探讨沥青路面全寿命周期能耗研究

王旖旎

保利长大工程有限公司（ 510620）

摘要：建设资源节约型、环境友好型社会是我国一项长期的战略任务,交通运输行业是能源资源消耗和有害气体排放的重点领域,节能减排任务艰巨。公路基础设施是国民经济发展的基础和命脉,同时也是资源占用和能源消耗大户,其中沥青路面是公路基础设施中投资大、资源能源消耗大、环境影响大、影响出行大的关键工程,其节能减排一直受到行业的高度关注。对路面工程寿命周期内的能耗进行评价分析,有助于了解路面工程从原材料获取、建造、养护维修以及回收利用整个过程中不同环节能源的消耗情况,有利于对不同路面工程技术的能源消耗情况做出客观、全面的比较,有助于对路面工程的设计和施工进行优化,减少各环节的能源消耗。本文通过文献查阅确定了道路沥青、水泥、钢材和砂石料的材料物化能耗参数,通过现场实测确定了热拌沥青混合料、厂拌冷再生、就地冷再生、水泥稳定碎石的拌和、运输和摊铺压实能耗,通过查阅定额确定了水泥混凝土路面和级配碎石现场施工的能耗。以高速公路双向四车道的路面结构为分析对象,得到了五种路面结构的能耗,并进行了对比分析。研究结果表明,水泥混凝土路面的原材料物化能耗高于沥青混凝土。半刚性基层沥青混凝土路面和水泥混凝土路面的原材料物化能耗中水泥贡献比例最高。全厚式沥青混凝土路面的原材料物化能耗中沥青贡献比例最高。沥青混凝土路面施工能耗主要发生在拌合阶段,水泥混凝土路面施工能耗主要发生在摊铺成型阶段。综合考虑材料物化阶段和施工阶段总能耗,两种路面结构类型都是原材料物化阶段能耗占非常显著的比例,特别是水泥混凝土路面,该比例高达95%左右。

关键词：全寿命周期;路面;能耗;材料;施工;

前言：

建设资源节约型、环境友好型社会（简称“两型”社会）是我国一项长期的战略任务。交通运输行业是能源资源消费和温室气体排放的重点领域，节能减排任务艰巨。公路基础设施是国民经济发展的基础和命脉，同时也是资源占用和能源消耗大户，其中沥青路面是公路基础设施中投资大、资源能源消耗大、环境影响大、影响出行大的关键工程，其节能减排一直受到行业的高度关注。

开展国际合作

目前，国际沥青路面工程领域尚无统一的能耗排放检测评价方法与标准，各国之间的路面能耗排放数据缺乏可比性，不同路面工程技术之间的能耗排放没有衡量尺度，阻碍了沥青路面节能减排先进技术的推广和应用，也影响了我国在全球公路基础设施建设领域的话语权。通过与国外知名机构合作，优势互补，共同研究建立具有广泛国际认同度的能耗排放评价技术体系与标准，实现沥青路面节能减排的“可测量、可报告、可核实”，对外有助于更好地树立我国负责任大国的良好形象，扩大我国在沥青路面节能减排领域的科技影响力，夺取制订全球路面节能减排标准的制髙点，为“走出去”战略提供技术储备和保障；对内有助于推动我国低碳环保型沥青路面工程技术的应用发展，提升我国交通运输业节能减排水平，助力交通运输行业“三个转变”。2013年度科学技术部国家国际科技合作专项项目“沥青路面全寿命周期能耗评价技术合作研究”，是我国与荷兰代尔夫特理工大学和德国维特根集团完成的项目。

二、效益显著意义重大

该项目属于国家中长期科技发展纲要重点支持的交通运输业领域的“交通运输基础设施建设与养护的节能技术”优先主题，同时也符合纲要重点支持的能源领域中“工业节能”优先主题，可有效服务于我国节能减排、发展循环经济的战略需求，对促进“两型”社会的实现具有重大的战略价值和现实价值。

“沥青路面全寿命周期能耗评价技术合作研究”该项目量化分析了公路工程各分部工程、分部工程中的各工序、各工序中的各阶段的能耗情况，找出了公路建设期的节能重点环节，提出了沥青路面能耗排放的标准检测评价方法，建立了沥青路面能耗排放评价指标体系和评价标准，推广了节能减排管理措施和低碳环保型修筑技术。该项目对两国沥青路面节能减排和绿色低碳铺筑技术的快速发展具有重要意义。

三、研究成果婓然

研究发现，通过定额法可以准确、方便地计算公路工程各生产施工环节的能耗情况。实际能耗分析时，有实测能耗数据的，可以优先使用；没有实测能耗数据的，可以使用定额法计算能耗数据。以实测法为主，并配合使用定额法，研究确定了热拌沥青混合料、冷再生混合料、水泥稳定碎石、水泥混凝土、级配碎石等主要筑路材料的生产施工能耗参数，还确定了道路沥青、水泥、钢材和砂石料等筑路原材料的生产能耗参数，以及各种筑路混合料的原材料能耗。

在不考虑原材料生产能耗的情况下，对于沥青路面工程而言，沥青混凝土的生产能耗占比超过90％。因此，为了降低能耗，减少沥青混凝土生产能耗，尤其是集料加热能耗是节能的关键。温拌沥青混合料的集料加热能耗较热拌混合料可减少30％上，是重要的道路节能技术之一。

沥青混合料施工（摊铺、压实）能耗受施工设备组合的影响较为显著，应该尽可能选择生产效率高、技术状况好的机械设备进行生产施工。沥青混合料施工（摊铺、压实）能耗受到混合料类型、矿料级配粗细等生物影响，但是差异不大，可以忽略不计。但是沥青胶浆粘度对混合料施工能耗影响较大，SMA的施工能耗是AC能耗的1.58倍。厂拌冷再生混合料的生产能耗每吨5.2兆焦，仅为热拌沥青混合料生产能耗的1%左右，节能98%以上，是路面技术中的重要节能技术之一。

量化分析了公路工程各分部工程的各工序的能耗情况，找出公路建设期节能重点环节。沥青面层是整个公路工程中单位施工节能的重要环节。

对不同路面结构的材料物化阶段能耗进行对比分析，得出以下几点结论：1.是水泥路面结构的原材料物化显著高于沥青路面，前者至少高出后者60%以上。如果仅从该角度节能看，沥青路面优于水泥路面。2.是由我国普遍采用半刚性基层沥青路面结构，原材料物化能耗中水泥贡献比例最高，约占45%至65%；其次是沥青，约占20%至30%；再次是集料，约占15%左右。如果仅从该角度节能来看，沥青路面在总厚度不变的情况下应加厚沥青面层、薄半刚性基层。3.是无论采用何种路面结构形式，从材料物化阶段节能的角度看，应尽可能减少水泥用量。

同时考虑材料物化能耗和路面生产施工能耗，得出以下结论：1.是水泥路面能耗高于沥青路面。结果仅从该角度节能看，沥青路面优于水泥路面。2.是对我我国普遍采用半刚性基层沥青路面结构，材料物化能耗占比在60%至70%；对于水泥路面结构，材料物化能耗占比超过95%。

同时考虑材料物化、路面生产施工、运营维护和生命终结各阶段能耗，得出以下结论：1.是从生产工艺阶段看，混合料生产能耗占50%，材料物化能耗与之比较接近，占总能耗的46%，而施工阶段能耗仅占约4%。因此从节能是最为关键的。2.是从寿命周期阶段看，沥青路面养护期能耗最高，占50%；建设期能耗次之，约占45%，与建设期能耗比较接近；生命终结能耗最低，只占5%。因此从节能角度讲，沥青路面建设期和运营维护期节能同等重要。由于材料物化阶段往往不属于公路行业的范畴，如果仅考虑公路行业自身的节能：1.是生产工艺阶段来看，混合料生产能耗93%，因此混合料生产阶段的节能是最为关键的。2.是从寿命周期阶段来看，沥青路面养护期能耗最高，约占23.1%，因此沥青路面运营维护期节能最为重要。

通过对沥青面层各个现场施工环节、施工工艺、排放源及温室气体排放种类分析，对沥青混合料自身的排放情况得出的主要结论：1.是从四个不同的施工阶段来看，搅和、运输、摊铺和碾压各阶段，二氧化碳和有害气体的浓度由高到低以此下降，这与各阶段混合料温度的排序是一致的。因此，降低混合料生产施工温度是减少沥青混合料有害气体排放的关键。2.是沥青混合料温度在140℃以下时,有害气体的排放有限,超过140℃后有害气体排放便成倍急剧增加。沥青面层生产施工过程中的排放,占主导地位的是生产施工设备由于消耗能源而产生的排放,而沥青混合料自身的排放与之相比很小。但是,由于沥青混合料自身排放中含有苯可溶物和苯并a芘等强致癌物质因此沥青混合料自身的减排依然重要。对于沥青路面面层而言,温室气体排放量最大的施工环节是拌和,接下来是原材料生产阶段,运输、摊铺和碾压阶段温室气体排放量较少。

参考文献：

[1]永久性沥青路面结构全寿命周期内能耗与碳排放[J].刘荣.交通.2019(6)

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[4]公路沥青路面早期破坏的成因及综合防治[J].王帅.丹东海工.2018(2)

[5]季冻区沥青路面水损坏成因与对策分析[J].辛阳.吉林交通科技.2019(3)