，步骤S100中，参照JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验检测规程中T0601-2011对70#基质沥青进行代表性取样，获得沥青样品，将沥青样品置于锥形瓶中，以确定沥青样品的特征，其沥青样本可以是基质沥青、SBS改性沥青、橡胶沥青、SBR改性沥青等单一沥青或多种沥青的均匀混合物，沥青样品质量取30-60g，锥形瓶容积为250-1000ml，其沥青样品的特征至少包括沥青样品的质量、表面面积以及沥青高度中的一种。

通过对70#基质沥青进行代表性取样后，确定沥青样品质量为50g，用游标卡尺测定锥形瓶中沥青上表面面积S为30.97cm

基于沥青样品种类以及工程状态，确定沥青样品的加热温度，以模拟基质沥青在实际施工过程中在沥青罐中的加热温度作为沥青样品的加热温度，将#70沥青样品的加热温度确定为140℃，在加热过程中保持锥形瓶开口，使VOCs自由释放。

在一些实施例中，参照JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验检测规程中T0601-2011，对橡胶沥青进行代表性取样，确定沥青样品质量为50g，上表面面积S为30.97cm

在一些实施例中，步骤S200中，采集前对锥形瓶进行密闭以收集VOCs，设定密闭保温时间，采集前对装有沥青样品的容器进行密闭保温，设定不同的加热时间，根据沥青样品的加热温度，依照设定的不同的加热时间对沥青样品进行加热，当加热完成后，对装有沥青样品的容器依照设定的密闭保温时间进行密闭保温，当密闭保温完成后，通过调整真空泵采样流速以及采样时间对容器中的VOCs进行采集，以采集不同浓度的VOCs标准物质。

沥青样品在不同加热时间下进行VOCs的采集，每次采集前对锥形瓶进行5-10min的密闭保温，密闭保温完成后，利用真空泵连接吸附管对锥形瓶中的VOCs进行采集，其真空泵采样流速为1.0-0.2L/min，每次采样时间为10-15s。

将70#沥青样品的加热时间设定为30min、60min、90min、120min，密闭保温时间设定为10min，分别在加热时间30min、60min、90min、120min时进行VOCs的采集，采集前进行10min的密闭保温，密闭保温完成后，调整真空泵采样流速为0.2L/min、采样时间为15s，完成VOCs采集后，获得不同加热时间下不同浓度的VOCs标准物质。

在一些实施例中，将橡胶沥青样品的加热时间设定为40min、70min、90min、120min，密闭保温时间设定为10min，分别在加热时间40min、70min、90min、120min时进行VOCs的采集，调整真空泵采样流速为0.2L/min、采样时间为15s，完成VOCs进行采集。

在一些实施例中，步骤S300中，对吸附管所采集的不同浓度的VOCs标准物质，采用热脱附气相色谱质谱联用仪对不同浓度的VOCs标准物质进行色谱峰标定后，获得不同加热时间下VOCs的色谱峰面积；

基于VOCs标准物质的浓度以及VOCs的色谱峰面积，确定VOCs浓度与色谱峰面积的线性关系，即标准曲线；通过对不同加热时间下的VOCs色谱峰面积进行计算，计算出不同加热时间下VOCs的释放量；基于VOCs释放量以及密闭保温时间，计算出不同加热时间下VOCs的释放速率，将VOCs的释放量除以保温时间，即可求得密闭保温时间内的释放速率，其VOCs的释放速率的计算式为：

其中，V(t)为释放速率，m

以70#基质沥青样品通过加热后，获得VOCs中的苯并噻唑成分为例，通过计算，分别获得加热时间为30min、60min、90min、120min时的VOCs释放速率，其释放速率对应为9.18ug/m

在一些实施例中，以橡胶沥青样品通过加热后，获得VOCs中的苯并噻唑成分为例，通过计算，分别获得加热时间为40min、70min、90min、120min时的VOCs释放速率，其释放速率对应为3970.84ug/m

在一些实施例中，步骤S400中，采用Fick第二定律，建立VOCs释放模型，对上述四个加热时间下的VOCs释放速率取对数后，确定释放速率与加热时间的线性关系；对释放速率以及加热时间进行一次线性拟合，计算出斜率和截距，基于VOCs释放模型以及斜率和截距，计算出初始浓度和扩散系数；基于初始浓度和扩散系数，计算出拟合后的VOCs释放速率，其斜率的计算式为：

其中，A为斜率，D

其中，B为截距，D

lnV(t)＝At+B，

其中，lnV(t)为释放速率与加热时间拟合的函数关系，A为斜率，B为截距，t为加热时间(s)，其拟合后的VOCs释放速率计算式为：

其中，V(t)为拟合后的VOCs释放速率，D

预设平均相对误差阈值，基于拟合后的VOCs释放速率以及与加热时间对应的VOCs释放速率，计算出VOCs释放速率的平均相对误差MRE，通过平均相对误差与平均相对误差阈值进行比较后，完成VOCs释放模型参数的准确性判定，当平均相对误差小于平均相对误差阈值时，确定VOCs释放模型的参数正确，当VOCs释放模型的参数正确后，对拟合后的VOCs释放速率进行积分，以计算出沥青VOCs累计释放量，其沥青VOCs累计释放量计算式为：

其中，C(t)为沥青VOCs累计释放量，V(t)为释放速率，dt为时间t的微元。

在一些实施例中，以70#沥青样品VOCs中的苯并噻唑组分为例，通过计算，其斜率A和截距B分别为-1.834*10

此曲线记为计算结果，请参阅图2，通过计算30min、60min、90min、120min四个加热时间点的VOCs释放速率与拟合后的VOCs释放速的MRE，结果为0.55％，低于要求的5％，说明拟合程度较好，视为VOCs释放模型参数正确；通过对拟合后的VOCs释放速率进行积分，即可计算出沥青VOCs累计释放量。其沥青VOCs累计释放量请参阅图3。

在一些实施例中，以橡胶沥青样品VOCs中的苯并噻唑组分为例，通过计算，其斜率A和截距B分别为-2.146和4.693，初始浓度C

此曲线记为计算结果，请参阅图4，通过计算40min、70min、90min、120min四个加热时间点的VOCs释放速率与拟合后的VOCs释放速的MRE，结果为0.61％，低于要求的5％，说明拟合程度较好，视为VOCs释放模型参数正确；计算出沥青VOCs累计释放量，其沥青VOCs累计释放量，请参阅图5。

综上所述，本发明提供的沥青VOCs累计释放量计算方法，首先，获取沥青样品，基于沥青样品种类以及工程状态，确定沥青样品的加热温度；根据沥青样品的加热温度，对沥青样品进行多次加热，以采集不同浓度的VOCs标准物质，其中，采集前对沥青样品依照密闭保温时间进行密闭保温；其次，基于不同浓度的VOCs标准物质，采用热脱附气相色谱质谱联用仪对VOCs标准物质进行测定，以获得不同加热时间下VOCs的色谱峰面积后，计算出不同加热时间下VOCs的释放速率；最后，基于沥青样品的特征、不同的加热时间以及与加热时间对应的VOCs的释放速率，采用预先构建的VOCs释放模型计算出沥青VOCs累计释放量，提高了沥青VOCs的检测准确性以及检测速率。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。