再生技術(shù)對瀝青混凝土生命周期環(huán)境負荷的影響

賈曉娟，趙滿喜，余劍英

（1.武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，湖北 武漢　430070；2.葛洲壩武漢道路材料有限公司，湖北 武漢　430223）

再生技術(shù)對瀝青混凝土生命周期環(huán)境負荷的影響

賈曉娟1，2，趙滿喜1，余劍英1

（1.武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，湖北 武漢430070；2.葛洲壩武漢道路材料有限公司，湖北 武漢430223）

采用生命周期評價方法，研究評價了不同再生技術(shù)對瀝青混凝土生命周期中資源利用、能源消耗和環(huán)境排放的影響。研究表明，就地熱再生對再生瀝青混凝土制備的環(huán)境負荷影響最大，其次分別為廠拌熱再生、廠拌冷再生、就地冷再生，但綜合考慮不同再生技術(shù)生產(chǎn)的瀝青混凝土所鋪筑路面的使用壽命，按年平均環(huán)境負荷影響計算，則廠拌熱再生的影響最小，其次為廠拌冷再生、就地冷再生，就地熱再生影響最大。

瀝青混凝土；再生技術(shù)；生命周期評價；環(huán)境負荷

廢舊瀝青混合料再生是將從瀝青路面回收的廢棄瀝青混凝土與新集料、新瀝青、再生劑等按一定比例拌合，重新用于瀝青路面的鋪筑。根據(jù)廢舊瀝青混合料再生工藝的不同，可將再生技術(shù)分為廠拌熱再生、就地熱再生、廠拌冷再生和就地冷再生。廠拌熱再生技術(shù)是將需要再生的廢舊瀝青混合料從路面現(xiàn)場運送到拌和廠進行再生，制成熱拌再生瀝青混合料；就地熱再生技術(shù)是在路面現(xiàn)場，采用專用就地熱再生設備對路面進行一定處理后直接再生；廠拌冷再生技術(shù)是將瀝青混合料舊料運送到拌和廠，在常溫下進行拌和再生制成冷拌再生瀝青混合料；就地冷再生則是采用專用就地冷再生設備，在路面現(xiàn)場常溫下進行再生［1］。

生命周期評價（LCA）是一種對產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝從原材料的采集到產(chǎn)品生產(chǎn)、使用直至廢棄回收整個生命周期過程中物質(zhì)消耗、能源消耗和環(huán)境損害等綜合環(huán)境負荷進行定量化評價的方法［2-3］。該方法作為一種重要的環(huán)境管理工具已被廣泛應用于產(chǎn)品的生態(tài)設計、清潔生產(chǎn)技術(shù)評價與研發(fā)、環(huán)境標志與聲明、環(huán)境政策制定等諸多領域［4］。在瀝青路面材料環(huán)境影響評價中，LCA分析也越來越多地被納入考量范疇［5］。劉鋼［6］應用LCA對不同道路新技術(shù)進行了能耗和環(huán)境影響評估，結(jié)果表明，直投式改性方案從能耗方面具有很大的優(yōu)勢。王紅芬等［7］分析了LCA在綠色建材評價方法的應用優(yōu)勢和不足，探討了綠色建材評價體系未來方展方向。

本文基于LCA方法，分析評價了不同再生技術(shù)對瀝青混凝土生命周期中環(huán)境負荷的影響。

1　研究方法

根據(jù)ISO 14040～14044規(guī)范，LCA技術(shù)框架由4個相互關(guān)聯(lián)的部分組成：

（1）目標與范圍的定義。包括研究背景、研究目的、研究對象、研究范圍及功能單位的確定。

（2）清單分析。通過量化待研究產(chǎn)品系統(tǒng)的原材料、能量的消耗和廢棄物排放情況，建立此系統(tǒng)的整個生命周期清單。

（3）影響評價。以清單分析中列出的資源能源消耗和污染物排放清單為依據(jù)，對清單分析的結(jié)果進行定量或定性分析。

（4）結(jié)果解釋。對數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的結(jié)果進行分析，找出產(chǎn)品系統(tǒng)的環(huán)境改善潛力，并提出有效可行的建議。

本文主要考慮不可再生資源消耗（ADP）、溫室效應（GWP）、酸化效應（AP）、光化學煙霧（POPC）和人體健康損害（HT）5種環(huán)境影響類型［8］?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)主要通過調(diào)研獲得，背景數(shù)據(jù)主要來源于公開數(shù)據(jù)庫［9-10］。運用生命周期評價方法對所收集數(shù)據(jù)進行清單分析和影響評價，從而獲得1功能單位不同再生技術(shù)生產(chǎn)的瀝青混凝土的各類環(huán)境影響指標值及各生產(chǎn)階段的環(huán)境影響程度。

2　再生瀝青混凝土LCA評價

2.1目標與范圍定義

2.1.1目標定義

對我國4種不同再生技術(shù)瀝青混凝土進行生命周期評價，以期為本地化再生瀝青混凝土LCA數(shù)據(jù)庫的建立及低碳建筑生命周期環(huán)境負荷評價提供基礎數(shù)據(jù)。

2.1.2功能單位的確定

規(guī)定鋪筑1 km結(jié)構(gòu)為4 cm AC-13上面層+6 cm AC-20中面層+8 cm AC-25下面層、寬為3.75 m的瀝青路面單行車道所需的瀝青混凝土總量為1功能單位。

2.1.3系統(tǒng)邊界確定

研究范圍包括廢舊瀝青混凝土運輸、重新拌合、瀝青路面攤鋪和碾壓。主要考慮瀝青混凝土生產(chǎn)工藝過程及與瀝青路面建設相關(guān)的原料開采、能源生產(chǎn)及運輸過程產(chǎn)生的環(huán)境影響。瀝青混凝土生命周期評價的邊界條件見圖1。

圖1　瀝青混凝土生命周期評價的邊界條件

瀝青混凝土生命周期中環(huán)境負荷評價的具體項目如下：

（1）能源消耗：重油和電力的消耗；

（2）污染物排放：CO、CO2、SO2、NOX、NMVOC、CH4和顆粒物。

2.2清單分析

通過對我國典型瀝青混凝土進行深入調(diào)研，得到采用不同再生技術(shù)獲得的1功能單位再生瀝青混凝土在不同建設階段的資源消耗、能源消耗和污染物排放的生命周期清單（見表1），其中再生瀝青混凝土中的舊瀝青混凝土摻量為30%。計算時，原煤、原油和天然氣的能源熱值分別取21 MJ/kg、42 MJ/kg和39 MJ/kg［11］，以分析采用不同再生技術(shù)制備的瀝青混凝土在生產(chǎn)過程中的能耗情況。

表1　不同再生技術(shù)瀝青混凝土的生命周期清單

由表1可知，4種不同的再生技術(shù)中，廠拌熱再生的能耗最高，為1.27×106MJ，廠拌冷再生技術(shù)的能耗為1.07×106MJ，就地熱再生和就地冷再生的能耗均較少，分別為1.03×106MJ 和9.45×105MJ。

2.3影響評價與結(jié)果解釋

對采用不同再生技術(shù)生產(chǎn)的1功能單位再生瀝青混凝土進行生命周期評價分析，并對其不可再生資源消耗、溫室效應、酸化效應、人體健康損害和光化學煙霧影響進行特征化表征，得到瀝青混凝土在生命周期不同階段的ADP、GWP、AP、HT 和POPC功能單位特征化計算結(jié)果，如表2所示。

表2　不同再生技術(shù)瀝青混凝土的特征化計算結(jié)果

對采用不同再生技術(shù)生產(chǎn)1功能單位再生瀝青混凝土生命周期各類環(huán)境影響類型特征化結(jié)果進行歸一化，得到的計算結(jié)果見表3。

表3　不同再生方式的歸一化結(jié)果

由表3可知，對不可再生資源ADP影響最大的是廠拌熱再生，占35.5%。對溫室效應GWP影響最大的也是廠拌熱再生，占28.7%。對酸化效應AP影響最大的是就地熱再生，占66.7%。熱再生能耗大，消耗的燃料多，燃燒過程中會產(chǎn)生更多的污染性氣體，因此對環(huán)境的影響較大。

通過實際應用調(diào)研可知，新拌瀝青混凝土路面的壽命最長，可達到8年。再生瀝青混凝土鋪筑的路面壽命均有一定程度的縮短，廠拌熱再生瀝青混凝土路面壽命可達到6年，其次為廠拌冷再生瀝青混凝土路面和就地熱再生瀝青混凝土路面，使用壽命均為4年，就地冷再生瀝青混凝土路面的使用壽命最短，為2年。

依據(jù)不同再生瀝青混凝土鋪筑路面的使用壽命，可以計算出不同再生技術(shù)生產(chǎn)的瀝青混凝土的年平均環(huán)境影響，結(jié)果見表4。

表4　不同再生技術(shù)瀝青混凝土年平均環(huán)境影響

由表4可知，廠拌熱再生瀝青混凝土的年平均環(huán)境影響最小，其次為廠拌冷再生、就地冷再生，就地熱再生瀝青混凝土的年平均環(huán)境影響最大。

3　結(jié)論

（1）運用全生命周期評價方法研究了廠拌熱再生、廠拌冷再生、就地熱再生和就地冷再生4種再生技術(shù)生產(chǎn)的瀝青混凝土的資源能源消耗和污染物排放，得出了其生命周期總能耗：廠拌熱再生、廠拌冷再生、就地熱再生和就地冷再生的能耗分別為1.27×106MJ、1.07×106MJ、1.03×106MJ、9.45×105MJ。

（2）不同再生技術(shù)制備再生瀝青混凝土對環(huán)境負荷的影響為：就地熱再生影響最大，其次分別為廠拌熱再生、廠拌冷再生、就地冷再生，但綜合考慮不同再生技術(shù)生產(chǎn)的再生瀝青混凝土所鋪筑路面的使用壽命，按年平均環(huán)境負荷影響計算，則廠拌熱再生的影響最小，其次為廠拌冷再生、就地冷再生，就地熱再生影響最大。

［1］況棟梁.滲透型再生劑的制備及其對再生瀝青及混合料性能的影響［D］.武漢：武漢理工大學，2012.

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Effect of regeneration technology on environment impact of asphalt concrete during life cycle

JIA Xiaojuan1，2，ZHAO Manxi1，YU Jianying1（1.State Key Laboratory of Silicate Building Materials for Architectures，
Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，Hubei，China；
2.Gezhouba Group Wuhan Road Materials Co.Ltd.，Wuhan 430223，Hubei，China）

In this paper，life cycle assessment is used to analyze the effect of regeneration technology on resource utilization，energy consumption and environmental emission of asphalt concrete in life cycle.The results show that the effect of on-site hot regeneration technology on environmental load of asphalt concrete during life cycle is the largest which followed by the plant mix hot regeneration technology，plant mixed cold regeneration technology and on-site cold regeneration technology.But in consideration of the service life of the asphalt concrete pavement prepared by different regeneration techniques and the annual mean environment impact，the annual mean environment impact of plant mixed hot regeneration is the least，which followed by plant mixed cold regeneration technology and on-site cold regeneration technology，while the annual mean environment impact of on-site hot regeneration technology is the largest.

asphalt concrete，regenerated technology，life cycle assessment，environment load

TU528.42

A

1001-702X（2015）11-0005-03

國家“863”高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目（2013AA031602）

2015-07-03

賈曉娟，女，1989年生，湖北咸寧人，碩士，助理工程師。