《公路節(jié)能綠色施工問題研究11000字（論文）》

公路瀝青面層節(jié)能綠色施工技術(shù)研究報(bào)告TOC\o"1-3"\h\u9218引言 引言在瀝青路面的施工過程中，不僅消耗了大量的資源和能源，還釋放出大量的溫室氣體，如二氧化碳和其他有害氣體，這帶來了環(huán)境問題，不容忽視。根據(jù)世界銀行的統(tǒng)計(jì)，截至2016年，中國的化石燃料能源消耗率已超過90％，年二氧化碳排放量猛增，遠(yuǎn)高于其他發(fā)達(dá)國家的平均水平，如圖1.1所示。因此，迫切需要解決交通建筑行業(yè)的節(jié)能降耗和改善環(huán)境質(zhì)量的問題。（a）化石燃料消耗占比（b）CO2排放量圖1.1世界各國歷年能耗與排放變化趨勢近年來，有關(guān)瀝青路面施工能耗和碳排放的一些研究取得了一些進(jìn)展。然而，大多數(shù)關(guān)于路面施工能耗和排放的研究缺乏具體的定量分析，導(dǎo)致缺乏針對(duì)性，并且不足以發(fā)展低碳環(huán)保瀝青路面技術(shù)。評(píng)估等問題。因此，通過識(shí)別，量化和評(píng)估瀝青路面資源的消耗以及潛在的環(huán)境影響，提出了一種用于瀝青表層的低碳建筑技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)高速公路建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。有鑒于此，通過測量瀝青路面施工過程的能耗并分析其影響因素，全面了解瀝青路面施工的能耗水平，為路面材料的生態(tài)設(shè)計(jì)和清潔生產(chǎn)提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)低能耗。碳設(shè)計(jì)施工工藝，降低施工成本；為政府制定可持續(xù)發(fā)展政策法規(guī)提供依據(jù)，為道路材料的研發(fā)和環(huán)境質(zhì)量管理體系的建設(shè)提供技術(shù)支持。一、瀝青面層施工能耗調(diào)查分析與評(píng)價(jià)體系根據(jù)瀝青面層的建設(shè)流程，采用基于該流程的分析方法，可以確定分析評(píng)價(jià)周期和范圍，在評(píng)價(jià)范圍內(nèi)調(diào)查分析整個(gè)路面建設(shè)過程的施工工序及能耗，進(jìn)而建立瀝青路面能耗評(píng)價(jià)體系。（一）瀝青面層施工能耗評(píng)價(jià)周期確定我國瀝青面層以傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料為主，其建設(shè)過程主要包括：原材料生產(chǎn)及運(yùn)輸、瀝青混合料生產(chǎn)、運(yùn)輸、攤鋪及碾壓過程。原材料生產(chǎn)包括瀝青生產(chǎn)、集料生產(chǎn)及礦粉生產(chǎn)。瀝青生產(chǎn)階段包括原油運(yùn)輸、瀝青生產(chǎn)；集料生產(chǎn)包括礦山開采、石料運(yùn)輸、破碎加工與篩分；礦粉生產(chǎn)包括原料裝備與研磨。瀝青混合料生產(chǎn)包括集料堆放、瀝青脫桶加熱、冷料上料、集料干燥與加熱、拌和；運(yùn)輸階段包括原材料與混合料運(yùn)輸。理論上，瀝青路面全壽命分為建設(shè)階段、運(yùn)營階段、養(yǎng)護(hù)維修和廢棄階段。瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修具有周期性，施工工期短、工程體量相對(duì)較小、能耗降低，而建設(shè)階段是材料消耗、機(jī)械設(shè)備使用最為頻繁的階段，能源損耗也最為顯著。因此，本文重點(diǎn)關(guān)注和研究瀝青路面建設(shè)周期中原材料生產(chǎn)加工階段和現(xiàn)場施工階段的能耗。（二）瀝青面層施工能耗調(diào)查分析瀝青混凝土面層（上、中、下面層）建設(shè)過程主要包括：原材料生產(chǎn)及運(yùn)輸、瀝青混合料生產(chǎn)、運(yùn)輸、攤鋪及碾壓5個(gè)階段。因此，按照每個(gè)階段的生產(chǎn)流程及工藝，確定各階段發(fā)生的能耗，是進(jìn)行能耗量化分析的基礎(chǔ)。1、原材料生產(chǎn)能耗瀝青面層原材料包括瀝青、集料和礦粉。而原材料開采及加工過程中的能耗類型主要為燃料和電能。（1）集料生產(chǎn)①集料生產(chǎn)工藝流程該流程主要分準(zhǔn)備工作、石料開采、集料加工三個(gè)階段。準(zhǔn)備工作：施工便道修筑、臨時(shí)截排水和防護(hù)工程、鉆機(jī)供風(fēng)系統(tǒng)、臨時(shí)供水、供電等。石料開采：采用鑿巖機(jī)或爆破方式。鑿巖機(jī)開采安全穩(wěn)定，但能耗較大，成本也相對(duì)較高。本文研究主要考慮爆破開采技術(shù)。石料加工：主要流程為：喂料機(jī)—顎式破碎機(jī)—圓錐破碎機(jī)—反擊式破碎機(jī)—振動(dòng)篩—輸送系統(tǒng)—控制系統(tǒng)。為保護(hù)環(huán)境，可配備輔助的除塵設(shè)備。其流程如圖2.1所示。圖2.1石料加工流程②集料生產(chǎn)能耗集料生產(chǎn)階段能耗源具體情況見表2.1。表2.1集料生產(chǎn)能耗源類型統(tǒng)計(jì)施工過程能耗源能源類型準(zhǔn)備階段自卸汽車、壓路機(jī)、推土機(jī)、卡車柴油開采階段鉆機(jī)、風(fēng)、水、電系統(tǒng)電能正反鏟運(yùn)機(jī)、自卸汽車柴油爆破炸藥加工階段振動(dòng)喂料機(jī)、顆式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)、整形機(jī)、管磨機(jī)、振動(dòng)篩運(yùn)料小車、吸塵器電能（2）瀝青生產(chǎn)瀝青路面用瀝青種類主要有：普通道路石油瀝青、改性瀝青、乳化瀝青等。下面按照石油→常減壓渣油→普通石油瀝青→改性瀝青/乳化瀝青的生產(chǎn)流程進(jìn)行分析。①生產(chǎn)工藝及流程我國瀝青生產(chǎn)工藝主要采用氧化法和溶劑法，生產(chǎn)原料為減壓渣油（圖2.2）。圖2.2瀝青生產(chǎn)工藝流程A.減壓餾分提取常減壓蒸餾屬于物理過程，包括3個(gè)流程：原油脫鹽、脫水，常壓蒸餾，減壓蒸餾。原料油在餾分塔里按蒸發(fā)能力分成沸點(diǎn)范圍不同的餾分。其中小部分經(jīng)調(diào)和、加添加劑后以產(chǎn)品形式出廠，大部分作為后續(xù)加工裝置的原料。B.氧化瀝青生產(chǎn)目前，氧化法分為單塔氧化、雙塔氧化和連續(xù)塔式氧化法三種，其中連續(xù)塔式氧化法工藝應(yīng)用范圍較廣，包括4個(gè)工序：原料加熱、氧化、成型及尾氣焚燒。C.溶劑脫瀝青生產(chǎn)該方法充分利用溶劑選擇性溶解特性，將瀝青從其它油品中分離出來，常用溶劑為丙烷和丁烷。該工藝由抽提和回收系統(tǒng)組成（圖2.3），原料為減壓渣油。D.改性瀝青生產(chǎn)瀝青改性工藝主要分物理法和化學(xué)法兩種。目前大多數(shù)改性瀝青屬于物理改性?；瘜W(xué)法則是通過添加劑或引入可以與瀝青反應(yīng)的活性官能團(tuán)等方法使瀝青與聚合物在共混過程中發(fā)生交聯(lián)、接枝等化學(xué)反應(yīng)，在瀝青與聚合物之間引入化學(xué)鍵，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以大幅度改善改性瀝青性能。圖2.3溶劑脫瀝青生產(chǎn)工藝E.乳化瀝青生產(chǎn)目前常用的乳化瀝青總體上有兩大類:普通乳化瀝青和改性乳化瀝青。普通乳化瀝青包括陰、陽離子乳化瀝青和非離子乳化瀝青，改性乳化瀝青一般指的是陽離子改性乳化瀝青。乳化瀝青生產(chǎn)工藝如圖2.4所示。圖2.4乳化瀝青工藝流程②瀝青生產(chǎn)能耗瀝青生產(chǎn)能耗源分為生產(chǎn)設(shè)備電能以及化石燃料消耗，見表2.2。表2.2瀝青生產(chǎn)能耗源能耗源能耗類型常減壓渣油生產(chǎn)設(shè)備(熱交換器、電脫鹽罐、初餾塔、常壓塔、減壓塔、常壓爐、氧化塔)電能、燃料瀝青生產(chǎn)設(shè)備(深拔裝置、氧化塔、溶劑脫瀝青設(shè)備、改性瀝青生產(chǎn)設(shè)備、乳化瀝青生產(chǎn)設(shè)備)電能（3）礦粉生產(chǎn)道路工程用礦粉以碳酸鈣為主要成分，由石灰?guī)r等堿性石料經(jīng)磨細(xì)加工得到的礦物質(zhì)粉末。①礦粉生產(chǎn)工藝及流程礦粉生產(chǎn)包括原料處理、粉磨過程。破碎后的碎石由高效錘式破碎機(jī)破碎，利用高效篩分超細(xì)磨，將細(xì)粒徑碎石送入磨機(jī)粉磨，磨好的成品存放于圓庫內(nèi)，用包裝機(jī)包裝好送成品庫儲(chǔ)存。②礦粉生產(chǎn)能耗礦粉生產(chǎn)能耗源主要是粉磨設(shè)備的電耗。常用設(shè)備有球磨機(jī)、立磨、輥壓機(jī)、環(huán)輥磨等。球磨機(jī)粉磨工藝簡單，但效率低、單位產(chǎn)品電耗高，立磨、輥壓機(jī)、環(huán)輥磨生產(chǎn)效率高、單位產(chǎn)品電耗低、噪音小，適用于大型工廠化加工。表2.4礦粉生產(chǎn)能耗源能耗源能耗類型原材料生產(chǎn)燃油、電能、炸藥粉磨機(jī)電能2、瀝青混合料生產(chǎn)能耗瀝青混合料生產(chǎn)流程分為：集料堆放、瀝青脫桶加熱、冷料上料、集料干燥與加熱、拌和。其中拌和工藝最為復(fù)雜，能耗也最大。一般以柴油、重油、渣油及電力作燃料。（1）瀝青混合料生產(chǎn)工藝流程目前，瀝青混合料生產(chǎn)一般均采用集中廠拌法，拌和站系統(tǒng)如圖2.5所示，瀝青混合料拌和樓由四部分組成，包括中央控制室、干燥機(jī)組、攪拌機(jī)組和輔助機(jī)組、其中中央控制室是瀝青拌和樓的中樞部分，混合料拌和生產(chǎn)工藝如圖2.6所示。圖2.5瀝青混合料拌和站系統(tǒng)圖2.6瀝青混合料拌和工藝流程（2）瀝青混合料生產(chǎn)能耗①集料堆放集料的堆放能耗主要由機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生大量的燃油消耗構(gòu)成。在調(diào)查機(jī)械的燃油消耗量時(shí)，需要考慮機(jī)械組合、型號(hào)、噸位、使用年限、工作能力及單位時(shí)間燃油消耗量等數(shù)據(jù)。②瀝青脫桶加熱此工藝是通過燃料加熱導(dǎo)熱油，由導(dǎo)熱油中的熱量通過管道轉(zhuǎn)移到瀝青來實(shí)現(xiàn)。通過調(diào)查可知，這一工序的能源消耗類型包括柴油、重油、煤。在調(diào)查能源消耗量時(shí)，需要考慮瀝青加熱過程中，拌和設(shè)備使用期、機(jī)械狀況、加熱方式及溫度、能源熱值等參數(shù)。③冷料上料該階段主要由裝載機(jī)向冷料倉喂料，主要能源消耗為裝載機(jī)的燃油消耗。在裝載機(jī)的燃油消耗調(diào)查過程中，需要考慮瀝青拌和站生產(chǎn)功率與裝載機(jī)的組合情況。調(diào)查的主要對(duì)象為各型號(hào)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)效率以及燃油消耗。④集料干燥加熱間歇式拌和設(shè)備采用干燥滾筒烘干集料。對(duì)于這一工序消耗的能源類型包括柴油、重油、煤。在調(diào)查能源的消耗量時(shí)，需要考慮干燥滾筒的機(jī)械狀況、干燥滾筒性能參數(shù)、熱交換效率、集料加熱溫度、瀝青混合料油石比、礦粉含量、含水量、能源熱值及燃燒能有效利用率等數(shù)據(jù)。⑤拌和及其他過程瀝青混合料生產(chǎn)的其它環(huán)節(jié)主要包括：熱料提升機(jī)提升集料、振動(dòng)篩進(jìn)行篩分、集料稱稱量、攪拌器攪拌等。此過程主要消耗為電能，且與瀝青拌和站的功率有關(guān)?；旌狭仙a(chǎn)的能耗匯總見表2.3所示。表2.3混合料生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備能耗統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)能耗源能耗類型集料堆放裝載機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)柴油瀝青脫桶加熱瀝青導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)重油、柴油、燃煤冷料上料裝載機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)柴油集料干燥與加熱干燥滾筒、燃燒器重油、柴油、燃煤拌和拌和樓系統(tǒng)電能瀝青混合料生產(chǎn)的主要能耗是電耗。瀝青混合料拌和設(shè)備中所有電氣設(shè)備的額定功率總和為裝機(jī)功率，通過調(diào)查得到的國內(nèi)目前常用國產(chǎn)和進(jìn)口瀝青混合料拌和設(shè)備的裝機(jī)功率與額定生產(chǎn)率等參數(shù)，可以計(jì)算出瀝青混合料拌和設(shè)備生產(chǎn)單位質(zhì)量瀝青混合料所消耗的電能，見表2.4。表2.4瀝青混合料拌和設(shè)備裝機(jī)功率參數(shù)設(shè)備型號(hào)裝機(jī)功率kw額定生產(chǎn)率tlli能耗率kw-h/t日工NBD160ABZ5001603.13日工NBD240ABZ6002402.5日工NBD320ABZ7503202.34德基DG50009403802.47三一重工LB20004651602.91三一重工LB30006502402.71三一重工LB40007503202.34中交西筑J2000420120~1602.63~3.50中交西筑J3000700200~2402.92~3.50中交西筑J4000845280~3202.64~3.02中交西筑J50001003360~4002.51~2.79南方路機(jī)LB20005101603.19南方路機(jī)LB30006852402.85南方路機(jī)LB40008653202.73、運(yùn)輸能耗（1）原材料運(yùn)輸能耗一般地，路面工程材料主要的運(yùn)輸方式為公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸和短程運(yùn)輸船運(yùn)輸。鐵路運(yùn)輸能耗類型為電能和燃料，公路及水運(yùn)消耗柴油。液體粘稠瀝青運(yùn)輸方式主要采用散裝熱運(yùn)，包括鐵路罐車、汽車罐車和瀝青船。鐵路罐車因其容量大、保溫性能好、卸車方便、運(yùn)距長等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用；在有江河和海岸線的地區(qū)，利用瀝青船散裝熱運(yùn)，運(yùn)費(fèi)低、運(yùn)量大、加熱方便，可滿足長距離運(yùn)輸要求，同時(shí)能有效緩減鐵路運(yùn)輸壓力，使有限的運(yùn)輸資源效益最大化。公路運(yùn)輸雖然靈活、方便，但運(yùn)量小、運(yùn)距短、瀝青需重復(fù)加熱，因而使用受限。一般情況下塊狀石料采用自卸汽車運(yùn)輸，礦粉等粉料運(yùn)輸時(shí)容易產(chǎn)生污染，一般采用專用運(yùn)輸罐車。各種運(yùn)輸方式下能耗見表2.5。表2.5原材料運(yùn)輸能耗類型運(yùn)輸方式原材料能耗類型鐵路運(yùn)輸石油電能消耗電力傳輸公路運(yùn)輸石油、石料、礦粉燃油泄漏柴油消耗水路運(yùn)輸石油、石料、礦粉柴油消耗燃油泄漏部分原材料運(yùn)輸設(shè)備的能源消耗基準(zhǔn)值見表2.6。表2.6原材料運(yùn)輸能耗基準(zhǔn)產(chǎn)品名稱型號(hào)運(yùn)量綜合油耗（L/KM）能耗當(dāng)量（MJ/tKM）自卸車輛HFC3252KR1K31320.30.58ND32500B38J71322.40.65BDD3250BJ60Q13240.69LZ3250PDG13240.70DFV3310G1627.60.63EQ3259GF1323.8.0.67HN3201Z21C2N31023.20.84HFC5202XQYKRILT1028.81.06ALA5310GFLB31531.80.79DQJ5258GGSND1229.10.7ND42500B32J2438.50.59DYX5250GSS38YP1328.20.81CXQ5250GRYHFC1527.60.68ALA531OGYYDFL32031.90.59CGC1250PA41WPD3C1528.30.67一般運(yùn)輸車輛--0.80一般短程運(yùn)輸船--0.13（2）混合料運(yùn)輸能耗瀝青混合料運(yùn)輸設(shè)備一般均指自卸汽車，其載重量應(yīng)大于150KN為宜，以消除或減少攤鋪機(jī)短時(shí)換車卸料對(duì)路面鋪筑質(zhì)量的影響。為保證瀝青混合料運(yùn)輸?shù)綌備伂F(xiàn)場的時(shí)效性，一般在攤鋪機(jī)前保持有4～5輛車等待卸料，瀝青混合料運(yùn)輸過程包括四個(gè)主要環(huán)節(jié)：等待裝料→運(yùn)輸→卸料→空回。運(yùn)輸過程中能耗主要來自燃油消耗。首先需對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行燃油消耗的定量計(jì)算。燃油消耗得到定量之后就可以進(jìn)一步通過能耗因子（見表2.7）換算得到能耗定值。表2.7運(yùn)輸能耗基準(zhǔn)產(chǎn)品名稱型號(hào)運(yùn)量綜合油耗（L/KM）能耗當(dāng)量（MJ/tKM）自卸車輛HFC3252KR1K31320.30.58ND32500B38J71322.40.65BDD3250BJ60Q13240.69LZ3250PDG13240.70DFV3310G1627.60.63EQ3259GF1323.8.0.67HN3201Z21C2N31023.20.84HFC5202XQYKRILT1028.81.06ALA5310GFLB31531.80.79DQJ5258GGSND1229.10.7ND42500B32J2438.50.59DYX5250GSS38YP1328.20.81CXQ5250GRYHFC1527.60.68ALA531OGYYDFL32031.90.59CGC1250PA41WPD3C1528.30.67一般運(yùn)輸車輛0.80一般短程運(yùn)輸船0.13混凝土攪拌運(yùn)輸車ALA531OGYYDFL31129.10.98BJ5253GJB-21029.21.05CLY5317GJB51431.40.82AH5250GJB11230.10.79TZ5257GJBZ4N3050.01.31CTY5251GJBZ51430.20.79HDJ5251GJBHI13280.73一般混凝土攪拌運(yùn)輸車--32.60.924、攤鋪能耗為保證瀝青混合料攤鋪質(zhì)量，國內(nèi)多采用性能更優(yōu)的攤鋪機(jī)，如沃爾沃ABG、福格勒V?GELE和戴納派克Dynapac等。針對(duì)目前我國瀝青混合料攤鋪施工現(xiàn)狀以及攤鋪機(jī)械使用中的相關(guān)規(guī)定，國內(nèi)常用瀝青混合料攤鋪機(jī)基本屬于定額中“12.5m以內(nèi)”類型。此過程中能耗主要以攤鋪機(jī)燃料消耗為主。攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)一般投入兩臺(tái)攤鋪機(jī)以上聯(lián)合工作，成階梯型，前后相距5~8m。自卸汽車在攤鋪機(jī)前方20~30cm空擋停車，由攤鋪機(jī)推動(dòng)卸料車，速度與攤鋪機(jī)速度協(xié)調(diào)。瀝青混合料攤鋪前需提前30分鐘到達(dá)現(xiàn)場加熱熨平板，熨平板加熱程度不低于100℃。保養(yǎng)、安裝找平裝置等做好攤鋪前準(zhǔn)備。攤鋪機(jī)開始作業(yè)時(shí)調(diào)整好行走方向，攤鋪機(jī)行駛速度應(yīng)與拌和設(shè)備生產(chǎn)能力相匹配，不得中途隨意停車或變換速度。在鋪筑過程中應(yīng)隨時(shí)檢查攤鋪層厚及路拱橫坡，不符合要求時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整。5、碾壓能耗瀝青路面的路用性能與壓實(shí)度關(guān)系密切，為保證壓實(shí)效果，常用機(jī)械主要包括大噸位的雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)和膠輪壓路機(jī)。瀝青混合料的壓實(shí)過程一般包括三個(gè)環(huán)節(jié)：初壓→復(fù)壓→終壓。碾壓機(jī)械主要借助外力多次重復(fù)作用將松散的瀝青混合料碾壓密實(shí)，以滿足設(shè)計(jì)的壓實(shí)度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求。壓路機(jī)的種類和數(shù)量配置需考慮攤鋪寬度，并保證壓實(shí)溫度滿足規(guī)范要求。壓路機(jī)的碾壓速度、壓實(shí)次數(shù)、機(jī)具組合等參數(shù)均可控制。瀝青混合料碾壓過程中，能源消耗主要為柴油。（三）瀝青面層施工能耗類型匯總因此，瀝青面層施工過程的能耗主要分為5個(gè)部分：原材料生產(chǎn)階段能耗、瀝青混合料生產(chǎn)、運(yùn)輸、攤鋪和碾壓階段能耗，各個(gè)過程的能耗可作為一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)見表2.8。集料生產(chǎn)能耗是指集料生產(chǎn)炸藥和集料生產(chǎn)設(shè)備能耗。其中集料生產(chǎn)設(shè)備能耗包括：集料生產(chǎn)準(zhǔn)備階段機(jī)械設(shè)備能耗（推土機(jī)、壓路機(jī)、自卸汽車、載貨汽車）；集料開采階段的機(jī)械設(shè)備能耗（挖掘機(jī)、裝載機(jī)、自卸汽車、爆破器材運(yùn)輸車、灑水車、電動(dòng)空壓機(jī)、潛孔鉆機(jī)等）；集料加工階段的機(jī)械設(shè)備能耗（喂料機(jī)、破碎機(jī)、運(yùn)料車、吸塵器等）。礦粉生產(chǎn)能耗主要指礦粉生產(chǎn)設(shè)備的能耗。瀝青生產(chǎn)能耗包括：常減壓渣油裝置能耗、溶劑脫瀝青生產(chǎn)裝置及改性瀝青、乳化瀝青生產(chǎn)裝置能耗。瀝青拌和設(shè)備能耗包括拌和樓能耗和配套使用的裝載機(jī)能耗。原材料運(yùn)輸能耗包括鐵路、公路、海運(yùn)等運(yùn)輸方式下的能耗及采石場自卸車運(yùn)輸石料和礦粉運(yùn)輸專用罐車等運(yùn)輸設(shè)備能耗，混合料運(yùn)輸能耗主要指運(yùn)輸瀝青混合料的自卸車，運(yùn)輸船等工具產(chǎn)生的能耗。瀝青混凝土攤鋪機(jī)械能耗指各類攤鋪機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力能耗。瀝青混凝土碾壓機(jī)械能耗指各類壓路機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力能耗。表2.8瀝青面層能耗指標(biāo)一級(jí)指標(biāo)二級(jí)指標(biāo)能耗類型原材料生產(chǎn)集料柴油瀝青電能、燃料礦粉電能混合料生產(chǎn)集料堆放柴油瀝青脫桶加熱電能、燃料(柴油、重油、煤)冷料上料柴油集料烘干加熱柴油、重油、煤拌和電能運(yùn)輸原材料電能、柴油混合料柴油攤鋪柴油碾壓柴油（四）小結(jié)（1）按照瀝青面層施工階段以及每個(gè)階段的生產(chǎn)流程、工藝和不同類型機(jī)械設(shè)備配置，確定能耗類型；（2）確定了瀝青面層施工能耗兩級(jí)評(píng)價(jià)體系。一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)有5個(gè)：原材料生產(chǎn)、瀝青混合料生產(chǎn)、運(yùn)輸、攤鋪與碾壓能耗。原材料生產(chǎn)能耗二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)分為瀝青生產(chǎn)、集料及礦粉生產(chǎn)能耗；瀝青混合料生產(chǎn)能耗二級(jí)指標(biāo)分為集料堆放、瀝青脫桶加熱、冷料上料、集料干燥與加熱、拌和機(jī)拌和；運(yùn)輸能耗二級(jí)指標(biāo)包括原材料運(yùn)輸與混合料運(yùn)輸能耗。二、瀝青面層節(jié)能施工技術(shù)研究本章分別從溫拌技術(shù)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、租賃新施工設(shè)備與提高設(shè)備生產(chǎn)能力4個(gè)方面，分析節(jié)能降耗效果與造價(jià)，并提出瀝青面層低能耗及低碳施工技術(shù)關(guān)鍵控制指標(biāo)，利于指導(dǎo)施工。（一）瀝青路面溫拌技術(shù)以降低瀝青高溫粘度為目標(biāo)的溫拌瀝青混合料（WMA），可以在很大程度上降低能耗、減少廢氣排放，削弱對(duì)周圍環(huán)境和施工人員的危害程度。一般地，相比于傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料（HMA），WMA拌和、攤鋪和碾壓溫度可降低20℃~50℃。目前市場上溫拌添加劑主要有4種類型：①瀝青-礦物法該方法作用機(jī)理是通過將一種人工合成的含水沸石加入瀝青中，使瀝青發(fā)泡，泡沫起到潤滑作用，有利于混合料低溫拌和。目前，常用的礦物類溫拌添加劑包括德國的“Aspha-Min”、武漢理工大學(xué)研發(fā)的沸石溫拌添加劑、美國PQ公司的沸石溫拌添加劑，其中德國的“Aspha-Min”應(yīng)用較為廣泛。②泡沫瀝青溫拌法該方法主要是將軟質(zhì)瀝青結(jié)合料與硬質(zhì)泡沫瀝青結(jié)合料分別在不同拌和階段加入到混合料中，相比于傳統(tǒng)熱拌瀝青，其拌和溫度僅為100~120度，攤鋪溫度為80度左右。目前，WAM-Foam主要由殼牌公司(SHELL)和挪威Kolo-Veidekke公司開發(fā)，但限于其施工成本較高，施工技術(shù)復(fù)雜，成規(guī)模工程實(shí)體生產(chǎn)較少，應(yīng)用性研究較多。③觸變有機(jī)添加劑該方法是將低熔點(diǎn)的有機(jī)添加劑加入到混合料中，就物理化學(xué)方面而言，此方法可有效改變?yōu)r青的粘溫曲線，降低瀝青粘度。常用添加劑包括南非Sasol公司生產(chǎn)的Sasobit、RH溫拌改性劑、EC120溫拌瀝青改性劑，其中Sasobit的科研、應(yīng)用較為廣泛。④乳化瀝青類溫拌法其作用機(jī)理為：將特殊的化學(xué)表面活性劑配制成皂液，以液體的形式直接加入拌和桶，再與瀝青﹑石料進(jìn)行攪拌，相對(duì)于熱拌混合料，可有效降低碾壓溫度30～50℃。該方法代表產(chǎn)品為美國“Evotherm”、LBW-1溫拌瀝青添加劑、KZW-501溫拌劑。1、節(jié)能減排分析假設(shè)熱拌瀝青混合料拌和溫度控制在155℃左右，集料初始溫度為25℃，則節(jié)省的能耗可用式（6.1）計(jì)算。（6.1）式中：；；；見表6.1；。表6.1道路材料的比材料種類比熱容(kJ/kg.℃)瀝青混凝土0.84~1.09石油瀝青0.92SBS改性瀝青1.39焦油瀝青1.47角閃巖0.84輝長巖0.8砂巖0.92花崗巖0.79石灰?guī)r0.84玄武巖0.84方解石0.8蛇紋巖1.09長石0.8砂子0.8由此可計(jì)算每噸熱拌瀝青混合料能耗為1.09×1000×(155-25)=141700kJ。節(jié)省的能耗換算為重油消耗量如式6.2。（6.2）式中，m重為重油等效替換量，kg；q為重油發(fā)熱系數(shù)，見表3.1。節(jié)省碳排放量采用式6.3計(jì)算。（6.3）式中，mc為碳排放量，kg；η為重油發(fā)熱系數(shù)，見表3.1。通過上述計(jì)算公式可計(jì)算每噸溫拌瀝青混合料的節(jié)能減排量，見表6.2。表6.2每噸溫拌瀝青混合料能耗分析溫拌技術(shù)瀝青-礦物法Sasobit泡沫瀝青DAT降低溫度(℃)10152540節(jié)省能耗(kJ)10900163502725043600與HMA相比的節(jié)能減排效果(%)7.711.519.230.8節(jié)約重油(kg)0.270.400.671.08減小碳排放(kg)0.831.242.073.302、經(jīng)濟(jì)性分析溫拌劑的添加會(huì)引起混合料費(fèi)用的增加，且其費(fèi)用增量遠(yuǎn)大于重油節(jié)約費(fèi)用，假定重油價(jià)格:4700元/噸，則每噸溫拌瀝青混合料的費(fèi)用分析見表6.3。表6.3每噸溫拌瀝青混合料費(fèi)用分析溫拌技術(shù)瀝青-礦物法SasobitDAT(濃縮液)摻量(%)混合料的0.3%瀝青的3%瀝青的5%添加劑用量(kg)3.01.42.4價(jià)格(元//t)45003000018000外加劑費(fèi)用(元)13.542.942.9重油節(jié)約費(fèi)用(元)1.261.905.06由表6.3可以看出，瀝青-礦物法、Sasobit、DAT（濃縮液）三種溫拌技術(shù)中溫拌劑的最佳摻量各不相同，就材料單價(jià)而言，Sasobit價(jià)格最高，DAT（濃縮液）其次，最便宜添加劑為瀝青-礦物類，相對(duì)于熱拌混合料，DAT（濃縮液）溫拌技術(shù)節(jié)約重油費(fèi)用最多，經(jīng)濟(jì)性最佳。（二）生產(chǎn)工藝改進(jìn)1、控制集料含水量對(duì)集料含水量的有效控制，對(duì)節(jié)能減排非常重要。事實(shí)上，如果集料含水量較高（大于1%），則瀝青混合料拌制時(shí)需提高加熱溫度，而溫度升高又會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)能耗增加。假設(shè)熱拌瀝青混合料的油石比為4.0%，礦粉用量為4%，水的比熱容為4.2kJ/kg.℃，集料含水量為1%。則由常溫加熱到100℃骨料中的水所需能量為：Q1=4.2×(1000×100/104.0×(1-4%)×1%)×(100-25)=2907.7kJ。已知水的汽化熱為2298.6kJ/kg，則骨料中水從100℃加熱到汽化所需能量為：Q2=mq=(1000×100/104.0×(1-4%)×1%)×2298.6=22140.9kJ。已知空氣的比熱容為1kJ/kg，則煙氣加熱所需能量為：Q3=1×(1000×100/104.0×(1-4%)×1%)×(155-100)=507.7kJ。則1%的含水量所引起的能耗增加值Q=Q1+Q2+Q3=25556.3kJ。進(jìn)一步計(jì)算得到重油消耗增加值=25556.3/40500=0.63kg/t。通過調(diào)查：采用遮雨棚控制集料含水量，可有效降低成本，節(jié)能降耗效益顯著。在西北干旱地區(qū)和東部多雨地區(qū)，架設(shè)遮雨棚后的集料含水率分別降低1.5%與2.5%，則生產(chǎn)每噸混合料重油消耗分別降低0.95kg與1.58kg。遮雨棚市場價(jià)格根據(jù)道路等級(jí)、材料、施工水平以及地區(qū)差異確定，一般在120元/m2左右。對(duì)于鋪筑寬度22.5m、厚度18cm的雙向四車道高速公路，每公里所需集料約8970t，則干旱地區(qū)和多雨地區(qū)可分別節(jié)約重油8.5t、14.1t，節(jié)約費(fèi)用3.99萬元、6.65萬元。即在干旱地區(qū)修建6~12km、多雨地區(qū)修建3.6~7.2km即可收回遮雨棚成本，而且可以回收再利用。2、瀝青加熱工藝改進(jìn)（1）紅外輻射加熱技術(shù)。理論上，采用該方法可將瀝青加熱能耗降低到傳統(tǒng)加熱法的50%~70%。相比于傳統(tǒng)加熱方式，輻射加熱無需介質(zhì)，具有加熱快、溫控靈敏、熱損失小、效率高等優(yōu)勢。紅外輻射加熱的熱源主要有兩種：①電熱或者載熱體；②煤或者天然氣。目前，常見的紅外輻射加熱方式有傳統(tǒng)連續(xù)紅外加熱法和間歇式紅外加熱法，與紅外輻射連續(xù)加熱容易引起路面起火焦化、瀝青受熱不均勻、溫度梯度大等特點(diǎn)相比，采用間歇式紅外加熱工藝可以使桶裝瀝青均勻受熱，溫度梯度更小、加熱效果更佳，同時(shí)還可降低能源消耗。該技術(shù)已在取暖、工業(yè)生產(chǎn)、烤漆等行業(yè)推廣應(yīng)用。（2）高溫超導(dǎo)熱管加熱新技術(shù)。該方法是在密閉的金屬管內(nèi)添加載熱量較大的特殊介質(zhì)，介質(zhì)受熱后立即產(chǎn)生高能物理變化，并迅速傳遞熱量。與傳統(tǒng)以水、油為介質(zhì)為傳熱介質(zhì)的加熱方式，超導(dǎo)熱管技術(shù)具有快捷、遠(yuǎn)距離、無需外載等優(yōu)勢，從而實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、低耗、環(huán)保的目的。該介質(zhì)傳熱速度優(yōu)于其他導(dǎo)體材料，可達(dá)80~100cm/s；且傳輸過程近乎等溫傳熱，熱損耗可以忽略；使用壽命長；管內(nèi)介質(zhì)價(jià)格低廉，制作簡單。近年來，超導(dǎo)熱管技術(shù)已在許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如智能型超導(dǎo)熱管瀝青加熱罐等。在實(shí)驗(yàn)室，該技術(shù)采用的熱超導(dǎo)材料熱量傳遞效率可達(dá)到90%，是傳統(tǒng)瀝青加熱工藝熱量傳遞效率的3倍，可以極大地提高燃料燃燒利用率，達(dá)到節(jié)能減排效果。（3）復(fù)合式太陽能加熱技術(shù)。該技術(shù)是利用太陽能加熱瀝青，常見加熱方式有直接加熱和間接加熱2種。直接加熱法是瀝青進(jìn)入太陽能集熱器受熱融化，該方法是液體受熱過程中效率最高的一種。間接加熱法是利用太陽能集熱器提供熱量給熱媒，該熱媒再通過熱交換器將熱量間接傳遞到瀝青罐。考慮到間接加熱方式可以節(jié)約現(xiàn)有太陽能集熱器改造費(fèi)用，同時(shí)由于該系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，可有效節(jié)約系統(tǒng)維護(hù)成本，應(yīng)用前景良好。該技術(shù)加熱過程兼?zhèn)淝鍧?、無污染、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，應(yīng)用前景廣闊。國內(nèi)相關(guān)研究顯示，采用此技術(shù)在瀝青脫桶加熱這一環(huán)節(jié)能耗約為17625kJ/t，相較于傳統(tǒng)能耗70309.4kJ/t，可節(jié)約能源74.9%。3、瀝青脫桶工藝改進(jìn)目前國內(nèi)瀝青脫桶工藝發(fā)展方向?yàn)椋孩俨捎蒙⒀b瀝青，②瀝青加熱罐增設(shè)煙氣余熱脫桶裝置。脫桶過程中，大約有3%的瀝青出現(xiàn)損耗，為了達(dá)到節(jié)能環(huán)保目的，目前眾多地區(qū)正在推廣散裝瀝青，直接省去脫桶環(huán)節(jié)。采用散裝瀝青可節(jié)約能源近12%，利用熱瀝青燃料生產(chǎn)的余熱與燃料復(fù)合加熱，可大大降低需要消耗的能源，且兩者節(jié)能環(huán)保效果最好。（三）機(jī)械設(shè)備優(yōu)選調(diào)查發(fā)現(xiàn)，瀝青混合料常用施工機(jī)械設(shè)備以柴油耗能為主，柴油能耗與柴油機(jī)功率和機(jī)械水平有關(guān)，而柴油機(jī)能耗水平和功率則與其使用年限及型號(hào)密不可分。1、裝載機(jī)目前，一般工程選擇95系列的裝載機(jī)較多（比50系列先進(jìn)），斗容量在3.0～4.5立方米之間，可根據(jù)拌和設(shè)備生產(chǎn)能力、產(chǎn)量及工況等因素選擇合適裝載機(jī)型號(hào)及其鏟斗容量。裝載機(jī)油耗與使用年限關(guān)系如圖6.1所示，如果生產(chǎn)集料8970t，可計(jì)算使用3年的裝載機(jī)比4~6年所節(jié)約的柴油量與費(fèi)用見表6.4。圖6.1裝載機(jī)油耗與使用年限關(guān)系曲線圖6.2自卸汽車油耗與使用年限關(guān)系曲線表6.4裝載機(jī)油耗節(jié)約值對(duì)比年限456每噸混合料節(jié)約(kg/tkm）0.0210.0340.057節(jié)約柴油(t)2.03.35.5節(jié)約費(fèi)用(元)12655.420489.834350.5由圖6.1可知，三年使用期的裝載機(jī)油耗維持在0.136kg/t左右，三年以后的機(jī)械油耗急劇增加至0.187kg/t，費(fèi)用增加近2.5倍。因此，為節(jié)能降耗、控制成本，應(yīng)優(yōu)先考慮使用三年內(nèi)的裝載機(jī)。2、自卸汽車圖6.2為雙橋、后八輪、15t-45t自卸運(yùn)輸車使用年限與油耗關(guān)系。如果生產(chǎn)集料8970t，平均運(yùn)距10km，則使用3年的比4~6年所節(jié)約的柴油量與費(fèi)用見表6.5。從圖中可以看出，3年使用期內(nèi)自卸汽車油耗變化較小，不超過0.021kg/t·km，使用三年以后油耗非線性遞增到第六年接近0.078kg/t·km，額外增加油耗費(fèi)用達(dá)5倍。可見，選用三年之內(nèi)車齡的運(yùn)輸車輛，既有利于節(jié)約能源、又可有效控制工程費(fèi)用。表6.5自卸汽車油耗節(jié)約值對(duì)比年限456每噸集料節(jié)約(kg/t0.0100.0340.046節(jié)約柴油(t)0.0900.3050.413節(jié)約費(fèi)用(元)556.11890.92558.23、攤鋪機(jī)攤鋪機(jī)型號(hào)的選擇與拌和設(shè)備的生產(chǎn)能力必須匹配，而攤鋪機(jī)攤鋪速度、攤鋪寬度、攤鋪厚度、理論生產(chǎn)率等因素直接決定了攤鋪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)功率、料斗容量等指標(biāo)。事實(shí)上，攤鋪機(jī)燃油消耗量是由其型號(hào)及功率決定，功率越高，單位混合料攤鋪油耗也越大。根據(jù)攤鋪機(jī)的各種型號(hào)，常用設(shè)備功率范圍在130KW～180KW之間，每小時(shí)滿負(fù)荷工作油耗約為10～20L。履帶式攤鋪機(jī)使用年限與油耗關(guān)系如圖6.3所示。如果生產(chǎn)瀝青混合料4050m3，可計(jì)算使用3年的攤鋪機(jī)比4~6年所節(jié)約的柴油量與費(fèi)用見表6.6。由圖6.3可見使用3年為攤鋪機(jī)能耗拐點(diǎn)，因此，盡量選用新型、使用期較短的攤鋪機(jī)械有利于減少油耗。圖6.3攤鋪機(jī)油耗與使用年限關(guān)系曲線表6.6攤鋪機(jī)油耗節(jié)約值對(duì)比年限456每噸集料節(jié)約(kg/m3)0.0770.1450.157節(jié)約柴油(t)0.310.590.64節(jié)約費(fèi)用(元)1933.53641.03942.34、壓路機(jī)同理，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，針對(duì)寶馬格雙鋼輪13t壓路機(jī)和徐工XP301膠輪壓路機(jī)。其三年以下的機(jī)械油耗平均在0.481kg/m3左右，使用期超過3年以上的油耗普遍達(dá)到了0.767kg/m3以上。因此，在施工條件許可時(shí)，應(yīng)該盡量使用機(jī)齡為三年以下的壓路機(jī)。（四）設(shè)備生產(chǎn)能力提升由基于定額法瀝青混合料生產(chǎn)的能耗計(jì)算結(jié)果，生產(chǎn)10003中粒式瀝青混合料拌和設(shè)備當(dāng)量柴油與與當(dāng)量重油消耗，分別如圖6.4和6.5所示。由結(jié)果可知，拌和設(shè)備的生產(chǎn)能力的提高可有效降低單位瀝青混合料的燃油能耗。圖6.4拌和設(shè)備生產(chǎn)能力與重油油耗關(guān)系圖6.5拌和設(shè)備生產(chǎn)能力與柴油油耗關(guān)系圖6.6拌和設(shè)備生產(chǎn)能力與攤鋪油耗關(guān)系圖6.7自卸汽車載重與運(yùn)輸油耗關(guān)系圖6.6表示攤鋪機(jī)油耗與拌和設(shè)備生產(chǎn)能力關(guān)系，為適應(yīng)生產(chǎn)效率必須配套大型攤鋪設(shè)備，生產(chǎn)效率逐漸提高，單位質(zhì)量瀝青混合料的攤鋪能耗降低。圖6.7為自卸車運(yùn)輸油耗與載重量關(guān)系，單位質(zhì)量混合料的運(yùn)輸油耗與載重量成反比例，載重量越大，汽車空返次數(shù)越低，總能耗也隨之降低。（五）小結(jié)（1）分別從溫拌技術(shù)、生產(chǎn)工藝改進(jìn)、施工機(jī)械優(yōu)選與設(shè)備生產(chǎn)能力提升4個(gè)方面，提出瀝青面層低能耗及低碳施工措施，并分析節(jié)能減排效果與造價(jià)。4種低碳施工技術(shù)簡單、可行、且易于實(shí)現(xiàn)。同一實(shí)體工程中既可以綜合運(yùn)用4種技術(shù)，也可以采用單一技術(shù)。（2）計(jì)算分析了不同溫拌技術(shù)的節(jié)能減排效果，DAT溫拌瀝青混合料節(jié)能降耗效果最佳。采用遮雨棚可有效控制集料含水量、改進(jìn)瀝青加熱工藝及瀝青脫桶工藝均可達(dá)到良好的節(jié)能降耗效果，其中控制集料含水量最為經(jīng)濟(jì)、可行。（3）裝載機(jī)、運(yùn)輸車、攤鋪機(jī)及壓路機(jī)油耗與使用年限密切相關(guān)，三年使用期為機(jī)械油耗拐點(diǎn)，因此優(yōu)先考慮三年以內(nèi)使用期的機(jī)械，或加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的保養(yǎng)和維護(hù)，使各類路用機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)保持如新的狀態(tài)。（4）瀝青面層施工能耗與拌和設(shè)備的生產(chǎn)能力密切相關(guān)。拌和設(shè)備生產(chǎn)效率越高，則生產(chǎn)單位