瀝青面層施工能耗計算及其影響因素

劉亞濤++劉會琦++武民乾++王永浩??

摘要：為全面了解瀝青路面面層修筑的能耗水平，通過建立基于定額法的瀝青面層施工能耗計算方法，計算了典型路面結(jié)構(gòu)的瀝青面層施工能耗并分析了其影響因素。結(jié)果表明：在混合料的生產(chǎn)、運輸、攤鋪及碾壓等環(huán)節(jié)中，混合料生產(chǎn)過程的能耗最大；運輸能耗隨著汽車載重量的增大而降低；瀝青面層施工能耗與機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)能力密切相關(guān)，其中拌和能耗隨著拌和設(shè)備生產(chǎn)能力的提高逐漸降低。

關(guān)鍵詞：瀝青面層；施工能耗；計算方法；定額法

中圖分類號：U416.217文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0引言

瀝青路面是中國高等級公路的主要路面形式，占中國高等級公路的90%以上。瀝青路面面層修筑過程的拌和、運輸、攤鋪與碾壓均需消耗設(shè)備的燃油與電能，且排放大量的CO2等溫室氣體[13]。因此，測算瀝青面層施工過程的能源消耗并分析其影響因素，全面了解瀝青路面面層修筑的能耗水平，為路面材料的生態(tài)設(shè)計和清潔生產(chǎn)提供依據(jù)，實現(xiàn)施工工藝的低碳化設(shè)計，降低施工企業(yè)的生產(chǎn)成本，其意義顯著。

本文在對比分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)選出基于施工定額的瀝青面層施工能耗的計算方法，并分析其影響因素。

1瀝青路面施工階段能耗的計算方法

根據(jù)數(shù)據(jù)來源及適用范圍的不同，可將瀝青面層施工階段的能耗（以下稱為施工能耗）計算方法分為3種，分別是理論計算法、現(xiàn)場實測法和定額法，3種方法計算能耗的流程，如圖1所示[45]。

圖1能耗計算方法流程

理論計算法是指以機(jī)械設(shè)備額定參數(shù)為基礎(chǔ)建立能耗計算方法。現(xiàn)場實測法是指通過調(diào)查瀝青面層現(xiàn)場施工的全部能耗，獲取基準(zhǔn)參數(shù)，并據(jù)此建立單位質(zhì)量瀝青混合料的能耗計算方法[6]。定額法是指以中國現(xiàn)行的《公路工程預(yù)算定額》（JTG/T B0602—2007）[7]和《公路工程機(jī)械臺班費用定額》（JTG/T B0603—2007）[8]為基礎(chǔ)，在計算出單位瀝青混合料機(jī)械臺班數(shù)之后，結(jié)合機(jī)械設(shè)備單位臺班的能源消耗參數(shù)，進(jìn)一步計算單位瀝青混合料的能耗。

綜合對比3種方法，現(xiàn)場實測法體現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備運行的實際情況，調(diào)查計算結(jié)果精確，更接近實際情況，但現(xiàn)場實際情況復(fù)雜難以全面調(diào)查[9]；理論計算法與現(xiàn)場實測法正好相反，是根據(jù)機(jī)械設(shè)備的額定參數(shù)進(jìn)行計算，但當(dāng)設(shè)備的生產(chǎn)功率、設(shè)備老化情況、單耗或綜合油耗等發(fā)生變化時，能耗計算結(jié)果會發(fā)生變化[10]；定額法由于通過多年計算與分析，結(jié)合當(dāng)?shù)貧v史經(jīng)驗，考慮到了施工機(jī)械、施工地區(qū)及混合料類型的差異性，具有可靠度高、可行性好的特點。綜上，本文采用定額法計算瀝青路面面層的施工能耗。

2瀝青路面面層施工能耗的計算方法

瀝青路面面層施工能耗，主要包括瀝青混合料的生產(chǎn)、運輸、攤鋪及碾壓的能源消耗，以重油、柴油等液體燃料消耗以及電力消耗為主。本文以細(xì)粒式瀝青混合料為例，詳細(xì)說明定額法的計算過程。

2.1瀝青混合料生產(chǎn)能耗

通過預(yù)算定額確定生產(chǎn) 1 000 m3細(xì)粒式瀝青混合料所需的機(jī)械臺班數(shù)量，機(jī)械臺班費用規(guī)定了每一機(jī)械臺班的液體燃料及電力消耗量，由此可計算生產(chǎn)1 000 m3細(xì)粒式瀝青混合料所需的液體燃料和電力消耗量，結(jié)果如表1～3所示。按照不同能源的熱值，計算生產(chǎn)1 000 m3細(xì)粒式瀝青混合料的總能耗，結(jié)果如表4所示。

2.2瀝青混合料運輸能耗

預(yù)算定額確定了運輸 1 000 m3細(xì)粒式瀝青混合料所需要的運輸車輛臺班數(shù)，機(jī)械臺班費用定額規(guī)定了每一運輸車輛每臺班的柴油消耗量，由此可計算瀝青混合料運輸?shù)哪芎模Y(jié)果如表5所示。

2.3瀝青面層攤鋪能耗預(yù)算定額確定了攤鋪1 000 m3細(xì)粒式瀝青混合料所需要的攤鋪機(jī)械臺班數(shù)，機(jī)械臺班費用定額給出了每一攤鋪機(jī)械臺班的燃料消耗量，由此則可以計算攤鋪1 000 m3細(xì)粒式瀝青混合料的能耗，結(jié)果見表6、7所示。

2.4瀝青路面碾壓能耗

預(yù)算定額確定了碾壓1 000 m3細(xì)粒式瀝青混合料所需要的碾壓臺班數(shù)量，機(jī)械臺班費用定額給出了每一碾壓機(jī)械臺班的燃料消耗量，由此則可以計算碾壓1 000 m3細(xì)粒式瀝青混合料的總能耗，結(jié)果見表8。

3典型結(jié)構(gòu)瀝青面層施工能耗計算與影響因素分析

3.1瀝青路面工程項目簡介

某高速公路全長20 km，雙向四車道，路面寬為28 m，其中車道寬15 m、中央分隔帶3 m、兩側(cè)路緣帶15 m、硬路肩70 m、土路肩15 m，瀝青面層所需材料數(shù)量如表9所示。上面層采用改性瀝青細(xì)粒式瀝青混凝土AC13，中面層為基質(zhì)瀝青中粒式瀝青混凝土AC20，下面層為基質(zhì)瀝青粗粒式瀝青混凝土AC25。

3.2瀝青面層施工能耗計算與分析

瀝青混合料生產(chǎn)設(shè)備為西筑4000型拌和樓，額定生產(chǎn)能力為320 t·h-1。根據(jù)基于施工定額的瀝青面層施工能耗的計算方法，進(jìn)一步計算出上、中、下面層瀝青混合料的生產(chǎn)總能耗，結(jié)果如表10所示。

拌和樓生產(chǎn)能力為320 t·h-1，使用2臺型號為LT6000型攤鋪機(jī)。根據(jù)攤鋪能耗的計算方法，可計算該工程的攤鋪能耗，結(jié)果如表12所示。

基于施工定額的瀝青面層施工能耗匯總結(jié)果見圖2。由圖2可知，在混合料生產(chǎn)、運輸、攤鋪及碾壓4個環(huán)節(jié)中，能耗最大的為混合料生產(chǎn)環(huán)節(jié)，占總能耗的88.4%；其次為混合料運輸環(huán)節(jié)，占總能耗的58%；碾壓環(huán)節(jié)占44%，攤鋪環(huán)節(jié)占44%。

3.3瀝青面層施工能耗的影響因素分析

基于定額法的計算結(jié)果可得生產(chǎn)1 000 m3細(xì)粒式瀝青混合料的總能耗，如圖3所示?？梢?，拌和設(shè)備的生產(chǎn)能力越高，意味著生產(chǎn)效率也越高，生產(chǎn)單位瀝青混合料的能耗也越低，生產(chǎn)能力為320 t·h-1的拌和設(shè)備比30 t·h-1的能耗降低了17.8%。

1 000 m3瀝青混合料的運輸油耗如圖4所示。由結(jié)果可知，單位質(zhì)量混合料的運輸總能耗隨著運距的增加產(chǎn)生線性增加；隨著汽車載重量的增大，汽車空返次數(shù)減少，總能耗也隨之降低，載重20 t的運輸總能耗是載重10 t的70%左右。

當(dāng)拌和設(shè)備生產(chǎn)能力提高時，為適應(yīng)生產(chǎn)效率，必須配備更大型的攤鋪碾壓設(shè)備與之配套。生產(chǎn)效率的逐漸提高，使得單位質(zhì)量瀝青混合料的攤鋪與碾壓能耗降低，如圖5、6所示。

4結(jié)語

（1）通過對比理論計算法、現(xiàn)場實測法與定額法的優(yōu)缺點，因定額法具有適用性廣、可靠度高等優(yōu)點，推薦采用定額法計算瀝青面層的施工能耗。

（2）計算了典型路面結(jié)構(gòu)的瀝青面層施工能耗，發(fā)現(xiàn)在混合料生產(chǎn)、運輸、攤鋪及碾壓4個過程中，混合料生產(chǎn)過程能耗最大，占總能耗的88.4%，其他3個過程僅占11.6%。

（3）瀝青面層施工能耗與機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)能力密切相關(guān)，拌和能耗隨著拌和設(shè)備生產(chǎn)能力的提高逐漸降低；拌和設(shè)備生產(chǎn)能力提高時，為適應(yīng)生產(chǎn)效率，必須配備更大型的攤鋪與碾壓設(shè)備，使得攤鋪與碾壓能耗隨之降低；運輸能耗隨著汽車載重量的增大而降低。

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