基于LCA的再生骨料瀝青混合料環(huán)境效應(yīng)分析

雷 斌，余林杰，張 冬，劉仁德

(1.南昌大學(xué)工程建設(shè)學(xué)院，江西 南昌 330031；2.中鐵水利水電規(guī)劃設(shè)計集團有限公司，江西 南昌 330029)

1 概述

目前，國內(nèi)外學(xué)者采用生命周期分析(LCA)理論對于骨料再生技術(shù)以及節(jié)能減排量化分析進行了大量研究。生命周期評價的思想源于20世紀60年代，美國可口可樂公司首次針對不同容積的飲料包裝進行了系統(tǒng)的環(huán)境效益分析[1]。Balaguera等[2]基于LCA理論進行路面工程建設(shè)期研究，提出道路建設(shè)的環(huán)境影響分析應(yīng)考慮技術(shù)可行性、經(jīng)濟成本和環(huán)境影響等因素。Chowdhury Raja等[3]將能耗與碳排放量作為可持續(xù)路面的兩個環(huán)境評價指標(biāo)，采用生命周期評估(LCA)方法與生命周期成本分析(LCCA)方法進行路用建筑材料的環(huán)境影響研究。Huang[4]利用微觀仿真軟件VISSIM對正常狀態(tài)和路面維修狀態(tài)下的交通流量進行模擬，基于LCA理論開發(fā)瀝青混凝土路面生命周期評價模型(EnvPro軟件)，以CO、CO2、NOx等排放量和燃料消耗量為輸出清單，探究路面翻修時由于交通擁堵引起的環(huán)境影響。Chen等人[5]僅考慮來自不同階段的直接能源消耗產(chǎn)生的溫室氣體排放與能源損耗，忽略由于路面工程施工過程中人工、機械等間接能源損耗所產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)影響，從時間角度采用生命周期評估的方法進行溫室氣體排放分析。Wang[6]通過綜合使用生命周期評估(LCA)的方法研究路面養(yǎng)護對瀝青混凝土路面在施工和使用階段所產(chǎn)生的環(huán)境影響分析，采用機動車排放模擬器(MOVES)和LTPP程序獲取相關(guān)路面粗糙程度的模型進行瀝青路面的使用階段能耗與碳排放量預(yù)測。Heidari[7]以能耗與碳排放量作為可持續(xù)路面的兩個環(huán)境評價指標(biāo)，采用LCA方法與LCCA方法對伊朗某高速公路項目進行環(huán)境效應(yīng)分析。研究過程中，將運輸行駛距離乘以1km所產(chǎn)生的能耗與排放相關(guān)值；設(shè)備工作時間乘以1小時工作相關(guān)值等方式進行材料總能量消耗計算。高放[8]LCA，將瀝青路面建設(shè)期劃分為3個階段(即材料物化階段、運輸階段、施工階段)，建立了瀝青路面工程材料建設(shè)期各個階段的能耗與碳排放計算模型，量化了瀝青路面建設(shè)期能耗清單。研究發(fā)現(xiàn)半剛性基層瀝青路面的建設(shè)期總能耗低于柔性基層瀝青路面，不同瀝青路面結(jié)構(gòu)均在運輸階段產(chǎn)生的能耗和碳排放總量最小，施工階段次之，而材料物化階段最大。石小培[9]確定了道路瀝青、水泥、鋼材及砂石料等材料的能耗參數(shù)和熱拌瀝青混合料、水泥穩(wěn)定碎石在拌合、運輸及攤鋪壓實過程中的實際能耗。研究發(fā)現(xiàn)瀝青混凝土路面的原材料物化階段能耗低于水泥混凝土路面。瀝青混凝土路面。施工階段能耗主要發(fā)生在拌合階段，而水泥混凝土路面施工階段能耗主要發(fā)生在攤鋪成型階段。綜合考慮材料物化階段和施工階段總能耗時，瀝青混凝土路面與水泥混凝土路面原材料物化階段能耗在整個生命周期中有很大比例，水泥混凝土路面占比高達95%。Almeida-Costa等[10]利用直接測量法、質(zhì)量守恒法、燃料分析法、碳排放因子法四種分析方法，探究瀝青路面(包括溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料)經(jīng)濟成本和環(huán)境影響之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)使用添加劑既能節(jié)約成本和確保路面性能，又可減少能源消耗與CO2排放量。Chen等[11]人總結(jié)國外研發(fā)的多種平臺軟件對中國道路建設(shè)期能耗與溫室氣體排放量進行總結(jié)與歸納，發(fā)現(xiàn)化石燃料消耗與電力消耗是瀝青拌合場兩種主要形式的能源消耗。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對路面再生的環(huán)境效應(yīng)進行了研究。Keijzer[12]采用研發(fā)的DuboCalc軟件對瀝青混凝土路面進行生命周期評估統(tǒng)一計算，發(fā)現(xiàn)瀝青路面再生利用具有良好的減排效果。以荷蘭國家道路為例，國家一級公路與二級公路瀝青路面再生利用可以減排37%。Rosario等[13]采用LCA理論對由再生瀝青混合料組成的熱拌瀝青路面和添加天然沸石的溫拌瀝青路面進行生命周期內(nèi)的環(huán)境效益評價分析。采用蒙特卡洛模擬的方法來考慮關(guān)鍵性輸入?yún)?shù)的可變性，將各種原材料的開采、土地資源的利用、瀝青和膠結(jié)劑運輸?shù)冗^程中產(chǎn)生的能量消耗、氣體排放和一些其他環(huán)境影響因素作為評價指標(biāo)。發(fā)現(xiàn)：添加天然沸石的溫拌瀝青路面對環(huán)境的影響基本等同于含相同再生瀝青混合料的熱拌瀝青路面。張童童等[14]基于生命周期理論，以溫拌再生瀝青路面為研究對象，將其生命周期劃分為原路面銑刨運輸、原材料生產(chǎn)運輸、混合料生產(chǎn)和混合料施工4個階段，建立能耗與碳排放評價體系。研究得知：原材料生產(chǎn)運輸及混合料生產(chǎn)的能耗占主要部分；新集料含水率提高2%，能耗增加11.42MJ，碳排放當(dāng)量增加0.89kg；舊料摻量提高10%，能耗值減少40.97MJ，碳排放當(dāng)量減少2.27kg。鄒曉勇[15]構(gòu)建了瀝青路面養(yǎng)護工程各階段(即：原材料加工、混合料生產(chǎn)、材料運輸和施工階段)的能耗與二氧化碳排放評價體系，研究得出與熱拌瀝青混合料相比，溫拌瀝青混合料減排16%，添加50%舊瀝青混合料可減排33.2%。肖建莊等[16]基于LCA理論并考慮碳化作用影響，將再生混凝土生命周期排放劃分為原材料生產(chǎn)、運輸、再生混凝土制備、建造拆除、拆除廢棄等階段，研究發(fā)現(xiàn)1m3C30再生混凝土生命周期排放量隨再生粗骨料取代率的提高而降低，當(dāng)取代率為30%、50%、70%、100%時，碳排放量分別為314.2kg、310.9kg、307.6kg、301.4kg。李志明[17]對水泥混凝土路面再生利用進行了研究，發(fā)現(xiàn)水泥混凝土再生利用可以節(jié)約能耗7.07%，碳排放量降低2.16%，具有較好的節(jié)能減排效益。

總的來說，現(xiàn)有研究主要集中在瀝青混凝土路面銑刨料回收利用和普通水泥混凝土回收利用的生命周期評價方面，對于綜合利用建筑廢棄物回收利用來生產(chǎn)再生骨料和銑刨料(RAP)制備瀝青混凝土路面的環(huán)境效益以及節(jié)能減排的效果還缺乏量化分析。以建筑垃圾再生粗骨料與再生細骨料為原料制備再生骨料瀝青混合料，并用銑刨料(RAP)取代再生骨料瀝青混合料，本文基于LCA理論研究不同RAP摻量下的瀝青混合料的能耗與碳排放。研究這種瀝青混合料生產(chǎn)過程中的各個階段所產(chǎn)生能耗和碳排放進行量化分析，并對比建筑廢棄物直接填埋與回收制備再生骨料兩種方式下的環(huán)境影響，發(fā)現(xiàn)利用再生瀝青混凝土具有顯著環(huán)境價值。

2 方法及量化分析

2.1 研究目標(biāo)與范圍

生命周期分析理論研究的第一步就是明確所研究的目標(biāo)并對其范圍進行界定。本文研究目標(biāo)是以建筑垃圾再生粗骨料與再生細骨料為骨料制備新瀝青混合料(再生骨料瀝青混合料)，并用銑刨料(RAP)取代不同摻量的再生骨料瀝青混合料，基于LCA理論,研究這種綜合利用再生骨料和RAP的瀝青混合料的能耗與碳排放。為比較不同RAP摻量情況下生產(chǎn)再生瀝青混合料對環(huán)境的影響，瀝青混合料選用AC- 13級配，并控制瀝青混合料配合比以滿足其功能要求和技術(shù)性能。將再生骨料瀝青混合料的生產(chǎn)過程分為廢棄混凝土回收利用、原材料生產(chǎn)、瀝青混合料加熱拌合3個階段。再生骨料瀝青混合料生產(chǎn)過程的環(huán)境評價流程圖，如圖1所示。

2.2 生命周期清單

2.2.1廢棄混凝土回收利用

將廢棄混凝土拆除、破碎并運輸至回收中心，經(jīng)過一系列生產(chǎn)操作流程(如：破碎、篩分)，可以制備出符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的再生骨料，從而實現(xiàn)綠色建材的循環(huán)利用。將廢棄混凝土制備成再生骨料劃分為拆除、運輸、處理3個階段，對比廢棄混凝土直接填埋處理與回收制備再生骨料兩種處理方式下的環(huán)境影響。假設(shè)功能單位為1t廢棄混凝土。章玉容提出[18]經(jīng)過二級破碎篩分和三級破碎篩分處理后的廢棄混凝土，可以得到質(zhì)量約為廢棄混凝土65%的再生粗骨料，骨料粒徑大多數(shù)分布在5～25mm，并且經(jīng)過細化處理多次分級篩分和風(fēng)力處理后，可得到粒徑為0.15～5mm的再生細骨料。萬惠文等[19]提出建筑廢棄物回收利用時，單位廢棄混凝土生產(chǎn)65%再生粗骨料，33%再生細骨料和2%細微粉；其中細微粉通常作為廢棄物運往垃圾填埋場進行填埋處理。故綜上可得廢棄混凝土處理的系統(tǒng)邊界，如圖2所示。

圖2 廢棄混凝土處理系統(tǒng)邊界

(1)拆除階段

每拆除1m2建筑面積將產(chǎn)生平均密度1800kg/m3的廢棄物0.7m3[18]。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)的住宅型拆除的能耗分別為25.7(kw·h)/m2和24.7(kw·h)/m2，碳排放為21.6kg/m3和20.9kg/m3[19- 20]，故平均拆除每噸廢棄混凝土的能耗和碳排放分別為9.80kw·h，8.26kg。

(2)運輸階段

采用10t重型柴油貨車運輸，確定單位運距的能耗與碳排放。根據(jù)龔志起[21]對西寧市廢棄混凝土回收利用的實地調(diào)查數(shù)據(jù)，假定將廢棄混凝土從拆除現(xiàn)場運送至回收中心的平均距離和將廢棄混凝土從回收中心運送至垃圾填埋場的平均距離均為10km；將廢棄混凝土從拆除現(xiàn)場直接運送到垃圾填埋場的平均距離為30km。根據(jù)重型柴油貨車在不同運輸距離及運輸重量下的能源消耗，并參考相關(guān)文獻[22- 24]中燃料能耗與碳排放系數(shù)計算可得：將1t廢棄混凝土從拆除現(xiàn)場直接運送至垃圾填埋場產(chǎn)生能耗與碳排放分別為18.18MJ、5.43kg，從拆除現(xiàn)場運輸至回收中心產(chǎn)生能耗與碳排放分別為6.06MJ、1.81kg，從回收中心運輸至填埋場產(chǎn)生能耗與碳排放分別為0.12MJ、0.04kg。

(3)處理階段

該階段僅考慮將廢棄混凝土放入破碎機械加工得到再生骨料所產(chǎn)生的能耗與碳排放，并將所有生產(chǎn)設(shè)備的能源消耗以電能形式計算。查閱文獻知，萬惠文[19]提出再生骨料生產(chǎn)過程的電能消耗和碳排放分別為15.1(kw·h)/t、3.8kg/t；龔志起等[21]通過分析再生骨料全生命周期的制備過程，更加系統(tǒng)的計算了再生骨料的能耗與碳排放，發(fā)現(xiàn)再生骨料制備階段的電能消耗和碳排放分別為24.6(kw·h)/t、28.46kg/t。對于廢棄混凝土直接填埋處理過程，龔志起[21]提出1t廢棄混凝土平均占用土地0.24m2，但在此過程并未將填埋過程中各種填埋機械造成的能耗考慮進去。章玉容[18]對此加以補充，發(fā)現(xiàn)垃圾傾倒車和填埋處理機械在填埋過程中，1t廢棄混凝土將消耗柴油26MJ和電力7.4MJ，故建筑垃圾在填埋過程能耗為33.4MJ/t。由主要能源的碳排放量[16]可知，柴油和電力的碳排放系數(shù)分別為3.178kg/L和1.195kg/(kw·h)。通過能源轉(zhuǎn)換折算系數(shù)，計算可得1t建筑廢棄物在填埋過程中造成的碳排放量為4.83kg。通過上文的清單數(shù)據(jù)與主要能源的能耗與碳排放系數(shù)轉(zhuǎn)化，計算可得廢棄混凝土在直接填埋和回收利用下的環(huán)境影響，分別見表1—2。

表1 廢棄混凝土直接填埋的環(huán)境影響

表2 廢棄混凝土回收利用制備再生骨料的環(huán)境影響

2.2.2混合料原材料生產(chǎn)

再生骨料瀝青混合料主要由瀝青、再生粗集料、再生細集料和礦粉等4種組分組成。本文取瀝青、粗集料、細集料、礦粉這4種組分為系統(tǒng)邊界進行計算，忽略不計改性劑等其他用量較少的組分。以文獻[25]熱拌AC- 13型瀝青混合料的合成配比為參考，假設(shè)廠拌熱再生瀝青混合料的最佳瀝青含量為4.7%。對銑刨料再生利用，并假設(shè)其中瀝青含量為4.3%。新瀝青用量為總瀝青用量減去銑刨料中的瀝青含量。由此計算得到不同RAP摻量下再生骨料瀝青混合料的最佳油石比，見表3。

表3 不同RAP摻量的再生骨料瀝青混合料油石比

為保證天然骨料與再生骨料系統(tǒng)邊界的一致性，將天然骨料的研究階段劃分為：采石場開采階段、運輸階段、天然骨料制備階段。參考文獻[18，20，26]，廢棄混凝土拆除階段能耗與碳排放分別為387.72MJ/t、34.90kg/t。由于對于某個特定城市而言，采石場距離市區(qū)較遠[27]，假設(shè)采用柴油貨車運輸，平均距離為300km；且柴油貨車運輸[28]的能耗與碳排放系數(shù)分別為416.795J/(km·t)、89.841g/(km·t)。計算可知，天然骨料運輸階段時，能耗和碳排放分別為125.04MJ/t、26.95kg/t。Roger等[29]提出天然骨料制備時，能耗和碳排放分別為30MJ/t、2.5kg/t，但在計算過程未詳細考慮柴油、電能等燃料的間接碳排放量，天然骨料制備階段的能耗與碳排放數(shù)值偏小。肖建莊[16]提出制備1t天然粗骨料需要消耗電能1.17kw·h，柴油0.723L。根據(jù)IPPC統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫[22]、CNMLCA建立的中國材料生命周期清單庫[23]及文獻[24]數(shù)據(jù)換算可知，電能的能耗和碳排放系數(shù)分別為3.60MJ/(kw·h)、1.195kg/(kw·h)；柴油的能耗和碳排放系數(shù)分別35.2MJ/L、3.178kg/L；故天然骨料制備階段能耗與碳排放分別為29.66MJ/t、3.70kg/t。綜上，生產(chǎn)1t天然骨料產(chǎn)生能耗和碳排放分別為542.42MJ、65.55kg。

銑刨料的能耗與碳排放參考文獻[15]，改性瀝青的能耗與碳排放參考歐洲協(xié)會數(shù)據(jù)庫[30，31]，再生粗骨料與再生細骨料的能耗與碳排放通過上文計算轉(zhuǎn)換可得，礦粉采用文獻[32]中的能耗與碳排放數(shù)據(jù)，不同RAP摻量的再生骨料瀝青混合料最佳油石比參照表3，原材料能耗和碳排放數(shù)據(jù)庫見表4。

表4 原材料的能耗和碳排放數(shù)據(jù)庫

由表3計算可得不同RAP摻量下生產(chǎn)1t再生骨料瀝青混合料的能耗和碳排放(見表5)。由表5可知，隨著RAP摻量的增加，瀝青混合料的能耗和碳排放均呈現(xiàn)遞減趨勢。當(dāng)銑刨料(RAP)摻量每提高10%，1t再生骨料瀝青混合料原材料生產(chǎn)階段的能耗和碳排放分別減少19.36MJ、4.00kg；當(dāng)銑刨料(RAP)摻量達到60%時，1t再生骨料瀝青混合料原材料生產(chǎn)階段的能耗和碳排放分別減少116.14MJ、24.00kg，能耗與碳排放的降幅分別達到29.6%、36.3%。

表5 不同RAP摻量的瀝青混合料原材料能耗和碳排放

2.2.3瀝青混合料加熱拌合

再生瀝青混合料在再生骨料上料、再生骨料加熱、拌合生產(chǎn)等過程參考我國現(xiàn)行JTG F40—2004《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[33]：高速公路和一級公路宜采用間歇式拌合機拌合，當(dāng)料源或質(zhì)量不穩(wěn)定時，不得采用連續(xù)式拌合機，故本文以間歇式拌合設(shè)備作為研究對象探究再生瀝青混合料的能耗和碳排放情況。間歇式拌合設(shè)備生產(chǎn)瀝青混合料的工藝流程主要包括骨料干燥加熱，瀝青加熱，瀝青混合料拌合共3個過程。根據(jù)瀝青混合料各個施工環(huán)節(jié)中的施工工藝、油耗及碳排放[34]，并結(jié)合柴油、重油、煤、電力的發(fā)熱量，計算可得再生瀝青混合料加熱拌合過程的能耗和碳排放，見表6。

表6 拌合過程能耗和碳排放

計算不同RAP摻量的再生瀝青混合料加熱拌合過程的能耗和碳排放變化規(guī)律，如圖3所示。由圖可知，在加熱拌合階段，隨著RAP摻量的增大，再生瀝青混合料的能耗降低，碳排放量增大。當(dāng)RAP摻量為0%時，1t再生瀝青混合料加熱拌合時的能耗與碳排放分別為290.57MJ、25.49kg；當(dāng)RAP摻量為60%時，1t再生瀝青混合料加熱拌合時的能耗與碳排放分別為284.17MJ、27.51kg；當(dāng)RAP摻量從0%增加到60%時，再生瀝青混合料加熱拌合過程中的能耗與碳排放的增大幅度分別為2.20%、7.95%，表明RAP摻量對加熱拌合過程中的能耗和碳排放影響較小。主要原因是在瀝青混合料加熱拌和時，隨著RAP摻量的增大，瀝青脫桶加熱階段與集料干燥加熱階段的能耗與碳排放均減少，而銑刨料加熱階段的能耗與碳排放均增大，但整體上銑刨料加熱階段的能耗增加量小于瀝青脫桶加熱與集料干燥加熱的能耗減少量，而銑刨料加熱階段的碳排放變化相反，且瀝青混合料拌合階段的能耗與碳排放基本保持不變。由于銑刨料的能耗與碳排放系數(shù)與瀝青干燥加熱的能耗與碳排放系數(shù)比較接近，且瀝青脫桶加熱的能耗與碳排放系數(shù)相比較小，再生瀝青混合料的瀝青含量較低，因而整體上RAP摻量對再生瀝青混合料的能耗與碳排放影響較小。

圖3 不同RAP摻量的再生瀝青混合料加熱拌合過程產(chǎn)生的能耗和碳排放

3 結(jié)果與討論

3.1 廢棄混凝土直接填埋與回收處理下的環(huán)境影響

由廢棄混凝土直接填埋處理與回收制備再生骨料下的環(huán)境影響(分別見表1和表2)對比可知，廢棄混凝土直接填埋處理時，填埋過程中能耗約為總能耗的54.42%，碳排放約為總排放量的26.08%。主要原因是相比填埋機械運行時的環(huán)境影響，重型柴油貨車運輸時，后者柴油大量燃燒造成的碳排放量略高前者，但能耗大幅度低于前者。對于廢棄混凝土回收利用制備再生骨料的能耗與碳排放均略高于直接填埋的能耗與碳排放；主要是由于制備再生骨料時，使用各種破碎機械使用過程中會產(chǎn)生能源消耗。經(jīng)計算知：1t廢棄混凝土回收制備階段會產(chǎn)生的能耗74.12MJ，碳排放18.50kg；能耗與碳排放分別占據(jù)其生命周期的77.56%、64.44%。雖然1t廢棄混凝土回收制備再生骨料是直接填埋處理方式下產(chǎn)生的總能耗與總碳排放的1.21倍、1.55倍，但將一部分廢棄混凝土回收制備成再生骨料，體現(xiàn)了建筑資源的可再生利用，并降低了97%的土地資源浪費。

為將能耗、碳排放及土地占用3種不同環(huán)境影響進行統(tǒng)一度量，本文特引入貨幣等量化的方法，對直接填埋和回收再利用造成的環(huán)境污染用經(jīng)濟損失進行評價。李小冬[35]提出碳排放單位治理成本為0.22元/kgCO2-e，能耗單位治理成本為3.79×10-3元/kgce，即0.13×10-3元/MJ。對于土地占用的單位治理成本，我國相關(guān)研究較少。根據(jù)2018年《中華人民共和國環(huán)境保護稅法》規(guī)定，每噸固體廢棄物的征收標(biāo)準(zhǔn)為：煤矸石5元；尾礦15元；危險廢物1000元；粉煤灰、冶煉渣、濾渣、其他固體廢棄物(含半固態(tài)、液態(tài)廢物)25元。孫躍東[36]通過對再生混凝土進行定量經(jīng)濟分析，提出以韓國再生骨料生產(chǎn)為例，建筑垃圾處理征收費用每噸為20～30元。Fisher等[37]通過對歐洲各國垃圾填埋稅進行調(diào)研，指出歐洲各國的平均垃圾填埋稅為10歐元/t。章玉容[18]以粉煤灰混凝土為例，參考歐洲垃圾填埋費用的收費標(biāo)準(zhǔn)，假設(shè)我國的垃圾填埋稅為70元/t?？紤]到不同地區(qū)的建筑垃圾處置費用的標(biāo)準(zhǔn)不同，本文以行業(yè)內(nèi)普遍使用的35元/t為建筑垃圾運輸及處理處置費用為計。

據(jù)測算，平均每1萬m2施工面積會產(chǎn)生550噸建筑垃圾[18]，由此假設(shè)1t建筑垃圾占用0.055m2的土地。2021年全國土地均價2535元/m2，故土地占用的成本為139.40元/t。據(jù)此計算可得廢棄混凝土不同處理方式下的環(huán)境成本，見表7。

表7 廢棄混凝土不同處理方式下的環(huán)境成本(元/t)

由表7可知，每處理1t廢棄混凝土，直接填埋的環(huán)境成本比回收利用的環(huán)境成本要高134.36元，回收再利用具有明顯的經(jīng)濟效益與環(huán)境價值。對廢棄混凝土進行環(huán)境評價時，考慮回收再利用生產(chǎn)出再生粗骨料與再生細骨料會產(chǎn)生環(huán)境成本正效應(yīng)。參考文獻[38]和[39]，計算可知再生骨料單價為21.98元/t，故回收再利用1t廢棄混凝土可獲得再生骨料的成本正效應(yīng)為21.76元，由此1t廢棄混凝土回收再利用的環(huán)境成本為負值(-12.64元)。

3.2 考慮環(huán)境價值的瀝青混合料環(huán)境評價

不同RAP摻量下再生瀝青混合料生產(chǎn)總能耗和總碳排放的統(tǒng)計結(jié)果如圖4所示。隨著RAP摻量的增加，總能耗和總碳排放均有所降低。主要原因是使用再生骨料(包括再生粗骨料與再生細骨料)作為再生瀝青混合料的原材料，并對銑刨料進行再生利用具有顯著的環(huán)境價值，隨著RAP摻量的增大，再生瀝青混合料的降能減排效果越顯著。由圖4可知，當(dāng)RAP摻量為0%時，生產(chǎn)1t再生瀝青混合料的總能耗和總碳排放分別為682.41MJ、91.54kg；此時不添加銑刨料，僅考慮全部利用再生骨料取代天然骨料，1t再生瀝青混合料可以利用1.66t建筑廢棄物，節(jié)約了683kg天然粗骨料和200kg天然細骨料，具有良好的環(huán)境效益。當(dāng)RAP摻量為30%時，生產(chǎn)1t再生瀝青混合料的總能耗和總碳排放分別為621.56MJ、80.62kg，當(dāng)RAP摻量為60%時，生產(chǎn)1t再生瀝青混合料的總能耗和總碳排放分別為559.86MJ、69.56kg，降低能耗與減少碳排放效果分別達到9.93%、24.01%。RAP摻量平均每提高10%，1t再生瀝青混合料降低能耗20.42MJ，碳排放3.66kg。隨著RAP摻量的增大，廢棄混凝土回收利用和原材料生產(chǎn)階段的能耗與碳排放從391.84MJ、66.06kg降至275.70MJ、42.05kg；能耗與碳排放的降幅分別達到29.6%、36.4%。說明相比將廢棄混凝土與銑刨料直接填埋或自然堆砌，綜合利用銑刨料與再生骨料的減排效果更加顯著，環(huán)境效應(yīng)更加明顯。

圖4 瀝青混合料各階段的能耗和碳排放占比

考慮建筑垃圾資源化的正效應(yīng)，對比將廢棄混凝土簡單填埋處理和回收利用兩種方式所帶來的環(huán)境影響，最終確定再生瀝青混合料的環(huán)境綜合影響，計算公式如下：

C=P-N

(1)

式中，C—考慮廢棄混凝土回收利用后的實際環(huán)境綜合影響；P—考慮廢棄混凝土制備再生骨料的環(huán)境正效應(yīng)；N—廢棄混凝土直接填埋處理產(chǎn)生的負效應(yīng)。

計算得到再生瀝青混合料在考慮垃圾填埋處理和回收利用情況下的環(huán)境綜合影響，如圖5所示。由圖可知，從整體趨勢上發(fā)現(xiàn)，隨著RAP摻量的增大，再生瀝青混合料的實際能耗與碳排放均有所降低。當(dāng)RAP摻量每增大10%，1t再生瀝青混合料的實際能耗與碳排放分別平均減少22.85MJ、5.53kg，實際能耗與碳排放的降幅分別達到3.64%、11.10%；當(dāng)RAP摻量達到60%時，1t再生瀝青混合料的實際能耗與碳排放分別減少137.12MJ、33.20kg，能耗與碳排放的降幅分別達到21.83%、66.61%。主要是源于隨著RAP摻量的增大，對銑刨料與再生骨料的利用效率越高，對于瀝青等天然料的依賴程度會降低，基于建筑廢棄物自然堆砌所造成的環(huán)境正負效應(yīng)考慮，再生瀝青混合料的能耗與碳排放量必然會隨著RAP摻量的增大而降低。從局部上發(fā)現(xiàn)，當(dāng)RAP摻量為10%左右時，1t再生瀝青混合料的實際減排量P與垃圾處理N比較接近，即1t再生瀝青混合料全生命周期實際碳排放為44.26kg，廢棄混凝土當(dāng)作建筑垃圾處理直接填埋處理所產(chǎn)生的碳排放為43.50kg。故當(dāng)RAP摻量大于10%時，1t再生瀝青混合料的減排能力更突出，對于銑刨料與廢棄混凝土的綜合利用率更高?？紤]垃圾處理正效應(yīng)后，再生瀝青混合料具有更加顯著的環(huán)境效益。將建筑廢棄物再生利用制備成再生骨料，這種變廢為寶的方式不僅能夠從源頭上消除其直接填埋造成的各種不利環(huán)境影響，而且制備的再生產(chǎn)品也具有良好經(jīng)濟價值，可以盡可能的減少對建筑資源的消耗，以最小的環(huán)境代價實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，符合國家提出的可持續(xù)發(fā)展的要求。

圖5 考慮垃圾填埋處理和回收利用情況下的再生瀝青混合料環(huán)境綜合影響

4 結(jié)論

本文基于LCA理論，將再生瀝青混合料的生命周期劃分廢棄混凝土回收利用、原材料生產(chǎn)、瀝青混合料加熱拌合3個階段。通過控制銑刨料(RAP)摻量(即分別為0%、10%、20%、30%、40%、50%及60%)，探究其能耗與碳排放變化，并引入貨幣等量化計算的方法，詳細對比廢棄混凝土直接填埋與回收處理兩種方式下的能耗、碳排放和土地占用3種環(huán)境影響，得到結(jié)論如下：

(1)隨著RAP摻量的提高，1t熱拌AC- 13型再生瀝青混合料總能耗與總碳排放量均逐漸降低。當(dāng)RAP摻量為0%時，即不添加銑刨料，僅考慮利用再生骨料代替天然骨料，發(fā)現(xiàn)1t再生瀝青混合料總能耗與總碳排放分別為682.41MJ、91.54kg；同時可以利用1.66t建筑廢棄物，節(jié)約683kg天然粗骨料與200kg天然細骨料。當(dāng)RAP摻量為30%時，總能耗和總碳排放分別為621.56MJ、80.62kg，當(dāng)RAP摻量為60%時，總能耗和總碳排放分別為559.86MJ、69.56kg。

(2)在保證天然骨料與再生骨料系統(tǒng)邊界一致性情況下，計算發(fā)現(xiàn)：1t廢棄混凝土直接填埋產(chǎn)生能耗61.38MJ、碳排放18.52kg、土地占用0.24m2，回收制備再生骨料產(chǎn)生能耗74.21MJ、碳排放28.71kg、土地占用0.005m2?？紤]廢棄混凝土回收制備再生骨料產(chǎn)生的環(huán)境成本正效應(yīng)時，直接填埋與回收利用的環(huán)境成本分別為143.48元/t、-12.64元/t。

(3)基于考慮廢棄混凝土直接填埋處理與回收制備骨料不同處理方式下的環(huán)境影響，計算可得：從整體趨勢上發(fā)現(xiàn)，隨著RAP摻量的增大，再生瀝青混合料的實際能耗與碳排放均顯著降低。當(dāng)RAP每增大10%，1t再生瀝青混合料的實際能耗與碳排放分別平均減少22.85MJ、5.53kg；當(dāng)RAP摻量達到60%時，1t再生瀝青混合料的實際能耗與碳排放分別為491.09MJ、16.64kg；降能與減排效果分別達到21.83%、66.61%。