熱拌瀝青混合料拌和過程的能耗及碳排放測(cè)算

摘要：熱拌瀝青混合料的拌和能耗在施工總能耗中占有極大比重。本文首先計(jì)算密級(jí)配熱拌瀝青混合料的比熱容，然后分析氣溫、出料溫度和混合料空隙率對(duì)拌和能耗的影響，提出一種熱拌瀝青混合料拌和過程的碳排放測(cè)算方法。研究結(jié)果表明，氣溫和出料溫度對(duì)密級(jí)配熱拌瀝青混合料的拌和能耗有顯著影響，能耗差異率介于39.13%～40.32%；隨著氣溫升高，熱拌瀝青混合料拌和能耗降低3.12%～17.86%；在相同氣溫下，出料溫度越高，能耗降低越少。本研究可為熱拌瀝青混合料拌和過程的碳排放測(cè)算及控制提供參考。

關(guān)鍵詞：熱拌瀝青混合料；拌和能耗；氣溫；出料溫度；碳排放

中圖分類號(hào)：U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）02-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.02.054

Calculation of Energy Consumption and Carbon Emissions During the Mixing Process of Hot Mix Asphalt Mixture

ZHONG Peiyuan

（Guizhou Institute of Technology， Guiyang 550003， China）

Abstract： The mixing energy consumption of hot mix asphalt mixture accounts for a significant proportion of the total construction energy consumption. This paper first calculates the specific heat capacity of dense graded hot mix asphalt mixture， and then analyzes the effects of temperature， discharge temperature， and mixture porosity on mixing energy consumption， and proposes a carbon emission calculation method for the mixing process of hot mix asphalt mixture. The research results indicate that temperature and discharge temperature have a significant impact on the mixing energy consumption of dense graded hot mix asphalt mixture， with a difference rate of energy consumption ranging from 39.13% to 40.32%; as the temperature increases， the energy consumption of hot mix asphalt mixture decreases by 3.12% to 17.86%; at the same temperature， the higher the discharge temperature， the less energy consumption decreases. This study can provide reference for carbon emission calculation and control during the mixing process of hot mix asphalt mixtures.

Keywords： hot mix asphalt mixture; mixing energy consumption; temperature; discharge temperature; carbon emission

瀝青路面以其平整度好、行車舒適性高、開放交通快等優(yōu)點(diǎn)，已成為我國高等級(jí)公路和城市道路的主要形式。根據(jù)施工溫度的不同，瀝青路面的施工工藝可分為熱拌、溫拌和冷拌3種，而熱拌瀝青混合料質(zhì)量高而穩(wěn)定，長(zhǎng)期以來，它都是我國新建瀝青路面和瀝青路面大中修工程的主要施工材料[1-3]。熱拌瀝青路面是拌和樓將瀝青和礦料加熱至一定溫度后，通過拌和、攤鋪、碾壓而形成的路面結(jié)構(gòu)。拌和過程需要消耗大量電力及化石能源，并通過熱傳導(dǎo)的形式使瀝青混合料加熱升溫，達(dá)到需要的施工溫度。拌和過程的能耗直接影響工程施工成本，也與碳排放及其他廢氣排放量存在直接關(guān)系[4-5]。在碳達(dá)峰碳中和（簡(jiǎn)稱雙碳）的背景下，研究熱拌瀝青混合料拌和過程的能耗，有助于優(yōu)化施工工藝，降低能源消耗、經(jīng)濟(jì)成本和碳排放量。本文研究出料溫度、施工氣溫和混合料空隙率對(duì)拌和能耗的影響，提出熱拌瀝青混合料拌和過程的碳排放量計(jì)算方法，可為瀝青路面施工工藝優(yōu)化和節(jié)能降碳提供借鑒。

1 拌和過程的能耗分析

在拌和過程中，熱拌瀝青混合料的升溫是通過熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)的，而熱傳導(dǎo)過程中吸收熱量與升溫的關(guān)系如式（1）所示。對(duì)于密級(jí)配熱拌瀝青混合料，其比熱容與混合料空隙率有關(guān)，并滿足式（2）的關(guān)系。根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F 40—2004），密級(jí)配瀝青混凝土空隙率為3%～5%，瀝青瑪蹄脂碎石空隙率為3%～4%。因此，通過式（2）可以計(jì)算出各空隙率混合料的比熱容。

Q=cm?T（1）

c=-2.364 6V 3+30.693V 2-114.72V+1 114.6（2）

式中：Q為吸熱量，kJ；c為混合料的比熱容，J/t；m為瀝青混合料質(zhì)量，t；?T為瀝青混合料升高溫度，℃；V為瀝青混合料的空隙率，%。

熱拌瀝青混合料的出料溫度隨瀝青材料的標(biāo)號(hào)變化，且瀝青路面不得在氣溫低于5 ℃的情況下施工。以70號(hào)道路石油瀝青為例，其出料溫度要求為145～165 ℃。假定原材料的初始加熱溫度與氣溫一致，通過式（1）計(jì)算不同氣溫和出料溫度下的能耗。以空隙率3%為例，采用式（2）計(jì)算，其比熱容為982.83 J/t，則熱拌瀝青混合料拌和能耗計(jì)算結(jié)果如

表1所示。

從表1可以看出，不同出料溫度和氣溫下，拌和最低能耗為113 025.77 kJ/t，最高能耗為157 253.25 kJ/t，

相差39.13%。隨著氣溫的升高，拌和能耗顯著降低，相對(duì)于5 ℃氣溫，各氣溫條件下，拌和能耗降低比例保持在3.12%～17.86%。在相同氣溫下，出料溫度越高，能耗降低越少。

采用同樣的方法，可以計(jì)算出不同空隙率時(shí)最高能耗相對(duì)于最低能耗的增加幅度（能耗差異率），如表2所示。

從表1和表2可以看出，不同空隙率情況下，密級(jí)配熱拌瀝青混合料在不同氣溫和出料溫度下的能耗差異率介于39.13%～40.32%，即瀝青混合料空隙率對(duì)熱拌瀝青混合料拌和能耗有一定的影響，但影響并不顯著，瀝青混合料的拌和能耗主要受氣溫和出料溫度的影響。

2 拌和過程的碳排放測(cè)算

為測(cè)算密級(jí)配熱拌瀝青混合料拌和過程的碳排放，將表1的能耗換算為標(biāo)準(zhǔn)煤的理論消耗量，且僅計(jì)算不考慮能量損失時(shí)的理論消耗量，結(jié)果如表3所示。瀝青混合料拌和機(jī)加熱混合料所采用的能源形式包括電能、柴油和煤炭。其中，當(dāng)使用柴油和煤炭時(shí)，其碳排放量可通過能源消耗量乘以碳排放因子獲得，如式（3）所示。

C=PE（3）

式中：C為碳排放量；P為柴油或煤炭的碳排放系數(shù)；E為柴油或煤炭換算為標(biāo)準(zhǔn)煤的消耗量。

參照《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒2022》的推薦值，分別取柴油和煤炭的標(biāo)準(zhǔn)煤轉(zhuǎn)換因子為2.741 2 kg CO2/kg、

2.168 1 kg CO2/kg。因此，將表3數(shù)據(jù)代入式（3），即可得到空隙率為3%時(shí)熱拌瀝青混合料采用煤炭或柴油作為能源的碳排放量，結(jié)果如表4所示。當(dāng)不考慮能量損耗時(shí)，每拌和1 t瀝青混合料，大約會(huì)產(chǎn)生10 kg的CO2排放。

采用電能作為加熱能源時(shí)，理論上不會(huì)因?yàn)槟茉聪亩a(chǎn)生直接碳排放，但我國目前的發(fā)電形式仍以火力發(fā)電為主，這一過程不可避免地消耗化石能源，并產(chǎn)生碳排放。目前，我國火力發(fā)電量約占總發(fā)電量的70%。因此，以電力消耗量的70%為火力發(fā)電量來進(jìn)行碳排放計(jì)算。火力發(fā)電的碳排放量可采用式（4）進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表5所示。

C電=P電E電×70%（4）

式中：C電為消費(fèi)電力所產(chǎn)生的碳排放量；P電為電網(wǎng)平均排放因子，采用全國電網(wǎng)平均排放因子，即0.570 3 kg CO2/（kW·h）；E電為電能的消費(fèi)量。

從表5可以看出，當(dāng)采用電能作為瀝青混合料拌和能源時(shí)，每拌和1 t瀝青混合料，大約會(huì)產(chǎn)生15 kg的CO2排放。然而，這并不意味著采用電能比采用煤炭和柴油的碳排放量高，原因是計(jì)算煤炭和柴油碳排放量時(shí)未考慮能量損耗，但計(jì)算采用電能的碳排放量時(shí)，電網(wǎng)平均排放因子考慮發(fā)電廠的能源損耗。盡管如此，本文提供一種熱拌瀝青混合料拌和過程的碳排放測(cè)算方法，可為熱拌瀝青混合料施工的碳排放測(cè)算及控制提供參考。

3 結(jié)論

氣溫和出料溫度對(duì)密級(jí)配熱拌瀝青混合料的拌和能耗有顯著影響，能耗差異率介于39.13%～40.32%，

而隨著氣溫升高，熱拌瀝青混合料拌和能耗降低3.12%～17.86%，在相同氣溫下，出料溫度越高，能耗降低越少。當(dāng)采用柴油及煤油作為燃料時(shí)，每拌和1 t瀝青混合料，大約會(huì)產(chǎn)生10 kg的CO2排放；采用電能時(shí)，每拌和1 t瀝青混合料，大約會(huì)產(chǎn)生15 kg的CO2排放。本研究提供一種熱拌瀝青混合料拌和過程的碳排放測(cè)算方法，可為熱拌瀝青混合料施工的碳排放測(cè)算與控制提供參考。

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