基于常溫瀝青鋪筑技術的節(jié)能減排效果評價

孫玉花 屈磊 郭朝陽

（1.新疆生產(chǎn)建設兵團公路養(yǎng)護中心，新疆 烏魯木齊 830002；2.新疆生產(chǎn)建設兵團公路科學技術研究所，新疆 烏魯木齊 830002）

一、引言

截至2019年末，全國公路總里程501.25萬公里，瀝青路面鋪筑方式大多采用熱拌熱鋪方式。傳統(tǒng)熱拌熱鋪瀝青路面施工溫度高(160℃～180℃)，生產(chǎn)能耗大、再生利用率低、不宜冬季施工和遠距離施工。根據(jù)國內學者彭波等研究表明，集料加熱、瀝青加熱和混合料拌合環(huán)節(jié)的能耗碳排放分別占熱拌瀝青混合料能耗碳排放總量的65.62%、15.3%和12.22%；碾壓、攤鋪環(huán)節(jié)的高溫揮發(fā)碳排放分別占瀝青混合料高溫揮發(fā)碳排放總量的91.56%和7.02%。

與常規(guī)瀝青混合料的主要區(qū)別在于：“常溫”主要相對于熱拌、溫拌、冷拌而言，其瀝青混合料拌和溫度低于普通的熱拌、溫拌瀝青混合料，瀝青結合料需要在90℃～100℃進行拌和，但攤鋪、碾壓溫度又與一般的冷拌材料相當，可以在10℃～-40℃范圍內進行攤鋪和碾壓，可大大減少瀝青混合料在拌和、攤鋪、及碾壓過程中能源消耗和有害氣體排放。

二、常溫混合料鋪筑技術特點

針對我國不同地區(qū)道路狀況、氣候、材料特點及各級公路瀝青路面使用需求，項目組創(chuàng)建了適用于不同工況的常溫瀝青路面全套施工技術體系。

1.超薄罩面技術。該技術解決了瀝青面層銑刨和罩面時最小厚度不能低于2cm厚度、普通攤鋪機不能攤鋪超薄罩面層的技術難題。通過該技術可實現(xiàn)攤鋪厚度達1cm；且攤鋪、碾壓溫度降低到40℃～90℃；施工過程即鋪即通，方便快捷；通過檢測，耐久性、抗裂性和舒適性優(yōu)于微表處等常規(guī)預養(yǎng)護技術。

2.大摻量舊料再生技術。該技術突破了現(xiàn)行規(guī)范再生料摻加比例不能大于30%的規(guī)定，實現(xiàn)了舊瀝青混合料大摻量常溫再生，再生率最高可達到80%。通過檢測，再生料常溫拌和后，溫度降低到80℃～130℃，避免舊瀝青混合料二次加熱老化。鋪筑后再生料高溫性能優(yōu)越，低溫、抗疲勞開裂性能與新拌混合料相當。

3.低溫可儲施工技術。該技術在密封常溫條件下，存儲時間達6個月，而同類乳化類冷補料需在20℃左右保存，存放期只有3天～7天；該技術3天后即可形成強度，而同類柴油型溶劑類冷補料需要1個月～3個月后柴油完全揮發(fā)之后強度才逐漸形成。常溫混合料鋪筑技術特點與常規(guī)瀝青混合料在拌和攤鋪過程中的對比如表1所示。

表1 常溫與常規(guī)瀝青混合料在拌和攤鋪過程中的對比

表2 常溫與常規(guī)瀝青混合料鋪筑1km路面能源消耗量表

三、節(jié)能減排評估方法

本次節(jié)能減排的評估包括常溫混合料、常規(guī)混合料的對比分析，技術方面包括超薄罩面、大摻量舊料再生、低溫可儲施工技術節(jié)能減排效果對比分析。節(jié)能減排的評估范圍包括集料供料、集料加熱、瀝青加熱和混合料拌和等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，混合料的運輸環(huán)節(jié)，混合料的鋪裝、碾壓等施工環(huán)節(jié)的全流程評估。

本次評價節(jié)能減排評價指標：節(jié)能指標選取噸標準煤。將消耗的柴油、天然氣、電力等換算成標準煤。減排指標：溫室氣體排放CO2，SO2、NOx、有機物材料、可溶性苯等。

選取的依托試驗路段位于新疆五家渠市檢羊線，三級公路，A路段采用常溫瀝青混合料進行鋪筑，鋪筑里程1km、7.5m寬、4cm厚常溫路面,AC13上面層，毛體積密度2.4，油石比5%，常溫改性劑:瀝青=1:10。B路段采用常規(guī)瀝青混合料進行鋪筑，鋪筑里程1km、7.5m寬、4cm厚常規(guī)路面,AC13上面層，油石比5.2%，毛體積密度2.4。常溫與常規(guī)瀝青混合料鋪筑1km路面能源消耗量如表2所示。

四、節(jié)能減排效果評價

根據(jù)各瀝青混合料及不同技術的能源消耗數(shù)據(jù)，按照柴油密度0.84kg/L和天然氣密度0.7174kg/Nm3折算，以及《綜合能耗計算通則》和《企業(yè)節(jié)能量計算方法》中的折標系數(shù)計算能源消耗量。

表3 常溫、常規(guī)混合料能源消費量

表4 常溫、常規(guī)混合料能源消費量對比

（一）常溫、常規(guī)混合料節(jié)能對比

綜上，使用常溫瀝青混合料鋪筑1km瀝青路面可比熱拌瀝青混合料節(jié)約能源消耗3.6t標準煤，約節(jié)能36.57%，可比溫拌瀝青混合料節(jié)約能源消耗1.82t標準煤，約節(jié)能22.60%。

（二）各類技術對比

各類低溫施工、薄層罩面、溫再生、冷補4種技術的不同混合料的能源消費量計算方法同上。并對同樣鋪筑1km、7.5米寬的雙車道路面，不同混合料之間的能源消耗數(shù)據(jù)進行了對比。具體數(shù)據(jù)如表3～表7所示。

表5 常溫及同類薄層罩面技術能源消費量對比

表6 常溫及常規(guī)舊料再生技術能源消費量對比

表7 常溫及同類低溫施工技術能源消費量對比

五、減排效果評價

（一）溫室氣體排放

根據(jù)表6、表7各瀝青混合料及不同技術的能源消耗數(shù)據(jù)，按照柴油密度0.84kg/L和天然氣密度0.7174kg/Nm3折算，以及《工業(yè)其他行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南》的要求和最新的2015年全國電網(wǎng)平均排放因子0.6101tCO2/MWh計算。

1. 常溫與常規(guī)混合料鋪筑對比

常溫混合料技術鋪筑后的溫室氣體排放量計算過程及結果如表8～表10所示。

常規(guī)混合料的排放量計算如表11～表13所示。

常溫、常規(guī)混合料排放量對比如表14所示。

綜上，使用常溫瀝青混合料鋪筑1km瀝青路面可比熱拌瀝青混合料減少溫室氣體排放5.84 tCO2e，約減少33.88%，可比溫拌瀝青混合料減少溫室氣體排放2.96tCO2e，約減少20.61%。

2. 常溫與常規(guī)混合料不同鋪筑技術節(jié)能減排效果對比

常溫與常規(guī)薄層罩面、溫再生、低溫施工3種技術的不同混合料的溫室氣體排放量計算方法同上。并對同樣鋪筑1km、7.5m寬的雙車道路面，不同混合料之間的溫室氣體排放量數(shù)據(jù)進行了對比。

（二）有害物質排放

傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料生產(chǎn)、拌和鋪筑過程中會產(chǎn)生大量的有害氣體及煙塵，污染環(huán)境。項目組通過現(xiàn)場調研發(fā)現(xiàn)使用常溫瀝青混合料大幅減少了有害氣體和煙塵的排放，比熱拌混合料具有明顯的減排效果。

表8 常溫化石燃料燃燒排放量計算

表9 常溫生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用電力排放量計算

表10 常溫各個階段排放總量匯總

表11 常規(guī)化石燃料燃燒排放量計算

表12 常規(guī)生產(chǎn)環(huán)節(jié)凈購入使用電力排放量計算

表13 常規(guī)各個階段排放總量匯總

表14 常溫、常規(guī)混合料排放量對比

表15 常溫及常規(guī)薄層罩面技術排放量對比

表16 常溫及同類低溫施工技術排放量對比

表17 常溫及常規(guī)舊料再生技術排放量對比

參考美國聯(lián)邦公路局對水性溫拌材料的排放測試結果及國內研究《溫拌瀝青混合料技術及最新研究》《溫拌瀝青混合料施工關鍵技術研究》結果，選取其中最保守的分析，當降溫在40℃左右時，可減少SO2排放約45%、NOx排放60%、有機物材料排放41%，可溶性苯的排放量達到檢測規(guī)定值以下。常溫瀝青混合料具有比溫拌材料更低的拌和及鋪筑溫度，比熱拌可降溫60℃～90℃，有害氣體及煙塵最高可減少50%，有害物質的排放效果更顯著。

六、結語

綜上所述，能源消耗、碳及有害物質排放主要集中在瀝青混合料加熱、拌和、碾壓、攤鋪階段，常溫瀝青混合料鋪筑技術具有顯著的節(jié)能減排效果，主要在于常溫瀝青混合料成套施工技術在拌和、攤鋪過程中加熱、拌和、鋪筑溫度比常規(guī)瀝青混合料低，在鋪筑完畢運營后常溫與常規(guī)瀝青混合料節(jié)能減排效果無明顯差別。

節(jié)能方面，使用常溫瀝青混合料鋪筑1km瀝青路面可比熱拌瀝青混合料節(jié)約能源消耗3.59t標準煤，約節(jié)能36.57%，可比溫拌瀝青混合料節(jié)約能源消耗1.82t標準煤，約節(jié)能22.60%。在3種應用技術中，各類低溫施工、薄層罩面和溫再生技術下使用常溫瀝青混合料均比同類常規(guī)瀝青混合料節(jié)能，節(jié)約能源消耗分別為5.50、1.76、3.62t標準煤/公里。

減少溫室氣體排放方面，使用常溫瀝青混合料鋪筑1km瀝青路面可比熱拌瀝青混合料減少溫室氣體排放5.84 tCO2e，約減少33.88%。在3種應用技術中，除改性冷補技術外，各類低溫施工、薄層罩面和再生技術下使用常溫瀝青混合料均比同類常規(guī)瀝青混合料溫室氣體排放要少，分別為9.51、2.87、5.82tCO2e/公里。

以常溫改性混合料為核心的瀝青路面建設成套技術，解決了瀝青路面施工溫度高、能耗大、材料循環(huán)利用率低、養(yǎng)護效益低的難題，引領瀝青路面建養(yǎng)向低碳環(huán)保節(jié)能方向發(fā)展。