基于壽命周期評價的橡膠瀝青路面技術環境效益評估研究

蔡海泉，朱浩然

（1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京211112；2.新型道路材料國家工程實驗室，江蘇 南京211112）

0 引 言

橡膠瀝青作為一種環保型路面材料，在國內外已經具有一定的應用規模。眾多研究和工程實踐證明其可顯著提升路用性能、延長使用壽命。

瀝青路面建設資源消耗量巨大，包括原材料以及各種能耗。歐美等發達國家基于壽命周期評價（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，包括歐洲瀝青協會發布的瀝青壽命周期清單數據，以及開發出的多種壽命周期評價軟件[1-7]。但是由于我國瀝青路面的原材料來源、施工工藝等方面與國外存在差異，因此國外研究機構建立的路面壽命周期評價數據無法被直接應用，必須結合我國瀝青路面建設實際，建立本土化的基礎數據庫。然而，現階段我國對于橡膠瀝青混合料生產的能耗及排放數據仍然缺乏[8-10]。

本文通過橡膠瀝青混合料生產過程的數據收集、調查，分析測算其環境影響，為該技術的推廣應用提供環境影響數據支持。

1 評價方法

1.1 評價指標

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

（1）標準能耗，MJ/t，體現對能源的消耗情況；

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

（3）循環利用率，kg/t，體現對廢舊資源的循環利用。

1.2 測算的邊界條件

本文的測算邊界條件如圖1所示。

圖1 瀝青路面施工能耗的系統邊界

2 熱拌瀝青路面環境影響測算

2.1 原材料生產

原材料生產能耗，主要包括石料開采、破碎等。其壽命周期能耗及排放數據采用億科環境開發的基礎數據庫CLCD[12]；瀝青壽命周期數據則采用歐洲瀝青協會發布的Life Cycle Inventory:Bitumen[13]。（見表1）

2.2 運輸

路面建設過程運輸一般以重型貨車為主，其壽命周期能耗及排放數據均采用億科環境開發的基礎數據庫CLCD[12]。（見表2）

表1 原材料生產能耗及溫室氣體排放

表2 30 t 重型柴油貨車運輸能耗及溫室氣體排放

2.3 混合料生產

混合料拌和生產環節主要消耗的能源包括拌和樓的燃油和電能以及現場裝卸機械的燃油。為此，本文對江蘇省多個新建公路的拌和樓開展能源消耗調查，根據生產的混合料類型進行區分，并將調查結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 攤鋪碾壓環節

根據《公路瀝青路面施工技術規范》典型施工工藝，結合實際工程中的攤鋪碾壓速度以及機械設備燃油消耗情況，各種混合料類型的瀝青路面攤鋪碾壓環節的環境影響情況見表4。

表4 攤鋪碾壓環節能耗及排放

2.5 數據匯總

單位質量典型瀝青路面的生產能耗及溫室氣體排放結果匯總見表5。

3 橡膠瀝青路面環境影響測算

3.1 橡膠瀝青生產

根據調研，膠粉的生產方式有多種，較多采用低溫破碎與機械破碎相結合。將通過這種工藝生產膠粉的能耗與國外結果進行對比，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 橡膠粉生產能耗及溫室氣體排放

根據對比結果可見，按照低溫破碎與機械破碎相結合生產工藝生產的膠粉能耗排放與美國結果基本處于同一水平。因此，本文在后續測算過程中，以我國低溫破碎與機械破碎相結合生產工藝的能耗及溫室氣體排放數據作為基礎。

橡膠瀝青的制備是在基質瀝青的基礎上進行膠粉改性得到的。根據生產工藝可分為現場濕法橡膠瀝青和成品濕法橡膠瀝青兩大類。

現場濕法橡膠瀝青生產過程中假設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。根據對橡膠瀝青生產環節的能耗調查，每噸成品濕法橡膠瀝青生產需耗電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過程中需要添加膠粉質量0.3%左右的添加劑，而根據cut-off原則，該部分能耗很少，可以忽略不計。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能耗不在膠粉生產能耗的考慮范疇內。

根據不同類型橡膠瀝青生產工藝、生產環節的能耗測算調查，得到典型類型橡膠瀝青的生產能耗及排放。（見表7）

表7 橡膠瀝青料生產能耗及溫室氣體排放

根據橡膠瀝青的生產能耗排放測算結果可知，單位質量現場濕法橡膠瀝青生產的能耗及溫室氣體排放較低。

3.2 橡膠瀝青路面

根據橡膠瀝青混合料生產工藝，干法橡膠瀝青混合料拌和溫度與常規類型混合料基本一致，而成品濕法和現場濕法橡膠瀝青混合料的生產過程拌和溫度高，對應的拌和階段能耗分別高約5%和10%。

單位質量橡膠瀝青混合料生產的環境影響測算結果見表8。

表8 橡膠瀝青混合料單位生產量的能耗及溫室氣體排放

根據測算結果可知：

（1）單位質量橡膠瀝青混合料生產的能耗較低，具有良好的節能效果。

（2）不同類型橡膠瀝青對比，現場濕法由于膠粉摻量略低，且拌和過程溫度要求更高，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程主要使用電力能源，而電力能源的碳排放系數相對較高。

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

4 結 論

基于壽命周期評價方法，通過數據調研和現場調查，開展了典型橡膠瀝青混合料生產能耗及溫室氣體排放測算研究，主要得出以下結論：

（1）橡膠瀝青混合料具有顯著的節能效益，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，節能比例達到13.6%左右，而現場濕法橡膠瀝青混合料節能比例為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優勢，溫室氣體排放較改性瀝青SMA-13混合料高。