基于壽命周期評(píng)價(jià)的橡膠瀝青路面技術(shù)環(huán)境效益評(píng)估研究

蔡海泉，朱浩然

（1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京211112；2.新型道路材料國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京211112）

0 引 言

橡膠瀝青作為一種環(huán)保型路面材料，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)具有一定的應(yīng)用規(guī)模。眾多研究和工程實(shí)踐證明其可顯著提升路用性能、延長(zhǎng)使用壽命。

瀝青路面建設(shè)資源消耗量巨大，包括原材料以及各種能耗。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家基于壽命周期評(píng)價(jià)（Life cycle assessment，LCA）理念，開展了多種原材料的壽命周期清單分析工作，包括歐洲瀝青協(xié)會(huì)發(fā)布的瀝青壽命周期清單數(shù)據(jù)，以及開發(fā)出的多種壽命周期評(píng)價(jià)軟件[1-7]。但是由于我國(guó)瀝青路面的原材料來(lái)源、施工工藝等方面與國(guó)外存在差異，因此國(guó)外研究機(jī)構(gòu)建立的路面壽命周期評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)無(wú)法被直接應(yīng)用，必須結(jié)合我國(guó)瀝青路面建設(shè)實(shí)際，建立本土化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。然而，現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)于橡膠瀝青混合料生產(chǎn)的能耗及排放數(shù)據(jù)仍然缺乏[8-10]。

本文通過(guò)橡膠瀝青混合料生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)收集、調(diào)查，分析測(cè)算其環(huán)境影響，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供環(huán)境影響數(shù)據(jù)支持。

1 評(píng)價(jià)方法

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

我國(guó)的節(jié)能減排政策側(cè)重于能耗及排放指標(biāo)，因此在開展橡膠瀝青路面環(huán)境效益評(píng)估時(shí)，以能耗及溫室氣體排放為主要評(píng)估指標(biāo)，同時(shí)綜合考慮資源節(jié)約和廢棄物利用等方面的環(huán)境效益，主要包括以下指標(biāo)：

（1）標(biāo)準(zhǔn)能耗，MJ/t，體現(xiàn)對(duì)能源的消耗情況；

（2）溫室氣體即二氧化碳（CO2）排放當(dāng)量，kg/t，體現(xiàn)溫室氣體的排放情況；

（3）循環(huán)利用率，kg/t，體現(xiàn)對(duì)廢舊資源的循環(huán)利用。

1.2 測(cè)算的邊界條件

本文的測(cè)算邊界條件如圖1所示。

圖1 瀝青路面施工能耗的系統(tǒng)邊界

2 熱拌瀝青路面環(huán)境影響測(cè)算

2.1 原材料生產(chǎn)

原材料生產(chǎn)能耗，主要包括石料開采、破碎等。其壽命周期能耗及排放數(shù)據(jù)采用億科環(huán)境開發(fā)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)CLCD[12]；瀝青壽命周期數(shù)據(jù)則采用歐洲瀝青協(xié)會(huì)發(fā)布的Life Cycle Inventory:Bitumen[13]。（見表1）

2.2 運(yùn)輸

路面建設(shè)過(guò)程運(yùn)輸一般以重型貨車為主，其壽命周期能耗及排放數(shù)據(jù)均采用億科環(huán)境開發(fā)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)CLCD[12]。（見表2）

表1 原材料生產(chǎn)能耗及溫室氣體排放

表2 30 t 重型柴油貨車運(yùn)輸能耗及溫室氣體排放

2.3 混合料生產(chǎn)

混合料拌和生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要消耗的能源包括拌和樓的燃油和電能以及現(xiàn)場(chǎng)裝卸機(jī)械的燃油。為此，本文對(duì)江蘇省多個(gè)新建公路的拌和樓開展能源消耗調(diào)查，根據(jù)生產(chǎn)的混合料類型進(jìn)行區(qū)分，并將調(diào)查結(jié)果平均值作為代表能耗。（見表3）

表3 典型類型瀝青混合料拌和能耗及排放

2.4 攤鋪碾壓環(huán)節(jié)

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》典型施工工藝，結(jié)合實(shí)際工程中的攤鋪碾壓速度以及機(jī)械設(shè)備燃油消耗情況，各種混合料類型的瀝青路面攤鋪碾壓環(huán)節(jié)的環(huán)境影響情況見表4。

表4 攤鋪碾壓環(huán)節(jié)能耗及排放

2.5 數(shù)據(jù)匯總

單位質(zhì)量典型瀝青路面的生產(chǎn)能耗及溫室氣體排放結(jié)果匯總見表5。

3 橡膠瀝青路面環(huán)境影響測(cè)算

3.1 橡膠瀝青生產(chǎn)

根據(jù)調(diào)研，膠粉的生產(chǎn)方式有多種，較多采用低溫破碎與機(jī)械破碎相結(jié)合。將通過(guò)這種工藝生產(chǎn)膠粉的能耗與國(guó)外結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，見表6。

表5 典型瀝青路面施工期能耗及溫室氣體排放

表6 橡膠粉生產(chǎn)能耗及溫室氣體排放

根據(jù)對(duì)比結(jié)果可見，按照低溫破碎與機(jī)械破碎相結(jié)合生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的膠粉能耗排放與美國(guó)結(jié)果基本處于同一水平。因此，本文在后續(xù)測(cè)算過(guò)程中，以我國(guó)低溫破碎與機(jī)械破碎相結(jié)合生產(chǎn)工藝的能耗及溫室氣體排放數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)。

橡膠瀝青的制備是在基質(zhì)瀝青的基礎(chǔ)上進(jìn)行膠粉改性得到的。根據(jù)生產(chǎn)工藝可分為現(xiàn)場(chǎng)濕法橡膠瀝青和成品濕法橡膠瀝青兩大類。

現(xiàn)場(chǎng)濕法橡膠瀝青生產(chǎn)過(guò)程中假設(shè)瀝青加熱能耗與瀝青混合料拌和階段瀝青加熱的能耗相同。根據(jù)對(duì)橡膠瀝青生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗調(diào)查，每噸成品濕法橡膠瀝青生產(chǎn)需耗電3.5~5 kw·h，燃油6~8 kg，采用能耗均值作為代表能耗。成品濕法橡膠瀝青生產(chǎn)過(guò)程中需要添加膠粉質(zhì)量0.3%左右的添加劑，而根據(jù)cut-off原則，該部分能耗很少，可以忽略不計(jì)。另外，膠粉是由廢棄橡膠輪胎再加工而成，因此橡膠本身的生產(chǎn)能耗不在膠粉生產(chǎn)能耗的考慮范疇內(nèi)。

根據(jù)不同類型橡膠瀝青生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗測(cè)算調(diào)查，得到典型類型橡膠瀝青的生產(chǎn)能耗及排放。（見表7）

表7 橡膠瀝青料生產(chǎn)能耗及溫室氣體排放

根據(jù)橡膠瀝青的生產(chǎn)能耗排放測(cè)算結(jié)果可知，單位質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)濕法橡膠瀝青生產(chǎn)的能耗及溫室氣體排放較低。

3.2 橡膠瀝青路面

根據(jù)橡膠瀝青混合料生產(chǎn)工藝，干法橡膠瀝青混合料拌和溫度與常規(guī)類型混合料基本一致，而成品濕法和現(xiàn)場(chǎng)濕法橡膠瀝青混合料的生產(chǎn)過(guò)程拌和溫度高，對(duì)應(yīng)的拌和階段能耗分別高約5%和10%。

單位質(zhì)量橡膠瀝青混合料生產(chǎn)的環(huán)境影響測(cè)算結(jié)果見表8。

表8 橡膠瀝青混合料單位生產(chǎn)量的能耗及溫室氣體排放

根據(jù)測(cè)算結(jié)果可知：

（1）單位質(zhì)量橡膠瀝青混合料生產(chǎn)的能耗較低，具有良好的節(jié)能效果。

（2）不同類型橡膠瀝青對(duì)比，現(xiàn)場(chǎng)濕法由于膠粉摻量略低，且拌和過(guò)程溫度要求更高，因此其能耗較高。

（3）橡膠瀝青混合料壽命周期溫室氣體排放較高，不具有明顯的減排效益，這是由于橡膠瀝青加工過(guò)程主要使用電力能源，而電力能源的碳排放系數(shù)相對(duì)較高。

（4）膠粉循環(huán)利用方面，每噸橡膠瀝青混合料可循環(huán)利用廢舊膠粉15~19 kg，按照每條輪胎生產(chǎn)8 kg膠粉測(cè)算，相當(dāng)于2~2.5條廢舊橡膠輪胎。

4 結(jié) 論

基于壽命周期評(píng)價(jià)方法，通過(guò)數(shù)據(jù)調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，開展了典型橡膠瀝青混合料生產(chǎn)能耗及溫室氣體排放測(cè)算研究，主要得出以下結(jié)論：

（1）橡膠瀝青混合料具有顯著的節(jié)能效益，尤其是成品濕法和干法橡膠瀝青。與改性瀝青SMA-13混合料相比，節(jié)能比例達(dá)到13.6%左右，而現(xiàn)場(chǎng)濕法橡膠瀝青混合料節(jié)能比例為7.6%左右。

（2）從壽命周期角度，橡膠瀝青混合料在溫室氣體排放方面并無(wú)優(yōu)勢(shì)，溫室氣體排放較改性瀝青SMA-13混合料高。