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公路隧道内尾气降解铺装材料研究
| 论文题名： | 公路隧道内尾气降解铺装材料研究 |
| 关键词： | 公路隧道;汽车尾气;纳米TiO2;复合改性;降解效率;尾气降解涂层 |
| 摘要： | 随着我国建成的公路隧道数量快速增长，对隧道内的行车环境也提出了更高的要求。由于隧道环境处于半封闭状态，且存在光照条件差、通风不良等缺点，所以汽车尾气在隧道内更容易聚集。针对常用尾气降解材料纳米TiO2在隧道内的光照条件下，尾气降解效率较低的问题，本论文研发出一种适用于隧道内可见光条件下的复合改性纳米TiO2，并与水性环氧树脂制成尾气降解涂层和含砂雾封层，用于隧道侧壁和路面铺装，实现对汽车尾气的有效降解。对改善隧道内行车环境，实现我国公路建设与运营的绿色环保具有重要意义。 首先，研究采用Fluent软件对隧道内尾气分布规律进行模拟计算，结果表明：汽车尾气主要是近地面分布的，并沿着行车和风速方向逐渐向上扩散，为后续路面铺装材料的研究以及涂层的铺装位置提供了理论依据。 其次，通过室内试验分析纳米TiO2光催化性能及产量的影响因素，确定了纳米TiO2的合成工艺。在此基础上，以金属离子（Fe）、非金属离子（N）和半导体（WO3）为改性材料，采用溶胶-凝胶法制备单一改性、复合改性纳米TiO2，通过X射线衍射分析、紫外可见光谱分析等多种表征技术，分析确定了单一改性纳米TiO2的改性机理与最佳改性剂掺量，并结合正交试验方法确定了复合改性纳米TiO2中各改性剂的最佳掺量。 利用自制的尾气降解试验装置，测试单一改性、复合改性纳米TiO2在高压钠灯可见光条件下的尾气降解效率，并采用指数模型和对数模型对尾气降解幅度和降解速率进行分析，结合性能表征技术进一步优化Fe、N、WO3的掺量范围。将复合改性纳米TiO2与水性环氧树脂、水性环氧固化剂等制成尾气降解涂层，可用于隧道侧壁的涂装。通过测试涂层的柔韧性、硬度、附着力和耐水性等指标，确定水性环氧树脂和固化剂的比例以及固化时间。结合尾气降解试验和SEM试验，确定尾气降解涂层中复合改性纳米TiO2的掺量为10%，且对CO的降解效率为12.55%，对NO的降解效率为54.23%。 最后，将复合改性纳米TiO2与水性环氧树脂、水性环氧固化剂和金刚砂等制成含砂雾封层，可用于隧道内路面铺装层，并采用室内多功能加速加载磨耗仪进行磨耗试验，利用摆式仪法、铺砂法和手持式三维纹理仪研究磨耗次数对含砂雾封层抗滑性能的影响，利用尾气降解试验研究磨耗次数对含砂雾封层降解效率的影响。结果表明，磨耗20万次后，摆值为62，构造深度为1.03mm，对CO和NO的降解率为10.13%和47.62%。 |
| 作者： | 罗银 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 武建民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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