沥青路面养护技术碳排放的计算与分析

李寿伟，邹晓勇

（金华市公路管理局，浙江 金华321013）

0 引言

截至2012 年底，全国公路通车里程为423.75万km，养护里程为411.68万km，养护里程占总里程的97.2%[1]，我国公路已进入建养并重的阶段。公路作为重要的公共资产，在促进国家经济增长、给社会带来巨大效益的同时，其建设与养护也消耗了大量资源和能源，产生了大量的气体与各种废弃物排放，给环境带来巨大负面影响。国内外已经对公路建设与养护的能耗与碳排放开展了大量研究。尚春静研究了高速公路路基土石方、排水、防护和路面工程生命周期的能耗和温室气体排放[2]，潘美萍研究了沥青路面和水泥混凝土路面生命周期能耗与碳排放[3]。经总结发现，国内外主要研究集中于沥青路面新建工程的能耗与碳排放，鲜有涉及沥青路面养护工程的能耗与碳排放，缺乏不同养护技术间的能耗与碳排放的对比。

基于路面寿命周期评价理论，本文将沥青路面养护工程碳排放分为原材料生产、原材料运输和养护施工3个阶段，并提出3个阶段的碳排放计算方法，计算6种常见养护技术的碳排放并进行对比，为科学选择养护技术提供参考。

1 沥青路面养护工程CO2排放量计算方法

沥青路面养护工程CO2排放包括原材料生产、原材料运输和施工3个阶段，如式（1）所示：

式中：P为沥青路面养护工程CO2的总排放量；P1为原材料生产阶段的CO2排放量；P2为运输阶段的CO2排放量；P3为施工阶段的CO2排放量。

1.1 原材料生产阶段的CO2排放计算

沥青路面养护工程中涉及沥青、水泥、石料等原材料。其碳排放量与开采源头、生产加工方式等有关。通过调查，确定上述原材料的CO2排放系数，结果见表1。

表1 原材料的CO2排放系数

1.2 运输阶段的CO2排放计算

运输过程中的能耗与碳排放主要来自运输车、船的燃油消耗。调查车辆等运输工具的单位运距、单位运量的燃油消耗，并将燃油消耗与运距相乘便可得到单位运量单位运距的CO2排放系数，如式（2）所示：

式中：M为单位运距单位运量的CO2排放系数（kg/t·km）；E为单位运距单位运量的能源消耗量（GJ/t·km）；G为运距（km）。

通过调查，确定不同运输方式的CO2排放系数，见表2。

表2 常用运输方式的CO2排放系数

1.3 施工阶段的CO2排放计算

沥青路面养护施工过程中的CO2排放主要来自施工设备的燃油（气）或电力的消耗，因此研究施工过程中的碳排放首先需要对施工工艺进行分析，找到施工过程中的CO2排放源，进而对养护施工过程中的CO2排放进行定量计算。施工阶段的CO2排放量计算公式如式（3）所示：

式中：Qi为CO2排放量（kg/1000m2）；p为施工机械功率（kW）；n为内燃机单耗（g/kw·h）；h为作业时间（h）；Hd为燃油CO2排放因子（kg/1000m2）。

2 沥青路面常用养护技术的CO2排放量

为了便于计算分析，统一路面工况：路面宽度为16m，长度为10km，石料加工厂距离沥青拌和厂10km，石油炼厂距离拌和站20km，拌和站与施工现场相距5km。

2.1 罩面养护

沥青路面A强度符合要求，为改善旧路面的使用质量，可在沥青路面面层上加铺薄层罩面，具体方案如下。

方案一：同步碎石封层。

同步碎石封层的碎石用量为13.3kg/m2，沥青用量为0.809kg/m2，同步碎石封层车工作速度为5km/h，一次撒布宽度为4m，使用寿命为3年。施工过程中CO2排放主要来自同步碎石封层车的燃油消耗，同步碎石封层车的燃油消耗与工作速度、撒布速度等参数有关。

方案二：超薄磨耗层。

超薄磨耗层厚2.5cm，混合料为SMA—10热拌沥青混合料，摊铺速度为15m/min左右，使用寿命为4 年。沥青路面超薄磨耗层施工过程中CO2排放主要来自专用摊铺机的燃油消耗。

方案三：稀浆封层。

稀浆封层层厚1cm，摊铺速度为2km/h，使用寿命为3 年。稀浆封层施工过程中CO2排放主要来自稀浆封层车的燃油消耗，稀浆封层车的燃油消耗与工作速度、摊铺厚度等参数有关。

按照相关方法计算上述3种罩面养护技术的原材料生产、原材料运输和施工3 个阶段的CO2排放量，结果见表3。

表3 罩面技术的CO2排放量

2.2 沥青路面大中修养护技术

沥青路面B由于路面结构承载力不足、混合料质量差或基层用料不当等造成路面损坏，需要进行大中修养护[4]，常见大中修养护技术如下。

方案一：沥青路面铣刨后加铺沥青层。

沥青路面铣刨后加铺5cm 厚的热拌AC—13 沥青混凝土，铣刨速度为5m/min，预计使用寿命为4年。

方案二：厂拌热再生。

铣刨原沥青路面，铣刨厚度为4cm；将回收沥青混合料按照20%的比例掺配生产厂拌热再生混合料，再铺筑5cm的热再生混合料，预计使用寿命为4年。

方案三：就地热再生。

铣刨原沥青路面，铣刨厚度为4cm；将回收沥青混合料按照80%的比例掺配进行就地热再生，再铺筑5cm的再生混合料，预计使用寿命为3年。

按照相关方法计算上述3种大中修养护技术的原材料生产、原材料运输和施工3 个阶段的CO2排放量，结果见表4。

表4 大中修养护技术的CO2排放量

3 沥青路面养护技术CO2排放量的对比分析

由前文计算可知，不同养护技术的CO2排放量与排放强度存在较大差异。对不同的沥青路面养护技术进行比较分析，为科学选择养护技术提供参考。

3.1 罩面养护

图1、图2 所示为三种罩面养护技术的CO2排放量与排放强度。由结果可知，同步碎石封层技术的CO2排放量和排放强度最低，超薄磨耗层的CO2排放量和排放强度最大。与超薄磨耗层相比，同步碎石封层的CO2排放量与排放强度分别降低了86%与82%；与稀浆封层相比，同步碎石封层的CO2排放量与排放强度降低了65%。超薄磨耗层与稀浆封层CO2排放量大的主要原因是沥青用量较大。

图1 罩面技术的CO2排放量

图2 罩面技术的CO2排放强度

3.2 沥青路面大中修养护技术

图3、图4 为三种大中修养护技术的CO2排放量与排放强度。由结果可知，三种养护技术的CO2排放量排序为：就地热再生＜厂拌热再生＜铣刨加铺，三种养护技术的CO2排放强度排序为：厂拌热再生＜就地热再生＜铣刨加铺。

图3 不同大中修养护技术的CO2排放量

图4 不同大中修养护技术的CO2排放强度

4 结语

根据原材料生产、原材料运输和施工3个阶段的CO2排放量计算方法，计算了3 种罩面养护技术和3 种大中修养护技术的CO2排放量与排放强度，通过对比分析发现：在罩面养护技术中，同步碎石封层技术的CO2排放量和排放强度都最小，环境友好性最好；在大中修养护技术中，就地热再生的CO2排放量最小，厂拌热再生的CO2排放强度最小。

[1] 蔡日升.沥青混合料能耗与碳排放量化分析体系研究[D].西安：长安大学，2013.

[2] 尚春静，张智慧，李小冬.高速公路生命周期能耗和大气排放研究[J]. 公路交通科技，2010，27（8）：149-154.

[3] 潘美萍.基于LCA的高速公路能耗与碳排放计算方法研究及应用[D].广州：华南理工大学，2011.

[4] JTJ 073.2—2001，公路沥青路面养护技术规范[S].