基于寿命周期评价的橡胶沥青路面技术环境效益评估研究

蔡海泉，朱浩然

（1.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京211112；2.新型道路材料国家工程实验室，江苏 南京211112）

0 引 言

橡胶沥青作为一种环保型路面材料，在国内外已经具有一定的应用规模。众多研究和工程实践证明其可显著提升路用性能、延长使用寿命。

沥青路面建设资源消耗量巨大，包括原材料以及各种能耗。欧美等发达国家基于寿命周期评价（Life cycle assessment，LCA）理念，开展了多种原材料的寿命周期清单分析工作，包括欧洲沥青协会发布的沥青寿命周期清单数据，以及开发出的多种寿命周期评价软件[1-7]。但是由于我国沥青路面的原材料来源、施工工艺等方面与国外存在差异，因此国外研究机构建立的路面寿命周期评价数据无法被直接应用，必须结合我国沥青路面建设实际，建立本土化的基础数据库。然而，现阶段我国对于橡胶沥青混合料生产的能耗及排放数据仍然缺乏[8-10]。

本文通过橡胶沥青混合料生产过程的数据收集、调查，分析测算其环境影响，为该技术的推广应用提供环境影响数据支持。

1 评价方法

1.1 评价指标

我国的节能减排政策侧重于能耗及排放指标，因此在开展橡胶沥青路面环境效益评估时，以能耗及温室气体排放为主要评估指标，同时综合考虑资源节约和废弃物利用等方面的环境效益，主要包括以下指标：

（1）标准能耗，MJ/t，体现对能源的消耗情况；

（2）温室气体即二氧化碳（CO2）排放当量，kg/t，体现温室气体的排放情况；

（3）循环利用率，kg/t，体现对废旧资源的循环利用。

1.2 测算的边界条件

本文的测算边界条件如图1所示。

图1 沥青路面施工能耗的系统边界

2 热拌沥青路面环境影响测算

2.1 原材料生产

原材料生产能耗，主要包括石料开采、破碎等。其寿命周期能耗及排放数据采用亿科环境开发的基础数据库CLCD[12]；沥青寿命周期数据则采用欧洲沥青协会发布的Life Cycle Inventory:Bitumen[13]。（见表1）

2.2 运输

路面建设过程运输一般以重型货车为主，其寿命周期能耗及排放数据均采用亿科环境开发的基础数据库CLCD[12]。（见表2）

表1 原材料生产能耗及温室气体排放

表2 30 t 重型柴油货车运输能耗及温室气体排放

2.3 混合料生产

混合料拌和生产环节主要消耗的能源包括拌和楼的燃油和电能以及现场装卸机械的燃油。为此，本文对江苏省多个新建公路的拌和楼开展能源消耗调查，根据生产的混合料类型进行区分，并将调查结果平均值作为代表能耗。（见表3）

表3 典型类型沥青混合料拌和能耗及排放

2.4 摊铺碾压环节

根据《公路沥青路面施工技术规范》典型施工工艺，结合实际工程中的摊铺碾压速度以及机械设备燃油消耗情况，各种混合料类型的沥青路面摊铺碾压环节的环境影响情况见表4。

表4 摊铺碾压环节能耗及排放

2.5 数据汇总

单位质量典型沥青路面的生产能耗及温室气体排放结果汇总见表5。

3 橡胶沥青路面环境影响测算

3.1 橡胶沥青生产

根据调研，胶粉的生产方式有多种，较多采用低温破碎与机械破碎相结合。将通过这种工艺生产胶粉的能耗与国外结果进行对比，见表6。

表5 典型沥青路面施工期能耗及温室气体排放

表6 橡胶粉生产能耗及温室气体排放

根据对比结果可见，按照低温破碎与机械破碎相结合生产工艺生产的胶粉能耗排放与美国结果基本处于同一水平。因此，本文在后续测算过程中，以我国低温破碎与机械破碎相结合生产工艺的能耗及温室气体排放数据作为基础。

橡胶沥青的制备是在基质沥青的基础上进行胶粉改性得到的。根据生产工艺可分为现场湿法橡胶沥青和成品湿法橡胶沥青两大类。

现场湿法橡胶沥青生产过程中假设沥青加热能耗与沥青混合料拌和阶段沥青加热的能耗相同。根据对橡胶沥青生产环节的能耗调查，每吨成品湿法橡胶沥青生产需耗电3.5~5 kw·h，燃油6~8 kg，采用能耗均值作为代表能耗。成品湿法橡胶沥青生产过程中需要添加胶粉质量0.3%左右的添加剂，而根据cut-off原则，该部分能耗很少，可以忽略不计。另外，胶粉是由废弃橡胶轮胎再加工而成，因此橡胶本身的生产能耗不在胶粉生产能耗的考虑范畴内。

根据不同类型橡胶沥青生产工艺、生产环节的能耗测算调查，得到典型类型橡胶沥青的生产能耗及排放。（见表7）

表7 橡胶沥青料生产能耗及温室气体排放

根据橡胶沥青的生产能耗排放测算结果可知，单位质量现场湿法橡胶沥青生产的能耗及温室气体排放较低。

3.2 橡胶沥青路面

根据橡胶沥青混合料生产工艺，干法橡胶沥青混合料拌和温度与常规类型混合料基本一致，而成品湿法和现场湿法橡胶沥青混合料的生产过程拌和温度高，对应的拌和阶段能耗分别高约5%和10%。

单位质量橡胶沥青混合料生产的环境影响测算结果见表8。

表8 橡胶沥青混合料单位生产量的能耗及温室气体排放

根据测算结果可知：

（1）单位质量橡胶沥青混合料生产的能耗较低，具有良好的节能效果。

（2）不同类型橡胶沥青对比，现场湿法由于胶粉掺量略低，且拌和过程温度要求更高，因此其能耗较高。

（3）橡胶沥青混合料寿命周期温室气体排放较高，不具有明显的减排效益，这是由于橡胶沥青加工过程主要使用电力能源，而电力能源的碳排放系数相对较高。

（4）胶粉循环利用方面，每吨橡胶沥青混合料可循环利用废旧胶粉15~19 kg，按照每条轮胎生产8 kg胶粉测算，相当于2~2.5条废旧橡胶轮胎。

4 结 论

基于寿命周期评价方法，通过数据调研和现场调查，开展了典型橡胶沥青混合料生产能耗及温室气体排放测算研究，主要得出以下结论：

（1）橡胶沥青混合料具有显著的节能效益，尤其是成品湿法和干法橡胶沥青。与改性沥青SMA-13混合料相比，节能比例达到13.6%左右，而现场湿法橡胶沥青混合料节能比例为7.6%左右。

（2）从寿命周期角度，橡胶沥青混合料在温室气体排放方面并无优势，温室气体排放较改性沥青SMA-13混合料高。