瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)碳排放的計算與分析

李壽偉，鄒曉勇

（金華市公路管理局，浙江 金華321013）

0 引言

截至2012 年底，全國公路通車里程為423.75萬km，養(yǎng)護里程為411.68萬km，養(yǎng)護里程占總里程的97.2%[1]，我國公路已進入建養(yǎng)并重的階段。公路作為重要的公共資產(chǎn)，在促進國家經(jīng)濟增長、給社會帶來巨大效益的同時，其建設(shè)與養(yǎng)護也消耗了大量資源和能源，產(chǎn)生了大量的氣體與各種廢棄物排放，給環(huán)境帶來巨大負面影響。國內(nèi)外已經(jīng)對公路建設(shè)與養(yǎng)護的能耗與碳排放開展了大量研究。尚春靜研究了高速公路路基土石方、排水、防護和路面工程生命周期的能耗和溫室氣體排放[2]，潘美萍研究了瀝青路面和水泥混凝土路面生命周期能耗與碳排放[3]。經(jīng)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外主要研究集中于瀝青路面新建工程的能耗與碳排放，鮮有涉及瀝青路面養(yǎng)護工程的能耗與碳排放，缺乏不同養(yǎng)護技術(shù)間的能耗與碳排放的對比。

基于路面壽命周期評價理論，本文將瀝青路面養(yǎng)護工程碳排放分為原材料生產(chǎn)、原材料運輸和養(yǎng)護施工3個階段，并提出3個階段的碳排放計算方法，計算6種常見養(yǎng)護技術(shù)的碳排放并進行對比，為科學選擇養(yǎng)護技術(shù)提供參考。

1 瀝青路面養(yǎng)護工程CO2排放量計算方法

瀝青路面養(yǎng)護工程CO2排放包括原材料生產(chǎn)、原材料運輸和施工3個階段，如式（1）所示：

式中：P為瀝青路面養(yǎng)護工程CO2的總排放量；P1為原材料生產(chǎn)階段的CO2排放量；P2為運輸階段的CO2排放量；P3為施工階段的CO2排放量。

1.1 原材料生產(chǎn)階段的CO2排放計算

瀝青路面養(yǎng)護工程中涉及瀝青、水泥、石料等原材料。其碳排放量與開采源頭、生產(chǎn)加工方式等有關(guān)。通過調(diào)查，確定上述原材料的CO2排放系數(shù)，結(jié)果見表1。

表1 原材料的CO2排放系數(shù)

1.2 運輸階段的CO2排放計算

運輸過程中的能耗與碳排放主要來自運輸車、船的燃油消耗。調(diào)查車輛等運輸工具的單位運距、單位運量的燃油消耗，并將燃油消耗與運距相乘便可得到單位運量單位運距的CO2排放系數(shù)，如式（2）所示：

式中：M為單位運距單位運量的CO2排放系數(shù)（kg/t·km）；E為單位運距單位運量的能源消耗量（GJ/t·km）；G為運距（km）。

通過調(diào)查，確定不同運輸方式的CO2排放系數(shù)，見表2。

表2 常用運輸方式的CO2排放系數(shù)

1.3 施工階段的CO2排放計算

瀝青路面養(yǎng)護施工過程中的CO2排放主要來自施工設(shè)備的燃油（氣）或電力的消耗，因此研究施工過程中的碳排放首先需要對施工工藝進行分析，找到施工過程中的CO2排放源，進而對養(yǎng)護施工過程中的CO2排放進行定量計算。施工階段的CO2排放量計算公式如式（3）所示：

式中：Qi為CO2排放量（kg/1000m2）；p為施工機械功率（kW）；n為內(nèi)燃機單耗（g/kw·h）；h為作業(yè)時間（h）；Hd為燃油CO2排放因子（kg/1000m2）。

2 瀝青路面常用養(yǎng)護技術(shù)的CO2排放量

為了便于計算分析，統(tǒng)一路面工況：路面寬度為16m，長度為10km，石料加工廠距離瀝青拌和廠10km，石油煉廠距離拌和站20km，拌和站與施工現(xiàn)場相距5km。

2.1 罩面養(yǎng)護

瀝青路面A強度符合要求，為改善舊路面的使用質(zhì)量，可在瀝青路面面層上加鋪薄層罩面，具體方案如下。

方案一：同步碎石封層。

同步碎石封層的碎石用量為13.3kg/m2，瀝青用量為0.809kg/m2，同步碎石封層車工作速度為5km/h，一次撒布寬度為4m，使用壽命為3年。施工過程中CO2排放主要來自同步碎石封層車的燃油消耗，同步碎石封層車的燃油消耗與工作速度、撒布速度等參數(shù)有關(guān)。

方案二：超薄磨耗層。

超薄磨耗層厚2.5cm，混合料為SMA—10熱拌瀝青混合料，攤鋪速度為15m/min左右，使用壽命為4 年。瀝青路面超薄磨耗層施工過程中CO2排放主要來自專用攤鋪機的燃油消耗。

方案三：稀漿封層。

稀漿封層層厚1cm，攤鋪速度為2km/h，使用壽命為3 年。稀漿封層施工過程中CO2排放主要來自稀漿封層車的燃油消耗，稀漿封層車的燃油消耗與工作速度、攤鋪厚度等參數(shù)有關(guān)。

按照相關(guān)方法計算上述3種罩面養(yǎng)護技術(shù)的原材料生產(chǎn)、原材料運輸和施工3 個階段的CO2排放量，結(jié)果見表3。

表3 罩面技術(shù)的CO2排放量

2.2 瀝青路面大中修養(yǎng)護技術(shù)

瀝青路面B由于路面結(jié)構(gòu)承載力不足、混合料質(zhì)量差或基層用料不當?shù)仍斐陕访鎿p壞，需要進行大中修養(yǎng)護[4]，常見大中修養(yǎng)護技術(shù)如下。

方案一：瀝青路面銑刨后加鋪瀝青層。

瀝青路面銑刨后加鋪5cm 厚的熱拌AC—13 瀝青混凝土，銑刨速度為5m/min，預(yù)計使用壽命為4年。

方案二：廠拌熱再生。

銑刨原瀝青路面，銑刨厚度為4cm；將回收瀝青混合料按照20%的比例摻配生產(chǎn)廠拌熱再生混合料，再鋪筑5cm的熱再生混合料，預(yù)計使用壽命為4年。

方案三：就地熱再生。

銑刨原瀝青路面，銑刨厚度為4cm；將回收瀝青混合料按照80%的比例摻配進行就地熱再生，再鋪筑5cm的再生混合料，預(yù)計使用壽命為3年。

按照相關(guān)方法計算上述3種大中修養(yǎng)護技術(shù)的原材料生產(chǎn)、原材料運輸和施工3 個階段的CO2排放量，結(jié)果見表4。

表4 大中修養(yǎng)護技術(shù)的CO2排放量

3 瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)CO2排放量的對比分析

由前文計算可知，不同養(yǎng)護技術(shù)的CO2排放量與排放強度存在較大差異。對不同的瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)進行比較分析，為科學選擇養(yǎng)護技術(shù)提供參考。

3.1 罩面養(yǎng)護

圖1、圖2 所示為三種罩面養(yǎng)護技術(shù)的CO2排放量與排放強度。由結(jié)果可知，同步碎石封層技術(shù)的CO2排放量和排放強度最低，超薄磨耗層的CO2排放量和排放強度最大。與超薄磨耗層相比，同步碎石封層的CO2排放量與排放強度分別降低了86%與82%；與稀漿封層相比，同步碎石封層的CO2排放量與排放強度降低了65%。超薄磨耗層與稀漿封層CO2排放量大的主要原因是瀝青用量較大。

圖1 罩面技術(shù)的CO2排放量

圖2 罩面技術(shù)的CO2排放強度

3.2 瀝青路面大中修養(yǎng)護技術(shù)

圖3、圖4 為三種大中修養(yǎng)護技術(shù)的CO2排放量與排放強度。由結(jié)果可知，三種養(yǎng)護技術(shù)的CO2排放量排序為：就地熱再生＜廠拌熱再生＜銑刨加鋪，三種養(yǎng)護技術(shù)的CO2排放強度排序為：廠拌熱再生＜就地熱再生＜銑刨加鋪。

圖3 不同大中修養(yǎng)護技術(shù)的CO2排放量

圖4 不同大中修養(yǎng)護技術(shù)的CO2排放強度

4 結(jié)語

根據(jù)原材料生產(chǎn)、原材料運輸和施工3個階段的CO2排放量計算方法，計算了3 種罩面養(yǎng)護技術(shù)和3 種大中修養(yǎng)護技術(shù)的CO2排放量與排放強度，通過對比分析發(fā)現(xiàn)：在罩面養(yǎng)護技術(shù)中，同步碎石封層技術(shù)的CO2排放量和排放強度都最小，環(huán)境友好性最好；在大中修養(yǎng)護技術(shù)中，就地熱再生的CO2排放量最小，廠拌熱再生的CO2排放強度最小。

[1] 蔡日升.瀝青混合料能耗與碳排放量化分析體系研究[D].西安：長安大學，2013.

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

[3] 潘美萍.基于LCA的高速公路能耗與碳排放計算方法研究及應(yīng)用[D].廣州：華南理工大學，2011.

[4] JTJ 073.2—2001，公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范[S].