銀 奕,吳開(kāi)慶

（1.廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530029; 2.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院,廣西 南寧 530020）

0 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人類過(guò)度的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成碳排放量與日俱增，產(chǎn)生溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球溫度升高，引發(fā)冰蓋融化、極端天氣、干旱和海平面升高等氣象災(zāi)害，對(duì)人類生存造成極大影響。公路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)施工是引發(fā)全球碳排放量不斷增加的主要原因之一。瀝青路面因其行車舒適、方便快捷、噪聲低等特點(diǎn)，已經(jīng)成為我國(guó)當(dāng)下公路建設(shè)施工中的主要路面形式。然而，在瀝青公路路面的修建與養(yǎng)護(hù)中，因?yàn)r青材料拌和與使用，需要大量使用集料、瀝青、改性劑等加工材料，此外，還需要將集料、瀝青等加熱到160 ℃左右，釋放了大量的溫室氣體，給氣候變化及生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重危機(jī)。在瀝青路面修筑施工的過(guò)程中，拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等設(shè)備耗費(fèi)了較多的燃油和電力 ，并產(chǎn)生了許多二氧化碳等溫室氣體。

因此，在瀝青公路建設(shè)中如何有效減少碳排放量，已成為建設(shè)部門的關(guān)注熱點(diǎn)，也引發(fā)了我國(guó)學(xué)術(shù)界對(duì)碳排放影響因素研究的廣泛關(guān)注。

閆強(qiáng)[1]等人根據(jù)碳排放因子法，根據(jù)路面施工指標(biāo)，構(gòu)建了瀝青路面的碳排放等級(jí)分級(jí)評(píng)估模式，選取了3種具有代表性的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其在原材料生產(chǎn)、原材料運(yùn)輸、路面施工3個(gè)階段總體的碳排放情況進(jìn)行研究，得出了水泥在原材料生產(chǎn)階段具有較大的碳排放量、瀝青路面結(jié)構(gòu)對(duì)原材料生產(chǎn)階段碳排放有顯著影響、集料在原材料運(yùn)輸階段所占碳排放比例較大等結(jié)論。

該文為研究分析公路施工期瀝青路面結(jié)構(gòu)類型對(duì)碳排放的影響，結(jié)合某公路建設(shè)項(xiàng)目的基本概況，擬定三種類型的瀝青路面結(jié)構(gòu)方案，建立碳排放量計(jì)算模型，對(duì)公路施工期碳排放進(jìn)行定量計(jì)算，分析各結(jié)構(gòu)類型對(duì)碳排放的影響。

1 研究項(xiàng)目概況

該文選取某城市公路建設(shè)項(xiàng)目為研究對(duì)象，該公路全長(zhǎng)約88.6 km，路基寬度約28.5 m。依據(jù)工程可行性研究報(bào)告，為雙向4車道的公路，且路面由瀝青混凝土修建而成，厚度約為72 cm。該次研究所選工程項(xiàng)目，雖然建設(shè)規(guī)模較小，但其施工技術(shù)較為復(fù)雜多樣，用于研究路面結(jié)構(gòu)類型對(duì)碳排放的影響分析，具有一定代表性。

2 研究方法

2.1 瀝青路面結(jié)構(gòu)類型的擬定

瀝青路面通常由面層、基層、底基層和墊層組成，其中，面層為瀝青路面的表層，直接承受車輪荷載的反復(fù)作用和自然因素的影響；基層處于面層之下，是起重要承重作用的層次，對(duì)其使用材料的強(qiáng)度有較高要求；底基層位于基層之下，也承擔(dān)著一定的承重作用，其使用材料的強(qiáng)度要求低于基層材料；墊層設(shè)置于底基層與土層之間，起到排水、隔水、防凍、防污的作用[2]。

在研究所選的公路建設(shè)工程中[1]，瀝青路面施工期間所產(chǎn)生的碳排放情況非常明顯，所以該文將從路面結(jié)構(gòu)類型角度出發(fā)，研究其對(duì)碳排放的影響。首先需要擬定影響公路施工期間碳排放的路面結(jié)構(gòu)類型[2]，如圖1所示。

圖1 擬定瀝青路面結(jié)構(gòu)類型圖

結(jié)合所研究工程的基本概況，本次研究擬定了三種類型的瀝青路面結(jié)構(gòu)方案：方案一是典型的半剛性基層瀝青路面；方案二為從各層厚度的角度對(duì)方案一的路面進(jìn)行改進(jìn)后的半剛性基層瀝青路面；方案三為從各層選用材料的角度對(duì)方案一的路面進(jìn)行改進(jìn)后的半剛性基層瀝青路面。

綜合考慮該公路建設(shè)施工要求以及工程造價(jià)等因素，這三種類型的瀝青路面結(jié)構(gòu)為復(fù)合式結(jié)構(gòu)，其中方案一是典型的半剛性基層結(jié)構(gòu)；方案二并未改變?cè)紴r青路面結(jié)構(gòu)的各基層材料，但將整體厚度提升了22 cm，以提升瀝青路面基層的抗車轍性能；方案三將原始細(xì)粒式瀝青混凝土面層，轉(zhuǎn)換為同等厚度的瀝青瑪蹄脂碎石層，并將原始粗粒式瀝青混凝土面層，轉(zhuǎn)換為同等厚度的瀝青穩(wěn)定碎石面層，以增強(qiáng)瀝青路面的排水效果[3]。

在擬定好瀝青路面結(jié)構(gòu)類型后，需要對(duì)上述三種路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算[3]，通常不同氣溫下的公路瀝青路面結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生不同程度的損壞，所以需要結(jié)合我國(guó)公路路面設(shè)計(jì)規(guī)范，確定這三種類型的瀝青路面結(jié)構(gòu)溫度調(diào)整系數(shù)，進(jìn)行路面穩(wěn)定層疲勞開(kāi)裂驗(yàn)算[4]。

由于該次研究所選的瀝青路面結(jié)構(gòu)類型，均屬于半剛性集成結(jié)構(gòu)，所以僅需通過(guò)拉應(yīng)力與變形量這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)驗(yàn)算各瀝青路面結(jié)構(gòu)的疲勞開(kāi)裂情況，最終驗(yàn)算結(jié)果如表1所示。

由表1可知，這三種類型公路瀝青路面結(jié)構(gòu)方案，最終驗(yàn)算結(jié)果均滿足我國(guó)公路路面設(shè)計(jì)規(guī)范，可以用于碳排放影響分析研究中。

表1 公路瀝青路面結(jié)構(gòu)疲勞開(kāi)裂驗(yàn)算結(jié)果表

2.2 公路施工期碳排放的計(jì)算

碳排放[4]主要是二氧化碳等溫室氣體的總體排放量。由于公路施工是一個(gè)復(fù)雜且龐大的工程項(xiàng)目，涉及眾多施工技術(shù)，在原料生產(chǎn)中，如石料開(kāi)采、瀝青煉制、施工中瀝青混合、鋪面碾壓、振動(dòng)壓路機(jī)等都要消耗巨大的電能、熱能、天然氣等，同時(shí)，大量二氧化碳排放量也會(huì)對(duì)地球造成巨大的污染[5]。為使公路施工期碳排放量數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果更為精準(zhǔn)，該文設(shè)計(jì)一個(gè)施工期碳排放計(jì)算模型[5]。

當(dāng)下，我國(guó)公路施工碳排放量計(jì)算主要依靠碳排放因子法來(lái)實(shí)現(xiàn)，不僅計(jì)算量極大，而且所需計(jì)算成本較高，并不適用于該文研究中，所以該文從公路瀝青路面施工期的施工材料與施工設(shè)備兩個(gè)方面著手，建立一個(gè)碳排放的定量計(jì)算模型。

在公路瀝青路面施工過(guò)程中，通常會(huì)使用翻斗車、拖拉機(jī)、自卸汽車等運(yùn)輸車輛將瀝青材料運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，所以在公路瀝青路面施工期由施工材料所產(chǎn)生的碳排放主要由材料運(yùn)輸量、運(yùn)輸車輛等相關(guān)因素所決定，那么該文參考《2018公路工程預(yù)算定額》，設(shè)計(jì)如下式所示的公路施工期瀝青材料運(yùn)輸產(chǎn)生碳排放計(jì)算模型：

式中，P1——公路施工期瀝青材料運(yùn)輸時(shí)造成的碳排放定量數(shù)據(jù)；Bcl——瀝青材料運(yùn)輸車c每行駛1 km所需臺(tái)班量數(shù)據(jù)；Vcl——瀝青材料運(yùn)輸車c運(yùn)輸瀝青材料l至施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，所行駛的距離數(shù)據(jù)；Qcl——c的燃料消耗量數(shù)據(jù)；Ycl——c的碳排放因子；Gcl——施工中所運(yùn)輸?shù)臑r青材料l重量數(shù)據(jù)；m——瀝青運(yùn)輸車輛的種類數(shù)目；n——瀝青材料種類數(shù)目。

關(guān)于公路瀝青路面施工期間，現(xiàn)場(chǎng)的施工機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的碳排放主要與施工設(shè)備種類以及所使用燃料等因素有關(guān)，該文同樣參考《2018公路工程預(yù)算定額》，設(shè)計(jì)如下式所示的公路施工期現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備產(chǎn)生碳排放計(jì)算模型：

式中，P2——公路施工期現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備運(yùn)行造成的碳排放定量數(shù)據(jù)；Si——第i臺(tái)施工機(jī)械設(shè)備的臺(tái)班量數(shù)據(jù)；Ri——第i臺(tái)施工機(jī)械設(shè)備的燃油量數(shù)據(jù)；Yi——第i臺(tái)施工機(jī)械設(shè)備的碳排放因子；N——公路瀝青路面施工期所使用的機(jī)械設(shè)備總數(shù)量。

由此可知，該次研究所建立的公路施工期碳排放定量計(jì)算模型為：

式中，P——公路施工期碳排放定量計(jì)算模型；P3——公路瀝青路面結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，由瀝青混凝土拌和、攤鋪、壓實(shí)等工序產(chǎn)生的碳排放，該數(shù)據(jù)需要實(shí)測(cè)獲取，這里不再做詳細(xì)介紹。綜上所述，該次研究在計(jì)算不同類型的瀝青路面結(jié)構(gòu)施工期所產(chǎn)生的碳排放量時(shí)，不僅考慮了施工現(xiàn)場(chǎng)的施工機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中與瀝青材料使用過(guò)程中所產(chǎn)生的碳排放量，還包括了原材料加工完成后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中所產(chǎn)生的碳排放量，可以使后期的公路施工期碳排放影響分析更為精確。

3 結(jié)果分析

根據(jù)上述公式，獲得研究所選公路工程的瀝青路面施工期碳排放量計(jì)算結(jié)果，如表2所示。

表2 各類型的瀝青路面施工碳排放量計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，繪制如圖2、3、4所示的公路施工碳排放占比圖。

圖2 瀝青路面結(jié)構(gòu)方案一施工期碳排放占比圖

根據(jù)該次研究結(jié)果可知，該文選用的三種類型的瀝青路面結(jié)構(gòu)施工期的碳排放量按大小順序排序如下：施工設(shè)備運(yùn)行＞瀝青材料使用＞瀝青材料運(yùn)輸，且施工設(shè)備運(yùn)行與瀝青材料使用過(guò)程為主要碳排放階段，三種方案的占比均在75%以上。主要是因?yàn)樵谑┕C(jī)械設(shè)備的運(yùn)行中以及瀝青材料的拌和、攤鋪等工序中，具有較高的碳排放因子，造成碳排放量劇增。其中方案一與方案三的整體碳排放量極為接近，這主要是因?yàn)檫@兩種方案下的瀝青路面結(jié)構(gòu)較為相似。而方案二的瀝青材料使用過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放量較其他兩種方案大大增加，主要是因?yàn)榉桨付性黾恿怂喾€(wěn)定碎石基層的厚度，施工中所需拌和及攤鋪等工序的施工材料量更大，導(dǎo)致整體碳排放量最大。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著公路網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，碳排放污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，節(jié)能減排工作成為公路建設(shè)關(guān)鍵任務(wù)。該文在查閱總結(jié)大量資料的基礎(chǔ)上，遵循科學(xué)合理的原則，對(duì)不同類型的公路瀝青路面結(jié)構(gòu)施工中所產(chǎn)生的碳排放進(jìn)行了定量計(jì)算，并在計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上，針對(duì)各類型的瀝青路面結(jié)構(gòu)施工對(duì)碳排放的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，瀝青路面結(jié)構(gòu)施工不同階段的碳排放量不同，遵循施工設(shè)備運(yùn)行＞瀝青材料使用＞瀝青材料運(yùn)輸?shù)囊?guī)律；施工設(shè)備運(yùn)行與瀝青材料使用過(guò)程的碳排放量均占75%以上。不同類型瀝青路面結(jié)構(gòu)施工中，基層厚度、所選材料與施工階段均對(duì)碳排放量有影響。當(dāng)然，公路建設(shè)的碳排放影響分析是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，該文目前僅對(duì)施工期間的碳排放影響因素進(jìn)行了初步探討，今后將對(duì)公路工程全部時(shí)期的碳排放影響因素展開(kāi)深入研究，為環(huán)境保護(hù)工作提供理論依據(jù)。

圖3 瀝青路面結(jié)構(gòu)方案二施工期碳排放占比圖

圖4 瀝青路面結(jié)構(gòu)方案三施工期碳排放占比圖