沥青面层施工沥青混合料拌和阶段排放和能耗研究

沥青面层施工沥青混合料拌和阶段排放和能耗研究

孙旭光

潍坊市建筑业发展服务中心，山东 潍坊 261071

摘要：交通运输基础设施建设碳排放占到全球排放总量的８％左右，道路工程施工过程中的沥青面层施工碳排放量最大。通过分析沥青面层在施工过程中拌和阶段温室气体的产生因素，使用定额法进行沥青路面拌和阶段碳排放及能耗量化。得到结论：沥青路面拌和阶段的碳排放、能耗主要是沥青混合料拌和过程机械运转以及其他辅助机械产生的；在生产沥青混合料的加热过程中，原材料的性质也会影响到碳排放及能耗。

关键词：沥青路面，拌和阶段，温室气体，能耗和排放量化，节能减排

0 引言

交通运输设施排放的温室气体占到全球排放总量的８％左右，是节能减排的重点地区。公路工程中的沥青混合料主要用作路面铺装，而且多数会用高温度拌和的热拌沥青混合料，在热拌过程中会消耗巨大的能源，所以大规模的使用沥青路面建设会带来环境污染问题。

Kim byungil通过建立温室气体排放计算模型，能够精准预估沥青路面施工初期的温室气体排放量，该模型基于人工神经网络而研发。Cass建立了基于生命周期的碳排放分析模型，主要采用了LCA碳排放计算模型计算能耗。孙广元通过碳足迹理论计算表明，人类活动、机械设备和资源变化是公路施工碳排放的主要来源。

基于上述研究背景，分析沥青面层在施工过程中拌和阶段温室气体的产生因素，如何进行排放和能耗量化，并提出节能减排的措施，推进绿色公路建设。

1 拌和阶段影响因素和分析

1.1影响因素

沥青面层施工期拌合阶段沥青拌合料的碳排放可分为两方面：

一是拌和阶段施工机械排放拌和设备和施工机械在运转时需要消耗燃料并产生大量温室气体、有害污染气体排放到大气中。沥青拌和站，工程中主要使用主间歇式拌和站，由冷热矿料提升机以及加热器等组成。机械设备所需能源包括拉动机械转动的电能、以及供设备燃烧的燃油等。

二是沥青面层施工拌和阶段原材料在进行拌和时需要高温加热，拌和温度越高则需要的能量越多，产生的能耗和碳排放量越多。工程项目对沥青集料的需求量多少决定着拌和站辅助机械在烘干水份所消耗的能源以及碳排放的多少；沥青混合料中含水率越高，耗费更多能量烘干多余水分，沥青混合料含水量也是影响碳的排放及能耗量的重要因素。

1.2排放和能耗量化模型分析

根据沥青路面建设阶段，沥青混合料拌和过程中机械设备燃油燃烧的碳排放以及能耗的最大比例,进行拌和阶段的排放和能耗量化模型分析。在拌和阶段排放中气体种类很多，包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、一氧化碳、氨气、硫化物以及氮氧化合物。

排放因素数是表示1m³作用产生的气体量（kg）,沥青路面建设过程拌和阶段排放的气体种类多，排放的气体对环境造成的影响也多各不相同。比如,CO₂和CH₄都会引起气候变暖。因此,可以根据气体排放对环境造成的影响不同进行分类处理。本文将气体排放对环境产生的影响分为三类：全球变暖、酸化反应、健康危害。

使用特征单元作为量化系数的方式来计算,其计算公式为:

根据各个过程的数据以及相对应的排放单元,根据上述计算公式，使用定额法对沥青路面建设拌和阶段气体排放进行估算。定额法：确定机械台班，确定单位台班能耗，计算单位计量总能耗，计算单位产出能耗。

1.3 淮固高速分析

基于上述建立的沥青路面施工拌和阶段能耗定量估算方法，对河南省淮滨至固始高速公路（以下简称淮固高速）施工过程拌和阶段的能耗和排放进行了研究。加热过程产生的总能耗根据表1沥青混合料能耗表计算。淮古高速上、中、下面层沥青混合料总计185976.6t。

表1 沥青混合料能耗（MJ）

可计算得到生产加热过程中产生的总能耗为9.85×10⁷MJ；通过计算沥青路面搅拌过程中机械操作所需的燃料消耗量，得出沥青路面施工和搅拌过程的总燃料消耗量为1.57×10⁵kg,总能耗为6.76X10⁶MJ。

可以得出结论:拌和阶段总能耗1.05×10⁸MJ；沥青混合料生产加热耗能9.85×10⁷MJ，占拌和阶段总能耗的93.6%；拌和机械能耗6.76X10⁶MJ，占总能耗的6.4%。如下表2、表3、表4。

表2拌和机械的排放结果

表3 沥青混合料生热排放结果

表4 淮固高速公路沥青路面建设拌和阶段碳排放总量

由以上数据可得,工程建设拌和阶段对沥青混合料的生产加热是对环境最大的影响，在施工阶段能耗占比大。

2 节能减排措施

2.1 能源

沥青拌和站低碳化可以通过使用新能源以及提高煤的品质来达到节能减排的效果。

经济条件允许的地区，沥青拌和站以及辅助机械尽量使用天然气作为燃料。相比于燃油和燃煤，新能源天然气在燃烧过程中产生的碳排放产物品质更高，产生污染大气以及生态的气体较少。除此之外，因为天然气热量较高，天然气在燃烧的过程会进行自由运动自行混合均匀，所以天然气的燃烧利用率超高，在燃油、燃煤以及天燃气三者之间，后者碳排放量最小利用率最高。

使用重油，重油也会对大气产生有害气体，但比燃煤更容易进行雾化燃烧，燃烧利用率高。重油中含有的硫离子要比燃煤中少很多，燃烧品质高，燃烧利用率高，在燃烧的过程中对大气产生的污染物较燃煤低，排放量以及能源消耗较低。

2.2 低温施工

由上文得出沥青面层施工拌和阶段，沥青混合料加热温度产生的碳排放以及能耗影响值较大，因此，主要的节能减排要通过降低所需原材料的温度达到低碳化。低碳化措施如下：

(1) 沥青混合料温拌工艺

为了使得沥青粘连性降低可以使用温拌剂，在温度较低的情况就可以使得沥青路面达到易于操作并且获得均匀密实性能的阶段。原材料在相同的前提条件下，使用温拌剂后所需的温度要比热拌沥青混合料低得多。所以温拌技术能降低能源的消耗，且碳排放量随之降低。

(2)沥青混合料泡沫温拌工艺

泡沫沥青温拌法，是指在正常热拌沥青混合料生产过程中，将一定比例的水加入高温沥青中，使沥青迅速汽化，体积膨胀，形成泡沫沥青。以泡沫沥青的形式添加，并与骨料混合形成沥青混合料。与沥青相比，泡沫沥青的物理性质会发生暂时性变化，表明沥青的粘度明显降低，沥青混合料工作性得到改善，从而能够满足在相对低温的情况下拌合、摊铺和碾压的条件。

3 结论

（1）以定额法研究了淮固高速的沥青面层施工拌和阶段产生的能耗和排放情况，沥青混合料的生产加热是拌和阶段能耗占比最高且排放量最大的影响因素。

（2）提出了更换能源、低温施工技术等低碳化措施达到节能减排目的。

参考文献：

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