路面工程不同拌和类型沥青混合料能耗研究

雷 涛 梁争锋 潼关县交通运输局，潼关 714300

沥青路面有行车舒适性高、噪音低等优点，它是我国公路和城市道路工程绝大部分采用的沥青路面结构。沥青路面的建设包括从原材料生产、混合料加热拌和到摊铺碾压等诸多过程，研究这些生产和施工过程中产生的能源消耗情况，是开展沥青路面建设节能减排技术研究的基础。本文研究了包括热拌、温拌和冷拌，三种不同拌和类型沥青混合料的生产施工全过程的能耗，分析沥青路面建设关键环节中的能耗影响因素和主要来源。

1 原料生产能耗分析

1.1 石料生产能耗分析

作为路面建设重要原材料的石料是将天然岩石开采或进行爆破，然后使用专用设备将石料进行破碎和筛选，形成不同规格的集料产品，石料生产线工艺流程如图1所示。石料生产线自动化程度高，可以对技术参数、处理能力、装机功率进行调查。石料生产过程主要采用电力驱动的机械设备，能源消耗为电能。

图1 石料生产流程

调查国内外研究数据，根据目前石料生产企业采用的设备情况，确定功能单位的石料生产过程的能耗参考值见表1。

表1 1t石料生产过程中能耗

1.2 沥青的生产能耗分析

沥青是一种由碳氢高聚物和一些非金属类衍生物组成的褐色或黑色混合物，按照生产工艺不同分为调和型沥青、溶剂型脱沥青、直馏型沥青、乳化沥青等。其中道路工程用的石油沥青主要为直馏型沥青，经过石油蒸馏后的残留物或其氧化而得到的产品，普通的生产工艺流程如图2所示。

图2 沥青的生产工艺

沥青的生产驱动方式一般为电机和液压站，需要消耗不同种类的燃料和电能，每种类型的沥青生产工艺略有差别，经调查研究国内外具有代表性的基质沥青和改性沥青的生产能耗见表2。

1.3 乳化沥青生产能耗分析

乳化沥青是将粘稠石油沥青加热到流动态，经过机械力相关作用并在乳化剂和稳定剂的作用下形成均匀稳定的乳状液体，常用做冷拌沥青混合料的结合料。乳化沥青主要的生产工序为：乳化剂水溶液的调制，沥青加热，沥青与水比例控制，乳化设备（胶体磨、高速搅拌机、匀化机），乳液成品储存，其制备工艺流程如示意图3。

表2 基质沥青与改性沥青生产能耗（kg/t）

图3 沥青乳液制备的工艺流程

乳化沥青生产过程的能源消耗主要为电能，结合我国乳化沥青生产情况和欧洲沥青协会（EBA）的统计结果，乳化沥青的生产能耗见表3。

表3 乳化沥青能耗（kg/t）

2 不同类型混合料拌和过程能耗分析

根据生产拌和工艺不同，沥青混合料拌和站可分为连续滚筒式和间歇式两大类。间歇设备生产特点是冷集料从滚筒流出后，经二次筛分装置，把不同粒径的石料累计储存后，与矿粉和热的沥青按预先配合比在拌和锅内强制拌和，成品料分批卸出。由于我国沥青混合料原料变异性大，间歇式设备在我国公路建设中占主要市场。

2.1 热拌沥青混合料（HMA）拌和阶段能耗分析

拌和过程的能耗主要用于集料加热及烘干，机械设备运转的电力消耗。间歇式混合料拌和设备的加热烘干系统燃料消耗大约占总消耗3/5，电力部分消耗占其总能耗的12%左右。沥青混合料拌和站的燃料种类主要有柴油、重油、煤炭和天然气，根据常用沥青混合料拌和站的装机功率和额定生产率可计算出混合料拌和设备生产单位质量沥青混合料的能耗，见表4。

表4 沥青混合料拌和站能耗情况

2.2 温拌沥青混合料（WMA）拌和阶段能耗分析

温拌混合料技术是较新的沥青混合料施工技术，是与许多材料技术的集成，具有拌和温度低、有害气体排放少的特点。对于液体温拌剂的添加，需要在沥青拌和设备上增加喷洒设备，但对功率的消耗影响不大，可以忽略；固体温拌剂采用直接添加的方法，注意搅拌均匀。WMA的生产拌和设备和HMA所用的设备基本相同，在集料拌和时温度低于热拌沥青混合料的30℃～40℃。

2.3 冷拌沥青混合料（CMA）拌和阶段能耗分析

CMA的结合料可采用乳化沥青、水泥乳化沥青、液体沥青等常温下为液体状态的沥青结合料，甚至使用树脂类等非沥青材料做结合料。CMA的结合料和矿料无需加热，可直接拌和，拌和温度可低至5℃以下，所以又称为常温混合料。由于冷拌混合料使用原料的特殊性，其拌和阶段不需要加热可以用拌和锅直接搅拌，或是人工拌和，其能耗可根据拌和锅功率及生产率依据定额法计算，能耗主要是电力消耗。

3 不同类型混合施工过程能耗分析

沥青混合料的施工过程通常分为运输、摊铺和压实三个阶段。HMA、WMA和CMA三种类型的沥青混合料虽然生产拌和过程不同，但是它们的施工过程的工艺流程相同，主要区别在于施工温度不同。

目前国内沥青混合料施工基本上是全机械化，尤其是混合料摊铺机的自动化程度很高，有全液压驱动、电子调控和液压振动等多种相结合，可以将混合料均匀地摊铺到基层上，并按照施工规范在材料的摊铺温度或碾压温度范围内进行初步振捣和碾压。摊铺机型号及数量的选择应与搅拌站的出料速率、运输车的工作量相匹配，实现机械化施工的高效性。依据实际施工情况，一般要求摊铺机的工作量应稍超出搅拌站正常生产能力的20%～30%，工作速度v=0.12～0.36km/h，工作方式为2台以上联合摊铺，工作面宽度一般为6～8m。

压实工艺对混合料强度形成作用重大，路面的压实过程包括初压、复压、终压三个必需环节。压路机种类很多，根据工作方式的不同分振动式、静压式、胶轮式等。在施工时，压路机有效的压实，提高在和混合料相互作用时的有用功，即有抵抗混合料的抗压实力，与压路机的类型、机械吨位、工作宽度有关。我国常见的压路机型号为：双光轮式自身质量6～8t、轮胎式自身质量12～20t、振动式自身质量6～14t。根据相关资料，选取代表压路机型号见表5。

表5 几种压路机分类和型号

碾压的速度对压实效果影响较大，为追求高效、高质的路面工程，要以慢而平稳的速度碾压，工作速度应控制在规范推荐的范围内，如表6所示。

表6 压路机工作速度（km/h）

（1）HMA压实遍数

压路机压实遍数关系到压实度的大小、面层的空隙率、抗车辙情况，一般认为压实遍数多路面性能好，但是变数过多会破坏石料的骨架。对HMA路面建议比较合理的压实次数见表7。

表7 HMA各环节压实次数

（2）WMA压实遍数

WMA在摊铺碾压时温度在80℃～90℃，使用与HMA相同的压实机械，它的压实工艺原则是紧跟、低幅、均匀、水少。一般摊铺幅度＜6m时采用2台钢轮压路机与1台胶轮压路机，宽度＞6m使用3～4台钢轮压路机，2台胶轮压路机，分别完成压实的三个必备环节，所选用的碾压组合见表8。

表8 WMA的碾压组合

（3）CMA压实遍数

由于冷拌混合料在常温甚至低温条件下进行压实，压实过程考虑冷拌料压实后交通封闭时间短的特点，研究建议初压采用6t的轻型压路机静压1～2遍使混合料成型，再使用吨位12t左右的钢轮振动压路机复压3～4遍。由于施工温度低，加强压实力有利于提高压实度，终压最好选用胶轮式压路机压实1～2遍，可以除去轮胎印，实现规范中对平整度要求。中间可以加入用无核密度仪测量密度，冷拌料压实层厚不宜大于100mm，以有利于对于压实成型的路面达到建设规范要求的压实度和平整度。

4 结语

本文对沥青混合料原材料生产方面的能耗进行了调查研究，针对HMA、WMA及CMA的压实遍数进行研究，发现三种混合料在施工压实过程中压实遍数差别不大，其中CMA的压实遍数最少，能耗最小。