基于公路施工现场尘源物质采样分析的保湿抑尘工艺研究

基于公路施工现场尘源物质采样分析的保湿抑尘工艺研究

段海超

中铁上海工程局集团第四工程有限公司，天津，300450

摘要：依托公路施工现场采集尘源土样并进行粒径组成试验分析，发现地表积尘浮土的平均粒径小于属于细粒土的路基填土，更易产生施工扬尘；利用现场土样进行不同含水率下模拟扬尘试验，根据扬尘浓度观测结果发现土样含水率小于5%时易产生较高浓度扬尘，5%-10%的含水率抑尘效果较好；结合土样在不同温度下的含水率下降试验结果，推荐了该工程在不同季节温度施工时采用的保湿抑尘工艺。

关键词：公路施工；尘源物质；施工扬尘；保湿工艺

0 引言

空气中的颗粒物污染来源可以将其分为自然源和人为源，公路土建工程建设中可能产生的施工扬尘就被认为是空气中颗粒物污染的来源之一。随着空气质量监管越来越严格，公路土建施工经常因为当地空气颗粒物浓度超标而被迫停工。研究公路土建工程现场减少、降低、控制可能产生施工扬尘的工法就是迫切需要解决的问题。公路建设的土建施工阶段一般存在大量裸露的自然土体，尤其是在土建施工的阶段，需要做场地清理工作、路基填挖、材料运输、桥梁基础和隧道开挖等土方作业易产生施工扬尘，而且工地现场在自然风或者工程车辆行驶扰动作用下，地表沉降下来的积尘会再次启扬。杜丽[1]等人通过对路基施工中的扬尘排放量分析发现路基施工过程中的扬尘主要来源于运输过程，运输扬尘排放占整个路基施工扬尘排放量的90%，道路硬化和洒水能很好地控制运输扬尘；王大鹏[2]等人分析了不同施工阶段的扬尘来源和现场的扬尘控制措施,主要为路面硬化、运输车辆清洗、材料覆盖、洒水、设置围挡等,其中洒水为最有效且操作性强的防治措施。蔡久红[3]等人通过分析城市建筑施工扬尘的主要来源和防治措施,对建筑施工扬尘防治措施效果进行了横向与纵向评价,得出设置喷雾降尘装置与洗车台能有效防治建筑施工扬尘并提出相关防治措施建议。王倩倩[4]等人对道路工程施工扬尘的特点和危害进行分析,提出了完善扬尘控制的相关规章制度，同时针对施工场地设施管理、运输过程管理和施工现场清洁管理方面,提出了解决扬尘污染有关措施。李元岗[5]等人对建筑施工过程中扬尘的产生来源进行分析，提出了针对性的防治措施，其中洒水能使道路扬尘的平均质量浓度降低50%以上，采用防尘网等覆盖80%面积以上时，抑尘效率约10%。

1 依托工程现场采集尘源土样进行粒径分析

针对具体公路工程情况，在施工现场采集多种可能的尘源物质，包括属于细粒土的路基填土和工地现场地表的积尘浮土。通过试验分析这些施工扬尘的尘源颗粒物进行粒径组成，可以明确施工扬尘的粒径范围。图1就是本文试验研究过程中，在依托连霍二广高速联络线（新安至伊川高速公路）XYTJ-3A标段路基工程施工现场采集的试验用土样和激光粒度分析仪。

图1 公路施工现场采集的尘源土样和激光粒度分析仪

将在施工现场选取土样密封运至试验室后用烘箱以150℃条件烘至重量恒重，然后筛分去掉大于0.6mm的土颗粒，剩下细粒土颗粒通过激光粒度分析仪进一步做粒径分析。

图2 施工现场细粒土的粒径            图3 施工现场积尘浮土的粒径分布

如图2所示为在施工现场采集的细粒土粒径分析结果，约90%粒径在100μm以下，46μm左右含量最多；图3所示的该施工现场地表积尘浮土的粒径分布，约95%的粒径在100μm以下，26μm左右含量最多；土颗粒粒径分析表明积尘浮土的平均粒径更小，因此降低工程车辆行驶引起的地表浮土扬尘对降低施工扬尘中浓度有较好效果。

2 通过模拟扬尘试验确定抑尘含水率

图4  模拟扬尘试验棚和内部颗粒物监测仪器

试验研究中搭建的室内模拟扬尘试验场地为长6米、宽3米、高2米的密闭的试验棚，如图4所示；在试验棚内距离尘源分别为3.0米远的1.5米高处，4.8米远的1.5米高处，分别布置空气颗粒物浓度检测仪器；该仪器可以实时检测空气中的Pm2.5和Pm10浓度，测量范围为0-2000μg/m³，精度0.1μg/m³，每秒获得一次数据，通过外接电脑记录并显示空气中颗粒物浓度变化曲线。

图5 配制不同含水率的土样进行模拟扬尘试验

如图5所示，试验中将施工现场采集到的施工现场积尘浮土的土样烘干后配制成不同含水率后，利用鼓风机在试验棚内进行模拟扬尘试验。试验过程中通过电脑连续记录所有空气颗粒物浓度检测仪器观测到的扬尘物浓度数据，待扬尘浓度下降稳定后保存数据关闭仪器，试验观测时间不少于15分钟。

图6 土样扬尘试验中Pm2.5观测结果

     图7 土样扬尘试验中Pm10观测结果

仪器观测到的Pm2.5和Pm10两种环保重点空气颗粒物污染评价指标，试验结果如图6和图7所示，试验结果表明土样在含水率低于5%时，模拟的施工扬尘Pm2.5值最大超过800μg/m³、Pm10值最大超过2000μg/m³，扬尘情况严重；当土样含水率超过10%后，Pm2.5值和Pm10值明显降低，且含水率20%与10%时差别不大。

因此，此依托工程采集的试验土样易扬尘含水率为5%，其施工现场应保证其含水率在5%-10%之间，这样既能达到有效抑制施工扬尘的目的，又可避免为保持较大含水率而不断采取保湿措施带来的成本浪费。

3 采集土样进行不同温度下含水率下降试验

进行土样含水率下降速率试验，使用可控温的环境箱或烘箱，如图8所示将土样含水率配制到20%-25%后放入环境箱中保温；40℃下每隔0.5h取出土样称重，保温18℃下每隔6-12h取出土样称重，分别计算各自温度保温过程中含水率的下降速率。

图8 不同温度下土样含水率下降试验

图9  18℃时土样含水率下降                图10 40℃时土样含水率下降

根据图9显示的是18℃条件下现场采集的两种细粒土含水率从10%下降到5%需36h以上；图10显示的是在40℃条件下现场采集到的两种细粒土含水率从10%下降到5%大概需2h-4h。

分析试验结果可得，40℃温度下采集的土样含水率下降速度明显高于18℃，所以在夏季高温施工时应注意提高现场地表保湿的作业频率，而在较低温度施工时保湿作业周期应作适当延长。

4 结论

（1）通过依托工程施工现场采集土样的粒径分析可知，路基填土中的细粒土和工地地表的积尘浮土的平均粒径在26μm-46μm，其中地表积尘浮土的粒径很小，是可能产生施工扬尘的重要尘源。

（2）通过对不同含水率土样的室内扬尘模拟试验，根据扬尘浓度观测数据分析，可以得出试验土样含水率小于5%时易产生扬尘，在施工现场保证其含水率在5%-10%之间即可达到较好的抑尘效果。

（3）根据试验土样不同温度下的含水率下降试验结果，为保持施工现场的抑尘效果，应该在夏季接近40℃高温时2-4h进行一次保湿作业，在春秋季接近18℃气温时可以36h进行一次保湿作业。

参考文献

[1]杜丽,李玉梅.河南省公路工程施工扬尘污染分析及防治措施[J].公路与汽运, 2017(05):202-204.

[2]王大鹏,赵连军,陈浩.浅谈城市轨道交通施工洒水降尘控制措施研究[J].交通节能与环保, 2021,17(06):155-158.

[3]蔡久红,郑展民,臧春华.城市建筑施工扬尘在线监测与防治措施的研究[J].计量与测试技术, 2021,48(03):88-90+94.

[4]王倩倩,赵铁正,李焱彬. 施工扬尘污染分析及控制措施研究[J]. 内蒙古公路与运输, 2021(3):60-62.

[5]李元岗,冀东,李云峰.建筑工程施工扬尘污染与防治措施[J].山西建筑, 2018,44(08):204-205.

（第一作者、通讯作者：段海超，1988年6月出生，男，本科，）