全深式泡沫瀝青冷再生環境及經濟效益定量分析

【摘 " "要】：全深式泡沫瀝青冷再生技術能夠實現廢舊路面材料的全部就地循環利用，近年來在公路養護行業得到廣泛應用，但當前尚缺少關于該技術的環境及經濟效益定量分析。通過計算不同路面結構層的能耗及有害氣體排放量，量化分析了全深式泡沫瀝青冷再生技術的環境效益；通過全深式泡沫瀝青冷再生技術與傳統維修方法的造價對比分析，量化分析了該技術的經濟效益。

【關鍵詞】：全深式泡沫瀝青冷再生；廢舊路面材料；能耗；有害氣體排放量；經濟效益

【中圖分類號】：U414 【文獻標志碼】：A 【文章編號】：1008-3197（2024）04-49-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.04.012

Quantitative Analysis of Environment and Economic Benefits of Full Depth Foam Asphalt Cold Recycling

ZHANG Yang

（China Railway Design Corporation，Tianjin 300308，China）

【Abstract】：The full depth foam asphalt cold recycling technology can realize the full on-site recycling of waste pavement materials， which has been widely used in the highway maintenance industry in recent years， but there is still a lack of quantitative analysis on the environmental and economic benefits of this technology. By calculating the energy consumption and harmful gas emissions of different pavement structure layers， this paper quantitatively analyzes the environmental benefits of full depth foam asphalt cold recycling technology; by comparing the cost of full depth foam asphalt cold recycling technology with that of traditional maintenance methods， the economic benefits of this technology are quantitatively analyzed.

【Key words】：full depth foam asphalt cold recycling; waste pavement materials；energy consumption；harmful gas emissions；economic benefits

公路養護過程中會產生大量的廢舊材料，如廢舊瀝青路面材料（RAP）、廢舊基層材料（RBP）等[1～2]。全深式泡沫瀝青冷再生技術是利用專用設備將舊瀝青路面面層與基層就地翻松，同時加入一定量礦料、水及泡沫瀝青等，成型為新的路面結構層[3～4]；能夠實現廢舊路面材料的全部就地循環利用，同時將原有的半剛性基層轉化為柔性基層，改善路面結構的力學響應狀態，改善路面的長期性能，提高使用壽命，在常溫下生產施工，冷拌冷鋪、節能環保。因此，全深式瀝青路面冷再生技術較傳統路面維修方法在節能減排及提高舊料利用率方面具有顯著優勢，但當前尚缺少關于該技術能耗及經濟效益的定量分析。

本文通過不同瀝青路面結構層的能耗及有害氣體排放量計算，分析全深式泡沫瀝青冷再生技術在節能減排方面的優勢，量化其環境效益；通過全深式泡沫瀝青冷再生技術與傳統維修方法的造價對比分析，量化其經濟效益，進而明確該技術較傳統技術在環境及經濟效益方面的定量優勢。

1 環境效益定量研究

1.1 能耗及有害氣體排放量計算標準

能耗分析與有害氣體排放量檢測均以正常施工1 d的產量為研究對象，并以此換算成單位體積（m3）的能耗與排放量。

1.1.1 能耗分析標準

為統一再生過程中能耗分析標準，根據相關資料[5～6]對瀝青路面原材料能耗、施工設備能源能耗及材料密度進行了約定。見表1-表3。

1.1.2 有害氣體排放量計算標準

有害氣體排放量計算暫不考慮原材料生產過程中的排放量，主要是機械設備在施工過程中發動機產生的二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）和一氧化碳（CO）等。發動機的排氣量按式（1）計算，排放系數為生產1 m3產品的排放量。

[V=0.5×R×D×10-3×60] （1）

式中：V為發動機排氣量，m3/h；R為發動機轉速，r/min；D為排量，L。

有害氣體檢測分兩種情況：有條件測量的直接測量，無法直接測量的在空擋達到工作轉速時進行排放量測量。測試結果為體積分數，根據我國環保要求[7～8]，氣體濃度以大氣污染物的質量濃度表示。

[C=M22.4×ppm×273273+T×p101 325] （2）

式中：C為質量濃度，mg/m3；M為氣體分子量；ppm為測定的體積分數，mL/m3；T為溫度，℃；P為壓力，MPa。

1.2 能耗及有害氣體排放量計算結果分析

1.2.1 各結構層能耗及排放量

計算前，根據已有工程經驗作如下假設：

1）水泥穩定碎石基層中水泥用量按5%計；

2）瀝青混凝土中瀝青用量按4.5%計；

3）泡沫瀝青冷再生層中水泥用量按1.5%計，泡沫瀝青用量按2.1%計。

根據式（1）和式（2）分別計算得到各結構層的能耗及有害氣體排放量。見圖1。

由圖1可知，各結構層能耗主要集中在原材料階段，單位產量下泡沫瀝青就地冷再生混合料的能耗分別為熱拌瀝青混凝土層的29.5%和水穩碎石基層的51.9%；排放系數較熱拌瀝青混凝土層同比降低20.7%，較水穩碎石基層同比降低60.0%。

1.2.2 不同施工方案能耗及排放量對比

選擇3種施工方案進行環境效益對比分析：

1）傳統施工工藝，18 cm水泥穩定碎石與18 cm瀝青混凝土；

2）就地冷再生工藝1，19 cm泡沫瀝青就地冷再生與12 cm瀝青混凝土；

3）就地冷再生工藝2，25 cm泡沫瀝青就地冷再生與6 cm瀝青混凝土。

通過計算得到1 m2施工面積3種施工方案的能耗及有害氣體排放量。見圖2。

由圖2可知，進行1 m3的施工，就地冷再生工藝1比傳統方案節約能耗194.82 MJ，降幅達37.64%；比傳統方案節約有害氣體排放5.21 m3，降幅達27.60%。就地冷再生工藝2比傳統方案節約能耗272.30 MJ，降幅達52.60%；比傳統方案節約有害氣體排放7.72 m3，降幅達40.89%。

2 經濟效益定量分析

2.1 計算標準

2.1.1 人、材、機價格依據

1）人工費為134.13元/工日，依據：天津市交通運輸委員會關于執行交通運輸部《公路工程建設項目投資估算編制辦法》、《公路工程建設項目概算預算編制辦法》補充規定的通知（津交發【2019】137號）。

2）PO 42.5水泥價格為470.25元/ t（不含稅）、石油瀝青價格為3 494.88元/t（不含稅），依據：《天津市政公路工程造價信息》材料指導價格2021年8月刊。

3）泡沫瀝青冷再生機廠家上報臺班費約36 000元。

4）壓路機臺班費，參照JTGT 3833—2018《公路工程機械臺班費用定額》。

2.1.2 取費費率依據

1）措施費。JTG 3830—2018《公路工程建設項目概算預算編制辦法》及天津市交通運輸委員會關于執行交通運輸部《公路工程建設項目投資估算編制辦法》、《公路工程建設項目概算預算編制辦法》補充規定的通知（津交發【2019】137號）。

2）企業管理費。JTG 3830—2018。

3）規費。天津市交通運輸委員會關于執行交通運輸部《公路工程建設項目投資估算編制辦法》、《公路工程建設項目概算預算編制辦法》補充規定的通知（津交發【2019】137號），合計為40.1%。

4）利潤、稅金。利潤按照《營改增》規定的費用，定額直接費及措施費、企業管理費之和的7.42%計算。稅金調整至9%。

2.2 計算結果分析

傳統維修方案與再生維修方案的造價見表4。

由表4可見，雙層就地再生方案比傳統維修方案節約造價約113.1元/m2（36.5%），如果按照一個區域每年約1億元左右的高等級公路大中修成本計算，則每年可節約養護資金3 650萬元。

3 結論

各結構層能耗主要集中在原材料階段，單位產量下泡沫瀝青就地冷再生混合料的能耗分別為熱拌瀝青混凝土層的29.5%和水穩碎石基層的51.9%；而排放系數較熱拌瀝青混凝土降低20.7%，較水穩碎石基層降低60.0%。對比傳統維修方案，單位產量下泡沫瀝青就地冷再生混合料的能耗分別降低37.64%和27.60%；有害氣體排放分別降低52.60%和40.89%；工程造價節約36.5%。

參考文獻：

[1]美國瀝青再生協會.美國瀝青再生指南[M].深圳海川工程科技有限公司，譯.北京：人民交通出版社，2006．

[2]陳喻軍，季 " "杰，黃亞琴. 舊瀝青路面全深式就地冷再生技術應用研究[J]. 公路交通科技（應用技術版），2016，12（11）：114-116.

[3]JTG/T 5521—2019，公路瀝青路面再生技術規范[S].

[4]Zhuo C ，Junyan Y ，Han Z ， et al.Strength development and deterioration mechanisms of foamed asphalt cold recycled mixture based on MD simulation[J].Construction and Building Materials，2020，269（1）：121324.

[5]唐 " "皓，蒯海東，黃曉明. 基于生命周期分析法的公路養護能耗模型[J]. 東南大學學報（自然科學版），2016，46（3）：629-634.

[6]王兆侖，寧金成，栗 " "威. 冷拌再生瀝青混合料能耗與碳排放量分析[J]. 公路，2021，66（5）：263-268.

[7]崔長顥，劉美佳，葛金林，等. 燃煤鍋爐協同處置油基巖屑碳排放核算及降碳貢獻度分析[J]. 環境科學研究，2022，35（2）：540-546.

[8]謝尊賢，朱永全，賴滌泉，等. 高原隧道施工工程機械有害氣體排放特性[J]. 長安大學學報（自然科學版），2011，31（6）：105-110.