水泥乳化瀝青快速修復材料經濟社會效益分析

黃智勇

（海南高速公路股份有限公司，海南 海口 570203）

0 引言

隨著我國經濟建設的蓬勃興起，基礎設施建設尤其是高速公路建設得到迅猛發展。截至2016年底，我國高速公路通車里程已突破13萬km，穩居全球首位，90%以上為瀝青路面。我國海南省屬熱帶地區，日照時間長，降水量大，雨季時間長，重載車輛與交通流量持續增多。瀝青路面病害在雨季尤其是臺風季節會集中大面積爆發，尤以坑槽類病害為甚。國內外對瀝青路面的修復主要采用熱拌和冷拌兩種修復瀝青混合料，其中冷拌瀝青混合料是沒有加熱的礦料（骨料）與稀釋的瀝青經過拌和而形成的一種混合料。而水泥乳化瀝青混凝土則是在冷拌乳化瀝青混合料母體中摻入水泥或水泥砂漿經冷拌、冷鋪冷壓（或振碾）而形成的半柔性面層。由于乳化瀝青破乳后的水分可供水泥凝結硬化，較好地解決了瀝青“憎水”和水泥水化需要水分之間的矛盾[1]；同時由于采用乳化瀝青拌和的混合料可采用冷拌冷鋪工藝，可以降低能耗、減少環境污染、便于施工、節約資源，對建設低碳環保社會具有重要而深遠的意義，因此在公路養護維修中具有廣闊的應用前景。海南省重點科技計劃項目“熱帶季風多雨區高等級公路保暢快速修復成套技術研究”課題組依據海南省地區的特點，研發出一種早期強度高、能夠滿足快速開放交通的需求、對環境條件要求低、能夠在潮濕環境下施工且施工工藝簡單的水泥乳化瀝青快速修復材料。下面就其與熱拌瀝青混合料的經濟和社會效益做一比較。

1 經濟效益分析

現在以生產1 m3的水泥乳化瀝青混合料為例，在節約能源、資源等方面對其進行經濟性能的分析。

1.1 節約能源

采用熱瀝青修路時，一般都要為瀝青和礦料加熱，消耗大量的燃料。1 m3瀝青混合料需要120～140 kg的瀝青，將瀝青從18℃加熱到180℃所需的熱能為（180-18）×2.049×103×（120～140）/0.8=50.9～59.3（MJ）。其中，2.094×103為瀝青的比熱，J/（kg·K）；0.8為熱效率。理論上需要消耗煤2.4～2.8 kg，但是為了在施工過程中時刻保持瀝青應有的高溫，常常對瀝青進行重復加溫或持續加熱，因此消耗大量的燃料，每1 m3混合料需要耗煤70 kg以上。另一方面，采用熱瀝青拌制混合料時，大宗的礦料需要烘干與加熱，消耗大量的熱能，1 m3混合料中礦料烘干需消耗180.8 MJ，升溫至 170℃需消耗 254.4 MJ，共需 435.2 MJ，每 1 m3混合料需要耗煤30 kg以上。由此可以得出，每1 m3混合料需要耗煤100 kg以上。采用水泥乳化瀝青快速修復材料筑路時，只需瀝青乳化時一次加熱，而且瀝青加熱溫度只需達到120～140℃，制備乳液時水需要加熱至70℃，1 m3水泥乳化瀝青快速修復混合料需要乳化瀝青用量為160 kg，總共需要熱能45.5 MJ，需要耗煤2.3 kg，考慮各種熱效率的損失，將所需熱能增加4倍，則用煤量為9.2 kg。1 m3水泥乳化瀝青快速修復材料需要用水泥400 kg左右，需要耗煤4 kg左右。而且采用水泥乳化瀝青快速修復材料修復時，砂石和礦料不需要烘干與加熱，節省了大部分熱能。從中可以看出，采用水泥乳化瀝青快速修復材料修復所需的能源僅為熱拌瀝青混合料的15%左右。

1.2 節約資源

采用水泥乳化瀝青快速修復材料進行修復一般可以節省瀝青用量30%左右，按照1 m3水泥乳化瀝青快速修復材料消耗乳化瀝青160 kg、水泥350 kg、砂石 1 800～2 000 kg、水 120 kg，并以乳化瀝青 2 000元 /t、水泥 520元 /t、砂石 60元 /t、水 4元/t、綜合外摻料費用112元進行估算，則可計算出生產1 m3水泥乳化瀝青快速修復材料所需材料價格為 320+182+114+0.5+112=728.5（元），并與熱拌瀝青混合料和環氧瀝青混凝土進行對比，見表1。

表1 不同修復材料的費用對比

由表1可知，與熱拌瀝青混合料相比，生產1 m3免壓水泥乳化瀝青快速修復材料比生產1 m3熱拌瀝青混合料的總費用最少可節省145元；生產1 m3免壓水泥乳化瀝青快速修復材料比生產1 m3環氧瀝青混凝土的總費用可節省將近一半。因此在保證路用性能的前提下，采用水泥乳化瀝青混凝土修復瀝青路面具有很好的經濟效益。

1.3 節約設備及人力

瀝青及瀝青混凝土材料具有高溫可塑性及低溫固結并具有一定強度的特點，使用此類材料中斷交通時間短，修復后待溫度降至常溫即可恢復交通。然而此類材料用于瀝青路面修復時需要切割設備、銑刨設備、加熱設備、攤鋪設備以及碾壓設備，施工機械及施工配備人員較多。而早強型水泥乳化瀝青混合料則不同，不僅可以迅速恢復交通，而且因為其為冷拌冷鋪料，不需要加熱設備、攤鋪設備及碾壓設備，因此施工機械及人員配備較少，從而節約了養護資金。

1.4 延長使用壽命

瀝青混凝土修復材料老化情況較為嚴重，多雨和高溫都是導致修復材料劣化的不利因素，實際使用中的有機材料的壽命均在1～2年，而水泥乳化瀝青快速修復材料則具有良好的耐水和耐高溫性能。根據工程實際驗證，水泥乳化瀝青快速修復材料的使用壽命保守估計在5年以上，與通常的瀝青混合料修復材料相比，水泥乳化瀝青快速修復材料具有長遠的經濟效益。

2 社會效益分析

2.1 環境友好性

熱拌瀝青混合料要將混合料加熱到100℃以上，由于瀝青中含有熒光物質，其含有大量致癌物質，高溫處理時隨煙氣一起揮發出來。瀝青煙氣是黃色的氣體，其中大部分是0.1～1 μm的焦油細霧粒。瀝青煙和粉塵可經呼吸道和污染皮膚而引起中毒，發生皮炎、視力模糊、眼結膜炎、胸悶、腹病、心悸、頭痛等癥狀，因此對人體的危害極大[2]。熱拌瀝青混合料在生產及施工過程中由于高溫作用，還將排放出大量的氣體，對各項環境指標都有很大的影響。而水泥乳化瀝青快速修復材料采用冷拌式施工，無有害氣體排出，對環境危害小，屬于綠色環保修復材料，符合可持續發展觀。

2.2 利于快速開放交通

當瀝青路面達到嚴重破損程度，其修復難度大，造成中斷通車時間長，因此當瀝青路嚴重破壞時再進行修復將會造成巨大的經濟損失和難以彌補的使用性能劣化。采用普通熱拌瀝青混合料修復路面，要等熱拌料冷卻之后才能開放交通，受環境影響嚴重，特別是在潮濕條件下或者雨季，對于破損路面，更是無法及時有效地進行快速維修，保持交通通暢。而采用快硬水泥乳化瀝青修復材料可以做到工程機械化施工，能夠短時間內完成施工，且加之其硬化速度快，可在較短時間內達到要求強度，從而盡早開放交通，因此對快速恢復交通意義深遠。

2.3 延長施工季節

陰雨季節是瀝青路面發生病害較多的季節，我國南方常因多雨造成瀝青路面路況急劇下降，出現了病害又無法用熱瀝青及時修復，在行車的不斷碾壓與沖擊下，致使病害迅速蔓延與擴大。采用水泥乳化瀝青快速修復材料修路幾乎可以不受潮濕季節的影響，發現病害可以及時修復，做到“復早、復小、復徹底”，從而能及時改善路況，降低養護成本，延長施工季節。其意義在于能及時維修養護，制止病害的加劇和擴大，直至完全消除，僅此就可以節省養護費，及時完成養護計劃。

3 結語

技術經濟比較結果表明水泥乳化瀝青快速修復材料是一種良好的路面修復材料。水泥乳化瀝青快速修復材料具有顯著縮短破損瀝青路面修復時間、降低長時間阻斷交通的不良影響、提高修復路段使用壽命、節能減排、保護環境和提供有利的工作條件等優點，具有明顯的經濟效益和社會效益。