沥青路面运营期间养护能耗与排放量化分析

熊分清

摘要：本文通过我国沥青路面能耗与排放量现状与沥青路面施工工艺，分析公路沥青路面与养护节能减排影响因素，最后，给减少我国沥青路面养护能耗与排放量一些建议，为我国沥青路面的能耗与排放量提供借鉴资料。

关键词：沥青路面；运营期间；养护能耗；排放量化

中图分类号：U416.217 文献标识码： A

依据沥青路面施工工艺流程，详细分析了沥青路面施工过程节能减排影响因素。研究结果表明，在沥青路面施工过程中，各种施工机械是沥青路面建设主要的能耗与排放源;沥青混合料自身亦排放部分气体，且与混合料的加热温度密切相关。

一、我国沥青路面能耗与排放量现状

在目前资源与环境问题日益突出的国际背景下，沥青路面运营养护引起的高能耗以及温室气体、有害烟尘排放等问题引起国内外的广泛关注。但是目前国内对于沥青路面能耗与排放多采用定性分析，缺乏量化分析与评价体系，无法明确节能减排效果和生态效益，这在一定程度上阻碍了沥青路面节能减排的技术推广和应用。因此，建立沥青路面运营期间能耗与排放的量化分析体系有助于全面了解我国公路建设过程中能耗水平、施工用能模式，从而力求达到资源消耗最小化、排放最小化，实现公路行业的可持续性发展。

二、分析沥青路面与养护节能减排影响因素

沥青路面施工需先将各种集料、沥青经拌和楼进行加热后拌和，然后将质量合格的沥青混合料采用自卸汽车运到现场摊铺、碾压成型。这个施工过程将会产生多方面的能耗。

（一）各种施工机械设备

包括沥青混合料拌和设备、运输汽车、摊铺机及各种压路机等。

（二）原材料及混合料加热温度

沥青混合料自身亦排放部分气体，且与混合料加热温度密切相关，温拌比热拌显著节约能源，节能比率20%以上，减少有害气体排放80%。

（三）施工工序

施工设备耗油量与机械运行时间基本呈线性关系，安排有序、连续、紧凑的施工工艺能降低能耗与减少气体排放。

1、能耗影响因素分析

沥青路面施工过程能耗和排放源见表1：

表1

2、拌和

沥青混合料拌和楼是拌和阶段主要的能耗与排放源。沥青拌和设备的能耗主要用于三个方而:冷骨料的加热烘干，沥青、重油、管路、阀门等的加热保温，电机的驱动。除此之外，研究表明集料的加热温度对能耗与排放也有很大影响。

3、集料加热温度对能耗的影响

参照沥青混合料拌和过程的一般情况，有关能量计算所用的参数见表2：

表2

3.1集料和水分

根据沥青混合料拌和应用的季节和拌和厂料棚搭建的实际情况，集料(包括其中所含的水分)加热前温度统一取为25℃，集料的比热容取为920J/(kg.K)。计算过程中集料的含水量为4%，综合考虑到水分蒸发吸热以及水蒸汽散失带走热量的情况，其所消耗的能量按该水分在130℃时全部蒸发出去计算，并统一选取水的比热容为4190J/(kg.K)。

3.2加热过程参数的选择

拌和楼加热过程中所用燃料选定为柴油并且燃烧效率可达90%,柴油的发热量为42.5X106J/kg，滚筒的热交换率选为60%。

3.3油石比

各类混合料的油石比按5%计算。对热拌沥青混合料和温拌沥青混合料集料加热过程所需燃油量进行计算。热拌沥青混合料出料温度为1500C，这种情况下热拌沥青混合料集料需要加热到1750C，根据以上参数可计算出热拌沥青混合料和温拌沥青混合料加热集料所需要的燃油量，结果见表3：

表3

从表3可以看出，加热集料到135℃比加热集料到175℃可节约燃油1.52kg，节能比率23.6%。

4、养护材料及机械能耗与排放的确定

4.1沥青生产过程的能耗及排放

沥青胶结料主要为石油沥青(基质沥青)和聚合物改性沥青。石油沥青是石油通过多种蒸馏工艺后得到的残留物，或残留物进一步氧化得到的产品，而改性沥青则是在石油沥青中添加一定数量的高分子聚合物，并通过高温剪切搅拌使两者混合均匀而制成的产品。由于二者的生产工艺有很大的不同，其生产过程能耗与排放也有较大的差异。本文分析的沥青路面薄层罩面技术，主要使用的为石油沥青。

4.2沥青混合料生产过程的能耗与排放

沥青混合料生产过程中能耗主要为液体燃料消耗以及电力消耗。《公路工程机械臺班费用定额》规定了拌和设备每一机械台班的液体燃料及电力消耗量，如表4所示：

表4

需要说明的是，根据相关调查，燃料类型对固体颗粒物排放影响较小，而对气态污染物排放影响较大，因此，固体颗粒物排放因子未考虑不同燃料类型的影响，针对我国燃油设备的使用现状，采用相应的气态污染物排放因子。

四、减少我国沥青路面养护能耗与排放量的建议

减少我国沥青路面养护能耗与排放量首先要做好预防性养护，对路面病害做到早发现、早处理，在病害处理过程中打破传统，多采用新技术、新材料、新设备，从而更有效的做到节能减排。

（一）加强温拌技术

沥青混合料温拌技术，因具有节能减排、绿色环保等优点，受到国内外公路界的广泛关注。其中泡沫沥青温拌法效果较好，该技术是在正常热拌沥青混合料生产过程中，在高温沥青中添加一定比例的水，使沥青急剧汽化，体积迅速膨胀，生成泡沫沥青，沥青是以泡沫沥青的形式喷入拌缸与集料拌和成沥青混合料。泡沫沥青比沥青粘度低，但和易性增加，可以在较低的温度下充分裹覆集料，降低沥青混合料的拌和温度，实现泡沫沥青温拌混合料生产。通过两种不同型号的沥青混合料AC-20型250%RAP再生沥青混合料和AG-13型SBS改性沥青混合料，进行两种不同拌和技术的对比，即泡沫沥青温拌技术和普通热拌技术，结果如表5所示：

表5

从表5就可以看出泡沫沥青温拌的优势主要体现在:相比于普通热拌沥青而言，泡沫温拌沥青可以有效的降低拌和温度，比普通沥青的拌和温度低25^30℃左右，从而可以有效的降低生产过程中的能源消耗，节能率可以达到33%左右。降低了施工成本，同时也提高了生产效率，减轻了沥青的老化程度提高了沥青的性能。

（二）加强再生技术

再生技术采用较多的有厂拌热再生和现场热再生，厂拌热再生是利用路面铣刨废料与新集料、沥青按一定比例加热拌和，做到废物再利用，节约能源。现场热再生技术是在现场的原路面上直接进行，首先用大功率铣刨机对旧路面进行预热、铣刨、破碎，然后加入新集料、水(或者乳化沥青)等，用拌和机在现场原地拌和，最后碾压成型。该技术工序简单、生产成本低，对设施要求也不高，但由于再生路面的质量很难控制，该技术主要是应用于低等级的道路或路面基层使用。

（三）加强微表处技术

微表处技术是将聚合物改性乳化沥青、集料、矿粉、水和添加剂按一定比例拌和后迅速摊铺到路面上，并且以薄层工艺为主的冷拌混合料的一种预防性养护措施，微表处技术具有更高的抗磨耗性能和抗滑性能，并可以完成对原路面的车辙修复，有更好的封层效果微表处技术有良好的封水效果，可以有效防止路面水损害的发生和发展，更好地防止路表水的下渗，从而保护路面结构，扭转路面坑槽补小胜补的被动局面，在路基路面稳定的前提下使用寿命可达5年以上，并能在施工后的lh-2h很快开放交通，减少施工对交通的影响。

总之，道路基础设施建设需要消耗大量的原材料，同时伴随着大量的能源消耗，及排放出相当多的大气污染物，对大气环境造成严重影响。在当前能源短缺和节能减排的大趋势下，研究公路建设与养护能源消耗状况、能耗影响因素及污染物排放情况，提出公路建设与养护工程节能减排措施，是当前函待解决的问题，具有重大意义。

参考文献：

[1]陈力维.沥青路面运营期间能量消耗与气体排放量化分析研究[D].长安大学,2012.

[2]陈力维.沥青路面运营期间养护能耗与排放量化分析[J].交通运输部管理干部学院学报,2013,02:12-19.

[3]杨博.沥青路面节能减排量化分析方法及评价体系研究[D].长安大学,2012.