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        基于常溫瀝青鋪筑技術(shù)的節(jié)能減排效果評價

        2020-09-29 09:41:34孫玉花屈磊郭朝陽
        中國公路 2020年17期
        關(guān)鍵詞:鋪筑常溫排放量

        孫玉花 屈磊 郭朝陽

        (1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)公路養(yǎng)護(hù)中心,新疆 烏魯木齊 830002;2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)公路科學(xué)技術(shù)研究所,新疆 烏魯木齊 830002)

        一、引言

        截至2019年末,全國公路總里程501.25萬公里,瀝青路面鋪筑方式大多采用熱拌熱鋪方式。傳統(tǒng)熱拌熱鋪瀝青路面施工溫度高(160℃~180℃),生產(chǎn)能耗大、再生利用率低、不宜冬季施工和遠(yuǎn)距離施工。根據(jù)國內(nèi)學(xué)者彭波等研究表明,集料加熱、瀝青加熱和混合料拌合環(huán)節(jié)的能耗碳排放分別占熱拌瀝青混合料能耗碳排放總量的65.62%、15.3%和12.22%;碾壓、攤鋪環(huán)節(jié)的高溫?fù)]發(fā)碳排放分別占瀝青混合料高溫?fù)]發(fā)碳排放總量的91.56%和7.02%。

        與常規(guī)瀝青混合料的主要區(qū)別在于:“常溫”主要相對于熱拌、溫拌、冷拌而言,其瀝青混合料拌和溫度低于普通的熱拌、溫拌瀝青混合料,瀝青結(jié)合料需要在90℃~100℃進(jìn)行拌和,但攤鋪、碾壓溫度又與一般的冷拌材料相當(dāng),可以在10℃~-40℃范圍內(nèi)進(jìn)行攤鋪和碾壓,可大大減少瀝青混合料在拌和、攤鋪、及碾壓過程中能源消耗和有害氣體排放。

        二、常溫混合料鋪筑技術(shù)特點(diǎn)

        針對我國不同地區(qū)道路狀況、氣候、材料特點(diǎn)及各級公路瀝青路面使用需求,項(xiàng)目組創(chuàng)建了適用于不同工況的常溫瀝青路面全套施工技術(shù)體系。

        1.超薄罩面技術(shù)。該技術(shù)解決了瀝青面層銑刨和罩面時最小厚度不能低于2cm厚度、普通攤鋪機(jī)不能攤鋪超薄罩面層的技術(shù)難題。通過該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)攤鋪厚度達(dá)1cm;且攤鋪、碾壓溫度降低到40℃~90℃;施工過程即鋪即通,方便快捷;通過檢測,耐久性、抗裂性和舒適性優(yōu)于微表處等常規(guī)預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)。

        2.大摻量舊料再生技術(shù)。該技術(shù)突破了現(xiàn)行規(guī)范再生料摻加比例不能大于30%的規(guī)定,實(shí)現(xiàn)了舊瀝青混合料大摻量常溫再生,再生率最高可達(dá)到80%。通過檢測,再生料常溫拌和后,溫度降低到80℃~130℃,避免舊瀝青混合料二次加熱老化。鋪筑后再生料高溫性能優(yōu)越,低溫、抗疲勞開裂性能與新拌混合料相當(dāng)。

        3.低溫可儲施工技術(shù)。該技術(shù)在密封常溫條件下,存儲時間達(dá)6個月,而同類乳化類冷補(bǔ)料需在20℃左右保存,存放期只有3天~7天;該技術(shù)3天后即可形成強(qiáng)度,而同類柴油型溶劑類冷補(bǔ)料需要1個月~3個月后柴油完全揮發(fā)之后強(qiáng)度才逐漸形成。常溫混合料鋪筑技術(shù)特點(diǎn)與常規(guī)瀝青混合料在拌和攤鋪過程中的對比如表1所示。

        表1 常溫與常規(guī)瀝青混合料在拌和攤鋪過程中的對比

        表2 常溫與常規(guī)瀝青混合料鋪筑1km路面能源消耗量表

        三、節(jié)能減排評估方法

        本次節(jié)能減排的評估包括常溫混合料、常規(guī)混合料的對比分析,技術(shù)方面包括超薄罩面、大摻量舊料再生、低溫可儲施工技術(shù)節(jié)能減排效果對比分析。節(jié)能減排的評估范圍包括集料供料、集料加熱、瀝青加熱和混合料拌和等生產(chǎn)環(huán)節(jié),混合料的運(yùn)輸環(huán)節(jié),混合料的鋪裝、碾壓等施工環(huán)節(jié)的全流程評估。

        本次評價節(jié)能減排評價指標(biāo):節(jié)能指標(biāo)選取噸標(biāo)準(zhǔn)煤。將消耗的柴油、天然氣、電力等換算成標(biāo)準(zhǔn)煤。減排指標(biāo):溫室氣體排放CO2,SO2、NOx、有機(jī)物材料、可溶性苯等。

        選取的依托試驗(yàn)路段位于新疆五家渠市檢羊線,三級公路,A路段采用常溫瀝青混合料進(jìn)行鋪筑,鋪筑里程1km、7.5m寬、4cm厚常溫路面,AC13上面層,毛體積密度2.4,油石比5%,常溫改性劑:瀝青=1:10。B路段采用常規(guī)瀝青混合料進(jìn)行鋪筑,鋪筑里程1km、7.5m寬、4cm厚常規(guī)路面,AC13上面層,油石比5.2%,毛體積密度2.4。常溫與常規(guī)瀝青混合料鋪筑1km路面能源消耗量如表2所示。

        四、節(jié)能減排效果評價

        根據(jù)各瀝青混合料及不同技術(shù)的能源消耗數(shù)據(jù),按照柴油密度0.84kg/L和天然氣密度0.7174kg/Nm3折算,以及《綜合能耗計(jì)算通則》和《企業(yè)節(jié)能量計(jì)算方法》中的折標(biāo)系數(shù)計(jì)算能源消耗量。

        表3 常溫、常規(guī)混合料能源消費(fèi)量

        表4 常溫、常規(guī)混合料能源消費(fèi)量對比

        (一)常溫、常規(guī)混合料節(jié)能對比

        綜上,使用常溫瀝青混合料鋪筑1km瀝青路面可比熱拌瀝青混合料節(jié)約能源消耗3.6t標(biāo)準(zhǔn)煤,約節(jié)能36.57%,可比溫拌瀝青混合料節(jié)約能源消耗1.82t標(biāo)準(zhǔn)煤,約節(jié)能22.60%。

        (二)各類技術(shù)對比

        各類低溫施工、薄層罩面、溫再生、冷補(bǔ)4種技術(shù)的不同混合料的能源消費(fèi)量計(jì)算方法同上。并對同樣鋪筑1km、7.5米寬的雙車道路面,不同混合料之間的能源消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。具體數(shù)據(jù)如表3~表7所示。

        表5 常溫及同類薄層罩面技術(shù)能源消費(fèi)量對比

        表6 常溫及常規(guī)舊料再生技術(shù)能源消費(fèi)量對比

        表7 常溫及同類低溫施工技術(shù)能源消費(fèi)量對比

        五、減排效果評價

        (一)溫室氣體排放

        根據(jù)表6、表7各瀝青混合料及不同技術(shù)的能源消耗數(shù)據(jù),按照柴油密度0.84kg/L和天然氣密度0.7174kg/Nm3折算,以及《工業(yè)其他行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南》的要求和最新的2015年全國電網(wǎng)平均排放因子0.6101tCO2/MWh計(jì)算。

        1. 常溫與常規(guī)混合料鋪筑對比

        常溫混合料技術(shù)鋪筑后的溫室氣體排放量計(jì)算過程及結(jié)果如表8~表10所示。

        常規(guī)混合料的排放量計(jì)算如表11~表13所示。

        常溫、常規(guī)混合料排放量對比如表14所示。

        綜上,使用常溫瀝青混合料鋪筑1km瀝青路面可比熱拌瀝青混合料減少溫室氣體排放5.84 tCO2e,約減少33.88%,可比溫拌瀝青混合料減少溫室氣體排放2.96tCO2e,約減少20.61%。

        2. 常溫與常規(guī)混合料不同鋪筑技術(shù)節(jié)能減排效果對比

        常溫與常規(guī)薄層罩面、溫再生、低溫施工3種技術(shù)的不同混合料的溫室氣體排放量計(jì)算方法同上。并對同樣鋪筑1km、7.5m寬的雙車道路面,不同混合料之間的溫室氣體排放量數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。

        (二)有害物質(zhì)排放

        傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料生產(chǎn)、拌和鋪筑過程中會產(chǎn)生大量的有害氣體及煙塵,污染環(huán)境。項(xiàng)目組通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)使用常溫瀝青混合料大幅減少了有害氣體和煙塵的排放,比熱拌混合料具有明顯的減排效果。

        表8 常溫化石燃料燃燒排放量計(jì)算

        表9 常溫生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用電力排放量計(jì)算

        表10 常溫各個階段排放總量匯總

        表11 常規(guī)化石燃料燃燒排放量計(jì)算

        表12 常規(guī)生產(chǎn)環(huán)節(jié)凈購入使用電力排放量計(jì)算

        表13 常規(guī)各個階段排放總量匯總

        表14 常溫、常規(guī)混合料排放量對比

        表15 常溫及常規(guī)薄層罩面技術(shù)排放量對比

        表16 常溫及同類低溫施工技術(shù)排放量對比

        表17 常溫及常規(guī)舊料再生技術(shù)排放量對比

        參考美國聯(lián)邦公路局對水性溫拌材料的排放測試結(jié)果及國內(nèi)研究《溫拌瀝青混合料技術(shù)及最新研究》《溫拌瀝青混合料施工關(guān)鍵技術(shù)研究》結(jié)果,選取其中最保守的分析,當(dāng)降溫在40℃左右時,可減少SO2排放約45%、NOx排放60%、有機(jī)物材料排放41%,可溶性苯的排放量達(dá)到檢測規(guī)定值以下。常溫瀝青混合料具有比溫拌材料更低的拌和及鋪筑溫度,比熱拌可降溫60℃~90℃,有害氣體及煙塵最高可減少50%,有害物質(zhì)的排放效果更顯著。

        六、結(jié)語

        綜上所述,能源消耗、碳及有害物質(zhì)排放主要集中在瀝青混合料加熱、拌和、碾壓、攤鋪階段,常溫瀝青混合料鋪筑技術(shù)具有顯著的節(jié)能減排效果,主要在于常溫瀝青混合料成套施工技術(shù)在拌和、攤鋪過程中加熱、拌和、鋪筑溫度比常規(guī)瀝青混合料低,在鋪筑完畢運(yùn)營后常溫與常規(guī)瀝青混合料節(jié)能減排效果無明顯差別。

        節(jié)能方面,使用常溫瀝青混合料鋪筑1km瀝青路面可比熱拌瀝青混合料節(jié)約能源消耗3.59t標(biāo)準(zhǔn)煤,約節(jié)能36.57%,可比溫拌瀝青混合料節(jié)約能源消耗1.82t標(biāo)準(zhǔn)煤,約節(jié)能22.60%。在3種應(yīng)用技術(shù)中,各類低溫施工、薄層罩面和溫再生技術(shù)下使用常溫瀝青混合料均比同類常規(guī)瀝青混合料節(jié)能,節(jié)約能源消耗分別為5.50、1.76、3.62t標(biāo)準(zhǔn)煤/公里。

        減少溫室氣體排放方面,使用常溫瀝青混合料鋪筑1km瀝青路面可比熱拌瀝青混合料減少溫室氣體排放5.84 tCO2e,約減少33.88%。在3種應(yīng)用技術(shù)中,除改性冷補(bǔ)技術(shù)外,各類低溫施工、薄層罩面和再生技術(shù)下使用常溫瀝青混合料均比同類常規(guī)瀝青混合料溫室氣體排放要少,分別為9.51、2.87、5.82tCO2e/公里。

        以常溫改性混合料為核心的瀝青路面建設(shè)成套技術(shù),解決了瀝青路面施工溫度高、能耗大、材料循環(huán)利用率低、養(yǎng)護(hù)效益低的難題,引領(lǐng)瀝青路面建養(yǎng)向低碳環(huán)保節(jié)能方向發(fā)展。

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