沥青路面运营期间养护能耗与排放量化分析

陈力维

（现代交通运输发展研究中心）（中交公路养护工程技术有限公司,北京 100080）

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技术的推广和应用。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。

为了简要明确的说明养护方案的节能减排量化分析方法，本文以我国沥青路面养护中经常采用的热拌沥青混凝土薄层罩面技术为例，采用定额的方法，定量的分析沥青路面的养护能耗和排放。从低碳的角度出发，为沥青路面养护技术的选择提供新的决策标准。

一、养护方案机械台班及材料用量的确定

在进行沥青路面维修养护的能耗和排放量化分析时，要先确定养护工作所需机械设备及材料的种类和数量，再计算这些工具和材料在生产运输过程中的能耗和排放。为了使公路养护管理系统化、规范化，原交通部出台了一系列针对公路养护管理的文件“关于印发《公路养护与管理发展纲要》的通知”（交公路发[2001]328号）、“关于印发《公路养护工程管理办法》的通知”（交公路发[2001]337）等，敦促各省加紧建立公路养护管理规范。为了符合发展要求，一些省份相继制定了公路养护预算定额。本文以广东省2009年制定的《广东省公路养护工程预算定额》（修订）为参考，来确定热拌沥青混凝土薄层罩面养护技术的各项定额[1]。该预算定额是以《公路养护技术规范》（JTJ073—96）、《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ073.2—2001）、《公路养护质量检查评定标准》（JTJ075—94）等有关规定为基础，按照《公路工程预算定额》（JTG/T B06-02—2007）的编制办法与原则，结合广东省公路养护的实际情况，以正确预防和评估病害，合理提出处置措施、预测工程数量为前提，经计算、比较、分析、修订而得到的，具有一定的代表性。

热拌沥青混凝土薄层罩面技术的工作内容主要有:清扫下承层，安装熬油设备，熬油，配运料，拌合，摊铺，整形，碾压，找补，初期养护以及沥青洒布车洒油。施工可以采用人拌人铺，机拌人铺和机拌机铺3种方式。根据需要，可以选用厚度为15mm，20mm，25mm和30mm的沥青罩面层。本文采取机拌机铺的方法，选用压实厚度为20mm的超薄层罩面作为养护方案，其相应的材料用量及机械台班如表1所列[1]。

从该表可以看出，沥青黏层油洒铺工作仅需煤、石油沥青以及沥青洒铺车，热拌沥青混凝土薄层罩面需要制备沥青混合料的各项材料及拌合、摊铺、压实设备。沥青混合料运输车辆定额，包括装卸载、运送及空回等步骤，如表2所列。表中为每运送104.0m3沥青混合料，每种运输工具各自所需的台班数量。

二、养护方案材料及机械能耗与排放的确定

（一）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。

表1 沥青薄层罩面材料及机械定额

表2 混合料运输车辆定额

目前，国内还没有对沥青材料进行系统的生命周期研究，也没有建立沥青材料的能耗与排放量化清单。而欧洲沥青协会（European Bitumen Association）早在1999年就进行了比较全面的沥青材料生命周期清单分析，2009年对研究成果进行了进一步的更新和完善。其研究主要针对道路铺装用沥青材料，包含石油沥青、聚合物改性沥青和乳化沥青，生产工艺则考虑了直馏、半氧化、丙烷脱等多种加工流程，数据来源涵盖了欧洲主要工业国家，具有广泛的代表性。为此，本文采用欧洲沥青协会沥青生命周期清单分析中的排放因子数据[2]，如表3所列。

（二）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。《公路工程机械台班费用定额》（JTG/T B06-03—2007）[3]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所列。

表3 石油沥青和改性沥青的能耗与排放因子

表4 不同型号拌合设备的燃料及电力消耗

目前，欧盟欧洲环境局EEA以及美国国家环境保护局EPA等国际或地区性组织均对沥青混合料生产过程的排放问题进行了系统的研究，其中EPA按照沥青混合料生产设备及其工艺流程，分别对间歇强制式拌和设备和连续滚筒式拌合设备的环境排放进行了细致的统计分析，可以借鉴来用于排放量化计算。沥青混合料生产过程由燃料燃烧和非燃料燃烧产生的环境排放可以归为固体颗粒物排放和气态污染物排放两大类，固体颗粒物排放因子如表5所列，气态污染物排放因子[4]如表6所列。

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。

（三）运输车辆及洒铺、摊铺、压实设备的能耗及排放

沥青路面施工过程中的机械设备的类型是影响其能耗的主要因素。根据《公路工程机械台班费用定额》，热拌沥青混凝土薄层罩面所需机械的油耗如表7所列。

沥青混合料运输使用重型柴油车辆，根据EEA建立的车辆运输过程排放因子量化计算运输过程中的排放大小，各环境排放物的平均排放因子如表8所列[5]。

表5 沥青混合料生产过程固体颗粒物排放因子（kg/t）

表6 沥青混合料生产过程气态污染物排放因子（kg/t）

表7 热拌沥青混凝土薄层罩面机械设备及其油耗

沥青路面施工过程的排放主要为各种施工机械运行而产生的气体污染物。考虑到沥青路面施工机械普遍采用柴油作为燃料，其环境排放主要源于柴油的燃烧，因此，本文采用柴油燃烧的排放因子（如表9所列）量化计算沥青路面施工机械环境排放。

三、养护方案的能耗与排放量化分析

为了进行能源消耗量的对比分析和评价，生命周期分析方法多采用净发热值法计算能源消耗量。联合国政府间气候变化专门委员会IPCC基于年度温室气体清单提交缔约方文件、IPCC排放因子数据库以及国际能源机构IEA的燃料数据库，进行统计分析，得到了不同燃料的净发热值统计数据。本文汇总得到沥青路面工程中各种车辆、机械设备常用的燃料净发热值如表10所列:

根据以上方法，可以得到净发热值法的通用计算公式如式（1）所示:

（一）热拌沥青混凝土薄层罩面的能耗量化分析

1.沥青生产过程的能耗

根据表3中的数据，结合能耗与排放通用计算公式（1），即可计算得到沥青生产过程单位产量能耗（MJ/t），如表11所列。

表8 重型柴油车运输沥青混合料过程环境排放因子

表9 柴油排放因子

表10 缺省净发热值（NCVs）和95%置信区间的下限和上限（MJ/kg）

由表得，石油沥青的单位产量能耗为11 222.371MJ/t，沥青生产过程的总能耗为：

2.沥青混合料生产过程的能耗

如表12所列，将重油和电力转化为燃烧值单位（MJ），转化因子分别为40.4和3.6，得沥青混合料生产过程中的能耗为：

3.燃煤的能耗

燃煤的发热值为26.7MJ/kg，因此薄层沥青混凝土罩面燃煤的能耗值为：

与这3项材料的能耗相比，其余材料生产的能耗较小，且环节多，计算复杂，忽略不计。

4.各类机械的能耗

由表13数据计算各类机械的总能耗为：

表11 沥青生产过程单位产量能耗

表12 沥青混合料生产过程能耗

表13 各类机械的台班及相应能耗

5.热拌沥青混凝土薄层罩面养护的总能耗

根据前4步的计算可知机拌机铺11000m2，20mm的热拌沥青混凝土薄层罩面的总能耗及各种燃料消耗情况如表14所列。

（二）热拌沥青混凝土薄层罩面的排放量化分析

1.沥青生产过程的排放

根据表3中的排放因子，计算生产热拌沥青混凝土薄层罩面所需4.153t石油沥青的排放量，如表15所列。

2.沥青混合料生产过程的排放

根据表5和表6中的排放因子，计算采用间歇强制式烘干筒未采取除尘控制生产薄层罩面所需20.8t沥青混凝土的排放量，如表16所列。

3.自卸车的排放

根据表8中的排放因子计算进行薄层罩面养护时，6t以内自卸车消耗14.344kg柴油的排放量，如表17所列。

4.各类施工机械的排放

根据表9中的排放因子计算薄层罩面养护中各类施工机械消耗66.728t柴油的排放量，如表18所列。

5.热拌沥青混凝土薄层罩面养护的总排放

根据前面的计算可得知机拌机铺11000m2，20mm的热拌沥青混凝土薄层罩面的总排放情况，如下页表19所列。

表14 热拌沥青混凝土薄层罩面的总能耗及各种燃料消耗情况

表15 石油沥青各污染物的排放量

表16 沥青混合料各污染物的排放量

表17 6t以内自卸车污染物排放量

表18 各类施工机械污染物排放量

表19 热拌沥青混凝土薄层罩面的总排放

四、结论

当前，随着交通运输系统推进“绿色交通”建设步伐的加快，工程项目的开展不但要结合工程技术实际，也要同时考虑低碳环保效益。本文以沥青路面能源消耗与污染物排放调查为基础，结合热拌沥青混凝土薄层罩面技术工程实例，根据公路养护工程定额和公路工程机械台班定额，具体研究了沥青路面养护过程中能耗与排放量化分析方法，为工程项目节能减排效益的评价提供了可行的方法。

[1]广东省交通工程造价管理站.广东省公路养护工程预算定额(修订)[EB/OL].http://www.civilcn.com/zaojia/dinge/1334126671249589.html，2012-04-11.

[2]Timo Blomberg,Jeff Barnes,Frédérick Bernard,et al.Life Cycle Inventory:Bitumen[M].Brussels: European Bitumen Association,2011.

[3]JTG/T B06-03—2007,公路工程机械台班费用定额[S].北京:人民交通出版社,2007.

[4]Environmental Protection Agency.Hot Mix Asphalt Plants[EB/OL].http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42/ch11/bgdocs/b11s01.pdf,2004.

[5]European Environment Agency.EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook 2009[M].Copenhagen:Eu--ropean Environment Agency,2009.