沥青混合料直投式工艺的减排效果量化研究

李军代

（上海浦东路桥建设股份有限公司，上海市 201210）

1 概述

目前改性沥青混合料的生产工艺有两种：一种是传统的预混式成品改性沥青方案（也称为预拌式），即先生产成品改性沥青，再加入集料中拌合；另一种是直接投放式沥青改性方案（也称为直投式），是指根据原位分散理论将沥青改性剂直接投入到热集料中拌合数秒，接着再喷入基质沥青拌合形成混合料。两种方案的生产流程见图1。

图1 两种改性方案的生产流程图

相比预拌式工艺，直投式工艺节省了成品改性沥青的生产环节，由于直投式喷入的是基质沥青，而基质沥青的储存温度要比改性沥青低，因此喷入的沥青温度也相对较低[1]。已知采用直投式工艺具有明显的节能效果[2]，即生产1 t混合料，直投式工艺比预拌式工艺节省了1 kg标准煤，节能率为37.4%，但是到目前为止，混合料直投式工艺的减排效果的定量化研究尚少，而且有害物质的检测大多集中在沥青烟、苯可溶物和苯并芘的排放含量上，对污染性气体如SO2和NOx的检测很少[3]。本文将对直投式和预拌式工艺进行室内的烟尘与有害气体排放进行种类检测和含量测试，量化直投式工艺的减排效果。

2 研究范围与试验方法

由于两种混合料的摊铺碾压环节是相同的，因此直投式与预拌式的有害气体排放对比主要体现在沥青改性和混合料的生产环节。本文研究对象确定为生产同等重量的混合料，两种改性方案所产生的尾气排放量，测试点见表1。

表1 两种改性方案主要尾气排放测试点

将锥形烟气收集罩紧套在改性沥青溶胀和储存容器、基质沥青储存容器以及拌缸出气孔处，使用PGM-7840型多气体检测仪采集一定时间内的沥青烟气的分类和排放情况，见图2、图3。

3 数据分析

（1）数据清单

图2 沥青烟气与废气收集原理图

图3 PGM-7840型多气体检测仪

除了单独生产改性沥青环节的区别外，混合料拌合的沥青喷入温度也不一样，直投式工艺喷入的为基质沥青，温度为130℃～140℃，预拌式工艺喷入的改性沥青温度为165℃～175℃，其它温度一样，见表2。使用PGM-7840多气体检测仪分别对改性沥青的生产、储存环节，基质沥青的储存环节，以及直投式、预拌式的混合料生产环节进行检测，其中以生产混合料10 kg、混合料中沥青用量为5%为基准，则所需生产改性沥青为0.5 kg，各环节烟气排放检测结果见表3。

表2 混合料的生产环节温度

表3 生产10 kg混合料各阶段排放浓度比较（单位：mg/L）

从表3可以看出，在SBS改性沥青的生产、储存环节中，均有不同程度的各种有害气体排放，其中CO的排放浓度最高，达到30.24 mg/L，而改性沥青高温储存1 h所排放的有害气体比同样时间为1 h的改性沥青生产所排放的气体更多，也同样多于基质沥青储存1 h内的烟气排放。三者排放的有害烟气总浓度分别为：34.82 mg/L、34.24 mg/L、18.65 mg/L。

另外，由于混合料拌合时，沥青结合料的温度不同，改性沥青为170℃，基质沥青为135℃，所以直投式拌合时所排放的烟气也少于预拌式工艺，分别为3.47 mg/L和3.62 mg/L。

经计算，得出表4为换算成生产1 t混合料两种工艺的烟气排放清单，并汇成总单见表5、图4。

表4 生产1 t改性混合料各阶段排放清单比较（单位：g）

表5 生产1 t混合料两种工艺排放总单比较（单位：g）

图4 直投式与预拌式的尾气排放对比图

从表5、图4得出，生产1 t沥青混合料，预拌式工艺共排放出1 622.47 g有害烟气，直投式工艺共排放789.87 g烟气，直投式相比减少了51.32%的尾气排放。7种尾气、烟尘排放均有不同程度的减少，其中CO的减少程度最高，达到了75.18%，SO2、NO、NO2、VOC的减少程度也达到了 50%以上，减排效果十分明显。

4 环境影响评价

在清单分析的基础之上，为了更好地理解清单分析数据与环境的相关性，采用调查所得的环境负荷数据定量分析对人体健康、生态环境、自然环境的影响及其相互关系。环境影响指标包括生命周期分析部分所对应的8个影响类型：全球变暖、酸化、臭氧消耗、富营养化、光化学臭氧、人类毒性（土壤）、人类毒性（空气）、人类毒性（水体）[4]。

根据直投式工艺替代预拌式工艺的研究方法，计算可得到两者的环境负荷影响，见表6、图5。

表6 直投式工艺和预拌式工艺的环境影响潜值比较（单位：PE/t）

图5 直投式和预拌式的环境影响潜值比较图

可以看出，采用直投式干法工艺生产施工混合料所产生的环境影响指标，均或多或少低于传统预拌式工艺，其中对空气酸化的降低幅度最大，一定程度上缓解酸雨等病害的形成几率。

5 结论

（1）采用直投式工艺比预拌式工艺具有更简便的操作，更低的设备成本，避免了传统预拌式改性沥青高温生产导致的沥青老化等问题。

（2）无论是直投式还是预拌式，均产生多达7种有毒有害烟气，分别是 CxHy、CO、SO2、NO、NO2、VOC和沥青烟尘，其中CO的排放浓度最高。

（3）改性沥青高温储存1 h所排放的有害气体比同样时间为1 h的改性沥青生产所排放的气体更多，也同样多于基质沥青储存1 h内的烟气排放；另外，直投式拌合时所排放的烟气要少于预拌式工艺。

（4）从整个工艺过程来看，直投式工艺相比预拌式工艺共减少了51.32%的尾气排放，7种有害气体、烟尘排放均有不同程度的减少，其中CO的降幅最高，达到了 75.18%，SO2、NO、NO2、VOC的降幅也达到了50%以上，减排效果十分明显。

（5）利用直投式工艺替代SBS预拌式工艺，全球变暖的环境影响潜值降幅达9.21%，光化学臭氧形成（低NOx）潜值降幅达53.61%，酸化潜值降幅达35%，人类毒性（空气）潜值降幅达2.47%，富营养化潜值降幅达37.53%，光化学臭氧形成（高NOx）潜值降幅达50.90%，其它环境影响类型都相当，明显减轻了环境负荷，是一项十分高效的环保举措。

[1]闫国杰，姜爱峰，刘钢.一种应用于排水性沥青路面和钢桥面铺装的直投式沥青改性剂 [A].中国公路学会学术论文集 [C].北京：人民交通出版社，2010.

[2]李交，闫国杰，赫振华.直投式沥青改性方案及其节能效果分析[J].城市道桥与防洪，2010（12）：152-155.

[3]程玲，闫国杰，陈德珍.温拌沥青混合料摊铺节能减排效果的定量化研究[J].环境工程学报，2010（9）：2151-2155.

[4]余侃华，张中华.建筑节能减排的国际实践经验与启示[J].建筑技术，2012（3）：266-269.