道路运输中路面扬尘的治理方法毕业设计论文.docx

山东科技大学本科毕业设计（论文）
摘 要
众所周知，在道路运输中路面扬尘造成的危害非常严重。路面扬尘会损害工作人员的身心健康，影响施工区周围的环境，增加车辆保养、维修费用及耗油量。最危险的是当路面扬尘的浓度较高时，扬尘会阻挡司机的视线，极易引发交通事故。
产生路面扬尘危害的原因主要有两方面：一方面，现阶段在我国，矿石、沙子、泥土等散料一般都采用敞车运输，在运输过程中，由于车辆颠簸和风力作用，致使散料损失严重；另一方面，一些矿区、工地简单地使用泥沙铺成的临时路面，风力作用下会使路面尘土扬起。为此，本文对用于道路运输的新型的复合型化学抑尘剂进行了研究开发。
在对国内外抑尘剂的现状及发展进行分析和研究的基础上，结合我国实际情况，通过对运输路面扬尘机理的分析，提出了凝并、吸湿和保水为一体的抑尘思想，同时对其抑尘率、保水率、凝并率、pH值进行了测定。该抑尘剂由吸湿剂硫酸镁、凝并剂高黏CMC和保湿剂甘油组成，最佳用量比分别为80%、12%、8%。该复合抑尘剂的pH值为7，将其喷洒在土样上测得风蚀率为0.01%，60摄氏度下6小时后的保水率为10.83%，黏度为178.0mPa·S。
此外，该抑尘剂成本低、原材料广泛易得、制备工艺简单；无毒、无腐蚀性；具有良好的经济效益、环境效益和社会效益，在道路运输领域具有广泛的应用前景。
关键词：运输道路；尘土；抑尘剂；保水率

ABSTRACT
As is known to us all, the dust pollution is very serious during transportation. It does harm to workers’ health and the environment around the construction site, and it can shortens the service life of engine, increases the maintenance cost and the oil consumption. The most dangerous thing is that when the road is in a high dust mass concentration, the dust will block the driver’s line of sight and causes traffic accidents frequently.
There are too major reasons of the dust pollution: on the one hand, nowadays, the transportation of ore, sand, soil and other material generally used the flatcar in China. The serious dust pollution and the materiel loss are the main problems during the transport and the piling of the bulk mineral materiel due to the effects of wind and the jolt of transport vehicles. On the other hand, impermeable pavements is not used in some mining area and construction plant, the road in this areas is paved by sediment instead, in this case, the dust is easily be raised by the wind. Therefore, the new type of composite chemical dust suppressants was studied in this paper, it is mainly used to solve the road dust pollution and the material loss in the process of transport.
In this paper, the latest development about the chemical dust suppressants in domestic and foreign was analyzed and researched. According to the actual circumstance of our country and the flying dust mechanism, a new concept which integrates, moisture absorption and water preservation into whole was brought forward. At the same time the dust suppression performance, water-retention rate, pH, coagulation rate was determined. The dust suppression agent consists of hygroscopic agent MgSO4, integrate agent CMC, water retaining agent glycerol, and the optimum formula are MgSO4 80%, CMC 12%, glycerol 8%. The pH value is 7, the rate of restraining dust is 0.0.1%, the water-retention rate under 60℃ at the 6th hour is 10.83%, the viscosity is 178.0mPa·S.
What’ more, the raw materials of the dust suppressant are cheap, extensive, and its preparation technology are simple, so it is comprehensive cost is reasonable. In addition, every ingredient of the dust suppressant is non-toxic, non-corrosive and is easy to decompose in nature. Therefore it has a good prospect in the field of transportation.
Key Words：transportation; dust; Dust suppression agent; Water-retention rate

目 录
目 录（目录中不要出现这个） IIIV
1 绪论（一级标题加粗） 21
1.1 研究背景 21
1.1.1路面扬尘特点、原因、规律及其危害 21
1.1.2治理扬尘污染的方法 23
1.2 化学抑尘技术 24
1.2.1化学抑尘国内发展情况 24
1.2.2路面抑尘剂防尘机理 25
1.2.3路面抑尘方法综述 25
1.3 本论文选题意义 210
1.4 论文的主要研究内容 210
2 实验部分 212
2.1 实验药品和实验仪器 212
2.2 实验原料的性质 213
2.2.1备选吸湿剂性质 213
2.2.2备选凝并剂性质 214
2.3 抑尘剂原料的选择 217
2.3.1吸湿剂的选择 217
2.3.2凝并剂的选择 218
2.3.3保水剂的选择 219
2.4 抑尘剂的复配 219
3 实验结果与讨论 221
3.1吸湿剂的选择结果与讨论 221
3.1.1高温抗蒸发实验结果与讨论 221
3.1.2吸湿剂吸湿实验结果与讨论 222
3.1.3高温抗蒸发性与MgSO4浓度的关系实验结果与讨论 223
3.2凝并剂的选择结果与讨论 225
3.2.1凝并剂溶液黏度测定结果 225
3.2.2凝并率测定结果 225
3.2.3凝并率与凝并剂浓度关系实验结果 226
3.3保水剂的选择结果与讨论 228
3.4抑尘剂的复配实验结果与讨论 229
3.4.1以MgSO4 浓度为变量实验结果与讨论 229
3.4.2以甘油浓度为变量实验结果与讨论 230
3.4.3以CMC浓度为变量实验结果与讨论 232
3.4.4最优抑尘剂配方的性能 234
4 结论和展望 235
4.1 结论 235
4.2 展望 235
参考文献 236
致 谢 240
附录1外文文献 241
附录2外文文献翻译 248

Ⅱ
1 绪论
1.1 研究背景
汽车运输矿岩时，车辆自重以及载重会引起路面下沉、弯曲及路面龟裂，再加上车辆运行过程中会产生颠簸，从而会加速路面自由颗粒变成粉尘，因而运输车辆是路面扬尘的主要源头。路面行车扬尘是全矿最大的粉尘污染源之一，扬尘量占全矿总产尘量的70%~90%，距路边5m处，空气含尘浓度高达750~800mg/m3，超过国家卫生标准400倍左右。路面粉尘污染严重，不只在露天矿的土质或碎石运输道路上，在水泥、柏油、建筑工地等路面上，由于设备、车辆运行气流的冲击、碾压、颠簸作用以及散体物料的撒落，路面的扬尘量也很大，粉尘污染问题也很突出。
从卫生学和环境保护角度来看，路面扬尘不仅严重损害采场人员的身心健康，同时还会污染矿区周围的环境，破坏生态平衡。从技术经济角度来看，路面粉尘污染严重会造成较大的经济损失。路面粉尘浓度高，能见度下降，不仅使行车速度受到限制，车辆间距增大，导致汽车运输能力大大下降，而且可能导致恶性撞车事故或车辆的主要部件磨损加快，保养、维修费用和耗油量增加，最终导致运输成本提高。
总之，由于路面扬尘造成高浓度的粉尘污染，不仅破坏生态环境，危害工人的身心健康，而且直接影响了安全生产和经济效益。目前，洒水降尘是我国最常用的路面抑尘方法，但由于水蒸发速度快，抑尘时间短。而如果频繁地洒水，不仅会增加设备投入，水费及劳务费也会增大。因此，采取必要措施有效抑制路面扬尘已成为急待解决的课题之一。
1.1.1路面扬尘特点、原因、规律及其危害
（1）路面扬尘的特点
路面扬尘属于开放性产尘，产生扬尘的点多而不固定、涉及面大，产尘原因复杂，扬尘程度受天气等原因影响较大。路面扬尘散发到大气中时，不易用常见的排气罩等形式的除尘设备来控制，给防尘带来了很大的困难。而且路面扬尘颗粒小、质量轻，在清扫过程中极易再次被扬起造成二次污染。
（2）路面扬尘的原因
路面扬尘的主要原因有：①运输车辆的冲击、摩擦、辗压、颠簸使路面龟裂，形成皱折和坑穴等，皱折、坑穴周围的路面强度较低，因而更容易继续被破坏，而且皱折、坑穴中尘土积累现象严重；②道路的修筑标准偏低、工程质量差、日常维护不够；③道路结构参数往往不能随汽车吨位的增大、行车密度的变化而改变，一些车辆存在严重的超重现象，对路面损害较大；④有效的防尘措施没有跟上，以致路况日益恶化或难以得到根本改善；⑤大多数运输车辆采用敞车运输，在行车中很难避免所装物料沿途撒落；⑥一些矿区采用未经筛选的碎石、泥土铺成简易路面，强度不够，车辆经过产生的外力就会使路面遭到破坏，而且路面容易被风力、降雨等自然因素破坏；⑦路面横断面的几何尺寸、拐弯处的曲率半径以及路宽不符合有关筑路法则和需求；⑧当采用洒水车洒水防尘时，少量洒水控制不了扬尘，而大量洒水则会使路面状况进一步恶化。
（3）路面扬尘规律
路面扬尘浓度的大小受风速、路面岩土的性质、空气中自然飘尘的多少、汽车载重、行驶速度、行车密度以及路面岩土含湿量等因素的影响，其影响扬尘浓度的主要因素是路面岩土含湿量，粉尘浓度随含湿量的增大而减小[1]。此外，粉尘含量的增加不仅与运行机械破碎有关，而且还与车辆运行气流、吹风机械气流和自然界气流的空气动力引起的粉尘二次飞扬有关。因此，防治路面扬尘应确保路面一定的含湿量以及足够的路面强度。
（4）路面粉尘分类及对危害
运输道路路面粉尘按粒径的大小大体上可以分为三类：
第一类，粒径大于100μm的，称为易沉降性粉尘。该类粉尘由于粒径大，扩散能力较弱，很容易在空气中完全沉降。此类粉尘无害于人类健康，但是在短时间内容易影响尘源附近的空气质量，影响汽车经过时是的操作安全。
第二类，粒径在10μm和100μm之间，称为降尘。降尘是大气污染检测的项目之一，这类粉尘由于质量轻，在空气中悬浮时间较长，沉降速度较慢，对空气质量影响较大，进入汽车发动机内部也会缩短汽车使用寿命。
第三类，粒径小于10μm，称为飘尘。飘尘扩散范围广，扩散时间长，能够被人直接吸入，不仅危害环境，也直接危害人类身体健康。同时，此类粉尘具有一定的吸附能力，能够吸附一些有害气体、液体和金属元素，这些有害物质随飘尘进入人体，是一些急性、慢性病发生的诱因。
路面粉尘污染不仅对人体造成巨大危害，对生态系统也产生巨大的破坏作用。植物枝叶上沉积过多的粉尘不但影响外观，而且妨碍光合作用，导致植物枯死。
大量的粉尘进入发动机加剧了汽车零部件特别是发动机的磨损。一台新发动机在低尘条件下可运转10000~12000h，而在高尘条件下只能运行4000~5000h。一台新车在低尘环境中工作，大修前能行驶10万千米，而在高尘环境下行驶不到1.5万千米就需大修，并且油料消耗增加40%左右。某些特定场合的粉尘爆炸还会造成巨大的经济损失。为此，世界各国纷纷进行减少粉尘危害的研究，在路面抑尘方法和抑制剂的研制方面做了大量的工作。
1.1.2治理扬尘污染的方法
（1）加强施工工地监管，有效防止尘土入路
路面积尘的主要来源是各类施工工地。因此，要加强对各类施工工地的监管，有效控制路面积尘。道路两侧所有工地应设置高标准围挡；工地内道路、操作场地应进行硬化处理；裸露泥土等易产尘物料应采取覆盖或洒水措施；运送渣土等散料的车辆出工地时，应将车轮冲洗干净，防止车辆将泥土带入附近道路。拆迁施工和拆除违章建筑时，有条件的地方应实施洒水降尘，防止扬尘随风污染附近道路。
（2）严格运输车辆管理，尽量减少物料撒漏
运输车辆撒漏是产生路面积尘的一个重要原因。因此，应严格管理运输车辆，尽量减少物料撒漏。运输渣土、石料、水泥、煤炭、垃圾等散料的车辆，应当采取蓬盖、密闭等措施，不得超量装载和超速行驶，防止在运输过程中出现物料撒漏现象，从而减少因车辆碾压而产生的路面积尘和二次扬尘。
（3）喷洒化学抑尘剂，不断提升保洁水平
路面积尘因碾压、刮风和清扫所产生的二次扬尘，具有多次沉降、重复污染的特点。湿式清扫方式是目前被广泛使用的最有效的方式之一。对于积尘情况较轻的路面，可以简单的采用洒水抑尘的方法，而对于积尘情况严重的路面，可以采取喷洒化学抑尘剂控尘。。
1.2 化学抑尘技术
1.2.1化学抑尘国内发展情况
近些年间美国、俄罗斯、加拿大、日本、德国等国家在化学抑尘剂方面做了大量工作，发表了大量的专题报道[3~10]。例如美国的Reed J.R.等人研制出的路面抑尘剂，由10%~50%的沥青乳化液、10%~60%的木质素磺酸盐溶液和30%~40%的水复合而成，该路面抑尘剂效果显著，但是有二次污染和火灾的危险。俄罗斯的一种由PO-1型阴离子表面活性剂、水玻璃和甲基苯乙烯乳状液和水复合成的抑尘剂，抑尘效果也非常好[11]。前苏联研究者研制的CCB乳状液，以木质素磺酸盐为主的亚硫酸酒糟为主要成分，炎热与干旱条件下，在土质路面以1.8~6L/m2的喷洒量喷洒浓度为30%~60%的溶液，抑尘时间可以达到4~20天[2]。
我国关于化学抑尘的研究和应用虽然起步较晚，但是近些年也取得了较快的发展[12-15]，由吴超等研制的聚丙烯酸盐溶胶，主要成分是丙烯酸、引发剂过硫酸钾和氢氧化钠，该抑尘剂不仅成本低而且抑尘时间更是长达10~20天[11]。此外，我国关于化学抑尘剂的不少成果还申请了专利[16-20]，日照凯格环保科技有限公司的梁作元等人申请了一种由水溶性高分子聚合物1~3%、聚丙烯酸钠0.5~1.5%、尿素0.5~1%、阴离子表面活性剂0.2~0.5%和水余量构成的抑尘剂专利。该路面抑尘剂不仅可以应用在道路抑尘上，同时也可以用于矿山开采、矿场道路运输和市政建设土方扬尘治理等方面，有效解决了粉尘污染问题，保障了运输安全和司乘人员及周围工作人员的健康安全，降低了运输设备的维修费用，增加了设备的使用寿命，尤其解决了重型载重运输工具的碾压扬尘问题[21]。
总的说来，半个多世纪以来，为了减少粉尘危害，世界上许多研究者在路面抑尘方法和抑制剂的研制方面做了大量工作，取得的成绩是可喜的。
1.2.2路面抑尘剂防尘机理
路面抑尘机理分为三种，分别是固结、润湿、凝并。
所谓固结，就是指在路面抑尘剂的作用下，使路面具有足够的强度，不会因路面运输工具的动态压力、摩擦力、剪切力等作用力而使路况遭到破坏。固结防尘不仅可用于路面防尘，而且可用作矿石堆、煤堆等散体的防尘[22]。
所谓润湿，就是指在路面抑尘剂的作用下，使路面在较长时间内保持一定的含水量（40%~10%）。在路面上喷洒润湿型抑尘剂可以显著增强水对粉尘的润湿效果，使粉尘有一定的含水量，因而密度增大，从空气中下降的速度增大，并且不易被自然风力、汽车行驶产生的风力所扬起，从而降低路面扬尘的程度。润湿型路面抑尘剂尤其对疏水性粉尘效果显著，在煤矿的防尘中发挥了巨大的作用。
所谓凝并，就是指在路面抑尘剂的作用下，使路面磨耗层原本粒径较小的粉尘集中在一起，成为粒径在80目以上，沉降速度大于0.1m/S的大颗粒，从而不易扬起。
1.2.3路面抑尘方法综述
运输路面扬尘的防治方法总结起来有以下几种：
（1）洒水抑尘
洒水抑尘是我国最常用的路面防尘方法。从城市交通道路到矿山运输道路、厂区道路的路面防尘，几乎均采用这种方法。尽管当时见效快，但是由于其有效抑尘时间短，少水或缺水的矿山难以实施，因此其使用受到一定限制。洒水防尘的作用主要在于润湿颗粒细小的干燥粉尘，使其相对密度增大，并黏结成较大的颗粒，使之在外力作用下不能飞扬。洒水防尘主要适用于气温低于20℃，相对湿度大于40%的混凝土路面。
除了传统的洒水抑尘方法外，一些国家在露天场所也尝试采用比较新颖的抑尘方法，如水雾除尘、泡沫除尘、磁化水除尘、高压水除尘、超声波降尘以及人工降雪除尘[23~26]等。但是，这些除尘方法所需设备费用较高以及技术不成熟而使其推广应用受到一定的制约。
（2）化学抑尘剂抑尘
在20世纪，特别是40年来，化学抑尘剂的开发和应用得到不断创新和发展。下面就应用于运输路面的化学抑尘剂应用类型、抑尘机理、效果及存在主要问题做一下总结与研究。
a. 湿润型抑尘剂抑尘
采用纯水作为路面的抑尘剂时，路面微细尘粒往往不易被水湿润，因而抑尘效果不佳，如对2μm粉尘的捕获率只有1%~28%左右[27]，所以国内外研究了喷洒有添加剂的水来控制路面扬尘。该添加剂主要为湿润剂，其主要由表面活性剂和某些无机盐组成。其中表面活性剂是润湿型化学抑尘剂的主要成分，其主要是降低溶液体系的表面张力，起到渗透、润湿、乳化、发泡等作用[28]。吸湿性无机盐作用则是弥补表面活性剂的吸湿保水方面的不足，促进表面活性剂的作用发挥。在美国，夏季与春季将MgCl2应用于非铺装路面抑尘和道路固化，在美国环保署制定的空气质量标准限制下，盐和盐水是最常用的抑尘剂类型[29]。对比而言，某些表面活性剂的湿润性能要远远优于无机盐。例如：质量分数为5%~10%的CaCl2湿润硅尘的能力比纯水提高约30%，而十二烷基苯磺酸钠的质量分数为0.2%时，其湿润硅尘的能力比纯水提高40%[28]。一般来讲，当表面活性剂在质量分数0.01%~0.5%时，能显著降低水的表面张力。此外，疏水性粉尘表面吸收了表面活性剂后，可转化为亲水性粉尘。因此，在路面上喷洒湿润型抑尘剂可以显著增强水对粉尘的湿润效果，从而提高水的捕尘能力，尤其对疏水性粉尘的抑制效果十分明显。
采用湿润型化学抑尘剂的缺点是每一种湿润剂的适用范围比较小，有的甚至会引起对环境的二次污染，而且功能比较单一，不具有较强的黏结粉尘能力。其主要应用于控制大气飘尘的喷雾系统、湿式除尘器、煤层注水预润湿以及各种细颗粒物的预润湿等[30]。
b. 吸湿型无机盐抑尘
常用的固体吸湿剂有NaCl、CaCl2、MgCl2、FeCl3、K2CO3、(NH4)2SO4、活性Al2O3、木质素等。无论是它们的固体颗粒还是水溶液，都在露天矿山路面的防尘中得到广泛的应用，尤其以卤化物应用的最多，至今已经有半个世纪的历史。
用吸湿盐水溶液治理路面时，水在润湿的粉尘中能形成水化膜，促进了粉尘的黏附团聚。水化膜与粉尘固体的结合相当牢固。干燥有水化膜的粉尘，除了需要提供水蒸发所需要的热，还提供热量需克服水化膜与粉尘固体之间的黏附功。另外，吸湿性盐的吸湿量随环境相对湿度的增加而增加，当吸湿后形成的盐水溶液的蒸气压力与空气中水的蒸气压力相等时，吸湿就停止；如果大于空气中水的蒸气压力，则开始蒸发；反之则吸湿。因此，即使在干燥的气候条件下，也可使路面从空气中吸收一定水分，保持一定的、有利的含水量。同时，盐溶解在尘土的孔隙水中，提供阳离子与已经存在于尘土中的离子进行交换，且吸附在尘粒表面，提供连接尘粒的离子，使粉尘聚集和凝集，并由此增强相邻尘粒之间的静电吸引力，促使尘粒黏结，增大粒径，而难以飞扬[31]。但是吸湿盐水溶液具有较强的腐蚀性，对施工设备腐蚀很大，对石灰、水泥等材料有一定的改性甚至危害[32]。
c. 超强吸水剂抑尘
超强吸水剂是近20~30年迅速发展起来的一种新型功能高分子材料。它不仅可以吸收比自身质量大几倍至几千倍的水，而且保水能力强，在很大的压力作用下也不脱水。这些特性使其在防尘领域里具有巨大的发展潜力。
把超强吸水剂用到路面粉尘防治领域的时间很短，还处于实验室模拟研究和现场小型规模试验阶段。试验材料主要包括淀粉接枝丙烯酸盐高倍吸水树脂溶胶[33]和聚丙烯酸钠溶胶[34]等。用吸水树脂溶胶处理路面，可以昼夜吸收空气中的水分，使路面保持一定的含湿量。由于溶胶的黏性作用，粉尘受到黏附力不能再次飞扬，同样汽车轮胎上所带的粉尘也能被黏结，从而控制了因轮胎带尘所引起的地面粉尘污染[35]。当溶胶受蒸发作用而失水时,路面强度逐渐增强,此时树脂失去黏性；当其再次吸湿后，路面则又具有一定黏性。而且，这类材料可以一次多用，即一次喷洒后，可在其有效期内只需重复洒水，就能使尘土保持较高的含水率，从而降低综合抑尘成本。此外，超强吸水剂的使用也比较安全，尤其是聚丙烯酸钠性能稳定，无毒副作用，不会对环境造成二次污染。但是，超强吸水剂也存在一些缺点，其中最突出的是成本相当高、制备难度大，从而给其应用造成了很大的障碍，因此目前仍处在试验研究阶段。
d. 黏结型有机化学抑尘剂抑尘
黏结型化学抑尘剂是利用覆盖、黏结、硅化和聚合等原理防止粉尘和泥土飞扬。根据原料的不同又分为黏结型有机化学抑尘剂和黏结型无机化学抑尘剂。黏结型有机抑尘剂一般由原油、石油渣油、石蜡、石蜡油、煤渣油、沥青、橄榄油废渣、生物油渣、木质素衍生物、纤维素滤料、树脂、聚合物等组分复合进一步复配其他有机化合物形成[36]。无机粉尘黏结剂主要包括卤化物、粉煤灰、黏土、石膏、高岭土、酸等。该类粉尘剂的开发试验表明，道路固尘效果较好，但是其乳化性能较差。为了更好的实现原材料的有效利用，应寻找更好的添加剂来改善其性能，提高其抑尘效果[37]。
使用较多的黏尘剂主要有：前苏联的乌尼维尔辛乳状液[38]、美国的Coherex和柏乐柯尔(树脂乳状液)，英国Veslig公司研究成功的Wesling-120抑尘剂(主要成分是黏性聚合物)以及许多国家用废重油、原油、沥青、造纸和酒精工业用的废液、废渣等组成的黏尘剂。这类黏尘剂的有效抑尘周期一般为7~15天，最长可达20~30天[39]，而且短期内可以加固路面，效果较好。但是，这类抑尘材料稀少，有异味，有排放有害成分的可能，从而对周围的环境以及土壤、地下水有潜在污染，并存在加工工艺上制备复杂以及成本较高等缺陷。
e. 高倍吸水树脂抑尘剂抑尘
高倍吸水树脂是近30年来开发的一种具有吸水倍率高、保水性好、黏结性强等优点的抑尘剂，已广泛应用于各个领域[40]。用它作为抑尘材料主要是由于其吸水倍数大、保水性能好，并且可以不断吸湿。因此，在有粉尘的地方洒一层高倍吸水树脂可以达到有效抑尘的目的。
近年来，高学伟[41]放在“等“的后面，下同
等对膨润土接枝丙烯酸高吸水性树脂的抑尘性能进行研究；李云涛[42]等选取4种类型的高吸水树脂抑尘剂通过模拟公路工程施工现场环境分别测试其抗蒸发能力以确定抑尘效果，得到浓度为0.2%的抑尘剂SPA的成膜状态最好；我国兰州大学的柳明珠、义建军等人[43]将丙烯酰胺与洋芋淀粉进行接枝共聚，然后水解制得的高倍吸水性聚合物，在室温24h内可吸蒸馏水5085倍。在道路上撒上一层高分子化合物，可以大大减少喷洒水的次数，延长有效抑尘时间等，但成本相当高、制备难度大，目前还处在实验研究阶段。
f. 复合型化学抑尘剂抑尘
复合型化学抑尘剂是两种或两种以上抑尘剂在一定的物理或化学条件下复合而成，把湿润、黏结、凝并、吸湿保水等功能综合为一体，是上述各种类型抑尘剂功能的统一。湿润是通过湿润剂的湿润作用，增强水的捕尘性能。黏结就是将粉尘颗粒通过黏结作用与地面固接，并通过黏结的渗透作用使之与路面土质融合为一体，从而提高路面的强度。凝并剂将细小的粉尘颗粒聚合成较大的粉尘颗粒，从而抑制可悬浮粉尘。吸湿则是提高路面尘土的含水率，并增强路面柔韧性及颗粒质量，减少破碎和抑制粉尘扬起时间。保水则是抑制尘土中水分的蒸发，使水分在尘土或地面中停留更长的时间，以达到较好的抑尘效果[44]。
复合型抑尘剂的抑尘效果较为优越，适用范围相对广泛，成为路面抑尘剂发展的趋势。但是，这类抑尘剂在国内外研究还不多，国外主要有日本的聚丙烯酸盐添加表面活性剂组成抑尘剂，澳大利亚的聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素、聚乙酸酯乙烯、丙二醇和丁三醇组成的抑尘剂等；国内主要有原冶金工业部安全环保研究所研制的MC和MPS复合型抑尘剂[45]，北京市劳动保护科学研究所研制的由氯化镁和氯化钙添加凝并剂和保湿剂组成的CDR抑尘剂[46]，蒋富强[47]等将木质素磺酸钠、丙烯酸、双氧水、CaCl2、四硼酸钠、甲基硅酸钠按一定比例复合制成对煤尘具有良好效果的抑尘剂。抑尘剂多在恶劣、复杂多变的环境下使用，为避免更多的中试验失败，因地制宜的研究复合型抑尘剂是极其必要的。
1.3 本论文选题意义
现阶段在我国，矿石、沙子、泥土等散料的运输一般都采用敞车运输，在运输过程中，由于车辆颠簸和风力作用，使路面扬尘严重。在一些矿区，并未使用固化路面，而是简单的使用泥沙铺成的路面，在自然风力和汽车行驶过程产生的风力作用下会使路面尘土扬起。即使是使用了固化路面的乡村公路，路面积尘也相当严重。路面扬尘严重损害工作人员的身心健康，影响施工区周围的环境，社会影响较大。而且扬尘进入运输汽车体内，会缩短发动机的使用寿命，增加车辆保养、维修费用及耗油量。最危险的是当路面扬尘的浓度较高时，还妨碍司机的安全驾驶，直接影响安全生产和经济效益。
路面防尘的最传统方法是用洒水车洒水，其原理在于润湿颗粒细小的干燥粉尘，增加粉尘的含水量，使其黏结成较大的颗粒，从而不易在风力及汽车驶过时外力作用下而扬起。此方法方便、简单，得到了大多数工地、城市清洁部门的青睐。然而，实践表明，洒水车洒水并不能长期保持粉尘颗粒的湿润，需要频繁洒水以保证路面湿润。洒水车洒水存在备用车辆不足、洒水及时性难以保证、用水量大、地表水分蒸发渗透快、抑尘时间短等缺点，并不是高效节约的方法。市面上现有的路面抑尘剂还普遍存在功能单一、价格昂贵、毒性、腐蚀性、难降解以及二次污染等弊端，研制一种保水率好、风蚀率低、凝并性好、腐蚀性小并且成本较低的抑尘剂，将大大解决此问题。
1.4 论文的主要研究内容
本课题的主要内容是试验制备一种成本低、原材料广泛易得、制备工艺简单；无毒、无腐蚀性；具有良好的经济效益、环境效益和社会效益，在道路运输领域具有广泛的应用前景的路面抑尘剂。此抑尘剂主要是由吸湿剂、凝并剂、保水剂复配而成。下面是几种抑尘剂单体的选择方案：
（1）吸湿剂的选择
研究各备选吸湿剂溶液在尘样中保水率的差异以及干燥的各备选吸湿剂固体在一定湿度环境下吸水率的差异，综合各吸湿剂性质，筛选出最佳吸湿剂单体。
（2）凝并剂的选择
研究各备选凝并剂溶液对尘样凝并效果的影响，选出最佳凝并剂种类。
（3）保水剂的选择
查阅文献，综合保水剂的理化性质等因素确定保水剂种类。
（4）复合型路面抑尘剂的研制
本实验通过单因素法确定了复合型抑尘剂的最佳配方。
（5）抑尘剂的性能研究
测定复合抑尘剂的黏度、pH值、风蚀率等性能。

2 实验部分
2.1 实验药品和实验仪器
表2.1实验药品
试剂名称
纯度
生产厂家
氯化钙
工业级
天津市大茂化学试剂厂
硫酸镁
工业级

氯化镁
工业级
天津市大茂化学试剂厂
硫酸铵
工业级

硅酸钠
工业级

木质素磺酸钙
工业级

羧甲基纤维素钠
工业级
天津市大茂化学试剂厂
高黏CMC
工业级
河北
高黏CMC
工业级
河南
白糊精
工业级
河南
黄糊精
工业级
河南
糊精
工业级
天津
木薯预糊化淀粉
工业级
河南
预糊化淀粉
工业级

木薯预糊化淀粉
工业级
河北
胶粉Ⅰ
工业级

羧甲基淀粉
工业级

丙三醇
工业级

表2.2实验仪器
仪器名称
型号
生产厂家
101-1型电热鼓风恒温干燥箱烘箱

龙口市电炉制造厂
NDJ-5S数字式粘度计

上海菁海仪器有限公司
电子天平

上海光正医疗仪器有限公司
干燥器

盐城锦辉玻璃仪器厂
培养皿

盐城锦辉玻璃仪器厂

2.2 实验原料的性质性质就不要吧

2.2.1备选吸湿剂性质
（1）氯化钙
氯化钙为无机化合物，一种由氯离子与钙离子构成的盐，为典型的离子化合物。白色或灰白色，有粒状、蜂窝块状、圆球状、不规则颗粒状、粉末状。本实验中使用的是粉末状氯化钙。氯化钙微毒、无臭、味微苦。吸湿性极强，暴露于空气中极易潮解。易溶于水，同时放出大量的热，其水溶液呈微酸性。无水氯化钙有强吸湿性，用于各种物质的干燥剂，此外还用作马路防尘，土质改良剂，冷冻剂，净水剂，上桨剂等。
氯化钙粉尘会灼烧、刺激鼻、口、喉，还可引起鼻出血和破坏鼻组织；干粉会刺激皮肤，溶液会严重刺激甚至灼伤皮肤。
（2）硫酸镁
硫酸镁，或无水硫酸镁，是一种含镁的化合物。无水的硫酸镁是一种常用的化学试剂及干燥试剂，为白色细小的斜状或斜柱状结晶，无臭、味苦。硫酸镁可以用作制革、炸药、造纸、瓷器、肥料，以及医疗上口服泻药等。矿物质水添加剂硫酸镁在农业中被用于一种肥料，因为镁是叶绿素的主要成分之一。通常被用于盆栽植物或缺镁的农作物，例如西红柿，马铃薯，玫瑰等。硫酸镁比起其他肥料的优点是溶解度较高。
（3）氯化镁
氯化镁，通常含有六个分子的结晶水，即MgCl2·6H2O，为无色而易潮解的晶体。有苦味，有腐蚀性。氯化镁是典型的离子卤化物，高度易溶于水。水合氯化镁可以从盐水或海水中提取。但加热至95℃时失去结晶水。
（4）硫酸铵
硫酸铵简称硫铵，化学式(NH4)2SO4，无色斜方晶体，为酸性，易溶于水。280℃以上分解。水中溶解度：0℃时70.6g，100℃时103.8g。0.1mol/L水溶液的pH为5.5。本品对眼睛、黏膜和皮肤有刺激作用。硫酸铵主要用作肥料，适用于各种土壤和作物。还可用于纺织、皮革、医药等方面。
（5）硅酸钠
硅酸钠由石英砂与碳酸钠熔合而成，溶于水呈碱性，其透明的浆状溶液称为水玻璃。硅酸钠遇酸分解，析出硅酸的胶状溶液。其化学式为R2O·nSiO2，式中R2O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的摩数。硅酸钠溶液不可用玻璃塞，而应用橡胶塞或软木塞。建筑上常用的水玻璃是硅酸钠（Na2O·nSiO2）的水溶液。
（6）木质素磺酸钙
木质素磺酸钙（简称木钙）是一种多组分高分子聚合物阴离子表面活性剂，外观为浅黄色至深棕色粉末，分子量一般在800~10000之间，具有很强的分散性、黏结性、螯合性，有芳香气味，使用量较多时气味较大。木钙通常来自酸法制浆（或称为亚硫酸盐法制浆）的蒸煮废液，经喷雾干燥而成。木钙中可含有高达30%的还原糖。木钙溶于水，但不溶于任何普通的有机溶剂，其1%水溶液的pH值约3~11。
2.2.2备选凝并剂性质
（1）羧甲基纤维素钠
羧甲基纤维素钠是当今世界上使用范围最广、用量最大的纤维素种类，是葡萄糖聚合度为100~2000的纤维素衍生物，其相对分子质量为242.16。羧甲基纤维素钠为白色纤维状或颗粒状粉末，无臭，无味，有吸湿性，不溶于有机溶剂，易溶于水，溶液透明。其在碱性溶液中很稳定，遇酸则易水解，pH值为2~3时会出现沉淀，遇多价金属盐也会反应出现沉淀。1%的羧甲基纤维素水溶液pH为6.5~8.5，当pH大于10或小于5时，胶浆黏度显著降低，在pH=7时性能最佳。羧甲基纤维素溶液对热稳定，在20℃以下黏度迅速上升，45℃时变化较慢，80℃以上长时间加热可使其胶体变性而黏度和性能明显下降。
在配置CMC糊胶时，先在带有搅拌装置的配料缸内加入一定量的干净的水，在开启搅拌装置的情况下，将CMC缓慢均匀地撒到配料缸内，不停搅拌，使CMC和水完全融合、CMC能够充分溶化。在溶化CMC时，之所以要均匀撒放、并不断搅拌，目的是防止CMC与水相遇时，发生结团、结块、降低CMC溶解量的问题出现，并提高CMC的溶解速度。搅拌的时间和CMC完全溶化的时间并不一致，一般来说，搅拌的时间要比CMC完全溶化所需的时间短得多，二者所需的时间视具体情况而定。确定搅拌时间的依据是：当CMC在水中均匀分散、没有明显的大的团块状物体存在时，便可以停止搅拌，让CMC和水在静置的状态下相互渗透、相互融合。
确定CMC完全溶化所需时间的依据有这样几方面：
（a）CMC和水完全黏合、二者之间不存在固液分离现象；
（b）混合糊胶呈均匀一致的状态，表面平整光滑；
（c）混合糊胶色泽接近无色透明，糊胶中没有颗粒状物体。从CMC被投入到配料缸中与水混合开始，到CMC完全溶解，所需的时间在10~20小时之间。
根据CMC的黏度，可将CMC分为低黏型、中黏型和高黏型。一般黏度小于1000mPa·S的为低黏型，黏度在2000~3000mPa·S的为中黏型，黏度大于3000mPa·S的为高黏型。
（2）变性淀粉
为改善淀粉的性能、扩大其应用范围，利用物理、化学或酶法处理，在淀粉分子上引入新的官能团或改变淀粉分子大小和淀粉颗粒性质，从而改变淀粉的天然特性（如：糊化温度、热粘度及其稳定性、冻融稳定性、凝胶力、成膜性、透明性等），使其更适合于一定应用的要求。这种经过二次加工，改变性质的淀粉统称为变性淀粉。
目前，全球超过千万吨的变性淀粉产品，采用化学法生产的约占80%；物理法约占14%，其余为生物法生产的。1997年我国生产的20万吨的变性淀粉中，化学法生产的约72%，物