徐先亮 李永强 杨天赐 李华君 王恒军

（1、兰州天际环境保护有限公司，甘肃 兰州730070 2、甘肃省交通储运扬尘治理工程技术研究中心，甘肃 兰州730070）

道路扬尘，是一种复合尘源，排放源多且复杂，主要来源于工业煤烟尘、建筑施工工地、各种尘粉的堆场以及沙尘暴，受城市局域风、道路清洁度、城市车辆速度和密度等影响，会产生二次扬尘，造成大气环境粉尘颗粒物含量较高。常见的减少道路扬尘措施中，路面洒水降尘是一种有效的方式，但是喷水降尘这种方式有效期比较短，需要定期多次喷洒。随着天气逐渐变暖，洒水的量和次数也会增加。喷洒道路固化材料抑制扬尘，其用水量小，单次作业可持久数天，大大减少了人工强度、油耗及车辆损耗，避免长时间大面积洒水而造成的淡水资源浪费和道路损害[1]。

1 技术概况

一种道路扬尘固化材料自动喷洒设备，包括自走型载重汽车以及安装在自走型载重汽车车身上的储液罐、半自动投料系统、后置平台、前部管路、后部管路和自吸泵，储液罐上设有循环进水口、投料仓口、出水口和水流导流板，半自动投料系统包括投料滑轨、加料桶和投料动力组件，后置平台上设有监控设备、洒水枪；出水口与自吸泵相连，自吸泵通过循环管路与循环进水口相连接，循环进水口通入储液罐中；储液罐中的清水，在出水口、循环管路、循环进水口、储液罐之间形成循环，通过自吸泵加压传输；投料动力组件安装在加料桶的下底端，加料桶与投料滑轨滑接，投料滑轨安装在储液罐一侧，道路扬尘固化材料投加到加料桶中，由投料动力组件提供动力，沿投料滑轨将加料桶输送至储液罐上方，加料桶中的粉料，通过投料仓口投加到储液罐中。

2 洒水和喷洒固化材料降尘作用机理比较

现有喷洒设备的喷嘴不适用道路固化材料的喷洒，鸭嘴形喷嘴出水量大时，扇形面大，浪费严重；出水量小时，压力小，不能达到有效幅度；不能满足道路一次全覆盖的要求。三段式弯管前冲喷头其流量小压力大，冲击水柱对道路固化材料形成的覆盖膜有着破坏性效果。

目前，在专业领域缺少相应的专用喷嘴，且缺乏对现场应用的喷洒参数与降尘效果的研究。

降雨后利用雨水资源立即清扫洗刷道路积存的泥水，是避免道路泥土风干后反复形成扬尘较有效手段，同时能够避免晴天时清扫形成扬尘，也能极大地节约清洁用水，是目前中国广大城镇应当立即采取的措施。在硬化道路的设计和施工时注意严格采用合理的路面横向坡度和道路边缘排水设计，利用自然降水径流冲刷清洁路面尘土，对于降低扬尘污染可以起到事半功倍的效果，是治理扬尘污染的重要长效措施。

2.1 洒水

为了减少道路扬尘，兰州市常用路面洒水降尘的方法，定期对路面进行喷水，尤其是在热天的时候喷水的次数和数量都有增加，

我们曾对七里河区进行一些走访和调研，该区的洒水降尘工作一般是从早上7 点开始，晚上23 点结束，几乎是每40～60就需要对路面洒水1 次，由此推断出全市一天要用水1 万方水一般天气晴朗的情况下，7 时～10 时的时间段，洒水车路面干燥需要90 分钟，而在11 时～17 时，只需要20 分钟，路面就干燥，17 时～23 时路面完全干燥需要60 分钟左右。兰州每年的降水量平均达到360mm，采用沥青设计技术对建筑路面，抑尘洒水的用水量已经超过了路面设计的承受量，每一次洒水都相当于0.5mm 降水，长时间水泡，加之汽车碾压，会造成路面大面积裂缝，这就给市政道路的维修增加了成本。通过上述数据，可以看出，洒水降尘的方法并没有产生明显的抑尘效果，同时还造成了巨大的水资源浪费，还影响了道路的使用寿命。同时，在冬季还会增加交通事故发生的几率，给人们出行带来不好的影响。

2.2 喷嘴结构对比

现有洒水车一般采用的是鸭嘴型喷嘴、前冲喷头、雾状喷头。

扇形鸭嘴喷嘴的中间部位有一些突出来的形状，末端是扁平的结构，因为抗压性强，使得它可以在高压水流中作业，因为鸭嘴喷嘴口扁平又大的原因，所以它喷射出去的水流面积大。洒水车的两侧装配有两个大小相同的扇形鸭嘴喷嘴，因为洒水车每日所喷洒的水都很多，水的冲击力很大，才能把水喷射的更远，在由车体控制水流的压力，压力越大喷射的范围越大距离越远。但是，鸭嘴型喷嘴在喷洒道路固化材料时，不能达到有效覆盖。在传统洒水作业中，由于洒水强度大，洒水位置高，喷出的水对来往的汽车及行人造成一定的不良影响，若降低扇形喷嘴的高度，喷洒的距离将受到影响。同时，一旦中途停车，高冲击力大流量出口往往不能及时停止作业，仍有大量液体流出，造成浪费[2]。

前冲喷头实际是一种柱状喷头，喷出的水柱压力大，冲击力强，用来吹扫路面上的垃圾，减少环卫工人的劳动强度。但是，水柱压力过大，容易将道路固化材料已经在路面上形成的覆盖膜破坏，降低固化材料的使用周期及抑尘效果。

雾化喷头，是将有压水流通过喷头喷射到空中，呈雾状散落在路面上，可以有效的降低空气中的浮尘，但是由于雾状颗粒小，容易受到环境的影响，四处飘散。喷洒道路固化材料时，车速较快或风力较强时，会使喷出的液体四处飞散，不能实现有效路面全覆盖。同时，雾化喷头的孔眼较小，固化材料具有一定的粘结性，容易堵塞孔眼。

对现有洒水车所使用的喷头经过对比后，我们发现，现有洒水车不能有效适用于道路固化材料的喷洒，需要开发一种城市道路扬尘固化材料新产品的快速喷洒设备，提高系统集成化水平，减少作业和实施环节，减少路面喷洒作业对交通的影响，实现高效快捷的作业方式。新设备的主要核心还是喷嘴，需要一种可以快速高效喷洒，满足全覆盖要求的喷嘴。

扇形喷嘴是一种喷雾形状为多种角度的扇形的喷嘴。扇形喷雾形式，喷雾形状边沿界定十分清楚，精细工艺加工的导流平面提供了均匀的、高冲击力的喷雾形状。

标准扇形喷嘴是能产生高冲击力的液柱流或扇形喷雾、喷流角一般在45-135°之间。这种喷嘴产生的喷雾分布均匀，液滴大小为小到中等。当需要若干个喷嘴产生重叠喷雾时，具有特色的逐渐变细的喷雾边使喷雾覆盖区分布均匀。

特殊定制的扇形喷嘴要求角度在5～15°之间，喷嘴角度小，可以在较小的水流冲击力下喷射较大的距离。同时，可以达到有效的喷洒量。在距路面150～200mm 的高度，布置同一水平面多个扇形喷嘴，可以有效减少对车辆的污染，形成重叠喷洒，均匀覆盖作业区域。

2.3 合理性分析

道路固化材料的喷洒是在现有洒水车的基础上进行改装，通过特定的喷嘴进行喷洒，达到全覆盖道路路面的要求。喷嘴的选用须按照喷洒量、喷洒角、喷洒高度、喷洒距离进行比选。

2.3.1 喷洒量

喷洒道路固化材料应有一定的施工效率，在一定的时间内按单位面积喷洒量喷洒一定的宽度。道路固化材料是高分子化合材料，具有粘结性，因此作业时间一般设定在凌晨2 点至5点，作业区域大，作业时间短，这就要求在满足单位面积喷洒量的同时，尽可能的提高施工作业效率。

施工效率=作业面积/作业时间

作业面积=喷洒幅宽*行驶距离

作业时间=行驶距离/车速

从以上三个公式可以看出，施工效率=喷洒幅宽*车速，在车速匀速的情况下，喷洒幅宽越大，施工效率越高。

2.3.2 喷洒角度

一般来说，喷洒角度越大，喷洒幅宽越大。但是，道路固化材料的喷洒作业场所主要是城市道路，道路存在不同的宽度。道路宽时，大角度喷洒效果卓越，道路窄时，大角度喷洒会将固化材料喷向人行道，甚至周围的建筑上，造成固化材料的浪费，以及污染道路周边环境。因此，喷洒角度应可调，根据不同的道路宽度，开启不同的阀门，控制喷洒角度。

2.3.3 受喷洒高度的影响

道路固化材料具有一定的粘结性，为了减少对过往车辆的影响，将作业时间调整到凌晨，但仍会有个别的车辆经过作业区域。对于这些车辆，我们将喷头设置在距地150-200mm 的高度上，大大减少了对车辆的影响[3]。

2.3.4 喷洒距离

按照施工效率=喷洒幅宽*车速的公式，在车速匀速的情况下，喷洒幅宽越大，施工效率越高。喷洒距离越远，幅宽也就越大。一般来说，洒水车是通过加大油门，来联动喷洒泵，从而提高出水压力，达到高扬程，远距离的喷洒效果。但是，这样不是常态动作，经常这样，对车辆、对泵、管道都有一定的超压影响，时间久了，会管道变形，连接口泄露。正常的使用状态，应该是油门匀速，喷洒泵平稳运行。这时的喷洒距离才是稳定数值。在平稳的出口压力下，选取合适的喷头。

表1 不同类型喷嘴的情况

同管径相连的喷嘴，喷洒量大小为鸭嘴＞扇形＞雾化＞前冲；散射角度大小为鸭嘴＞雾化＞扇形＞前冲；喷嘴受高度影响而导致喷洒距离缩减的程度为鸭嘴＞雾化＞扇形＞前冲；匀速，同等压力情况下，喷洒距离为前冲＞扇形＞鸭嘴＞雾化。所以，从施工效率分析，扇形喷嘴的效果要优于其他喷嘴。

3 结论

道路固化材料喷洒专用喷嘴的设计对传统洒水车进行了技术革新，操纵非常简单，仅通过在驾驶室内置控制系统按钮操作即可实现水泵的启动、运转、喷洒、关停，并且可以自由控制水泵流量及压力，无需受制于挡位及发动机的转速。可实现精确喷洒，罐体、管道加热保温，在喷洒过程中不受起步、驻车、换挡、倒车等影响，规避了传统洒水车的技术缺陷。解决了非专用设备喷洒不均匀，无法适用各种气候环境及路面状况的缺点。从而达到节约水资源、降低综合喷洒成本的优点。

总而言之，特制的扇形喷嘴通过不同形式的组织，可以运用在不同地区，不同路面喷洒固化材料，提高施工作业效率，减少浪费损失，为城市扬尘控制技术提供技术及装备支撑，为城市道路扬尘治理提供一种廉价高效和作用时间长的方法，以改变我国城市道路扬尘治理以洒水为主的现状，从而避免长时间大面积洒水而造成的淡水资源浪费和道路损害，为绿色生态环境发展、社会进步做出积极的贡献。