第２７卷第１期 徐州工程学院学报（自然科学版） ２０１２年３月 Ｖｏ１．２７ Ｎｏ．１ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｕｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｍａｒ．２Ｏ１２ 公路建设与养护中的节能减排技术 胡霞光 ，吴凤珍。，李 凤。，刘紫阳 （１．河南交通科学技术研究院，郑州４５０００１；２．河南工业大学，郑州４５０００１；３．西南交通大学，重庆６１１７５６） 摘要：针对公路建设与养护中节能减排问题，介绍了公路建设与养护过程中的能耗状况，分析 了温拌沥青技术、冷再生技术的节能减排特点，指出使用这些技术可以解决铺筑热拌沥青混合料所 带来的能耗与环境污染问题． 关键词：节能减排；温拌沥青技术；冷再生技术 中图分类号：Ｕ２１４．７ ５文献标识码：Ａ文章编号：１６７４—３５８Ｘ（２０１２）Ｏ１—００２６—０５ 全球能源日益紧缺、环境容量不断降低是２１世纪人类共同面临的重大问题＿１］．近年来，大气中的二氧化 碳呈现明显上升的趋势，全球平均气温也在近百年内升高了０．７４℃ｌ２］．而公路建设与养护是交通运输行业 中资源消耗和温室气体排放的重点领域之一，因此加快公路建设与养护方式的转变是做好节能减排工作的 必然要求． １ 公路建设与养护发展现状 目前，在公路建设与养护过程中．主要使用的是热拌沥青混合料ＨＭＡ（ｈｏｔ ｍｉｘｔｕｒｅ ａｓｐｈａｌｔ）．传统的 ＨＭＡ施工时，需要把混合料加热到１６０℃以上，且其摊铺、碾压温度不低于１２０℃．在对其进行加热、摊铺、 碾压过程中，不仅要消耗大量的能源，而且会产生大量的沥青烟、二氧化碳、一氧化碳、氮氧化合物等废气及 粉尘，严重污染环境和危害人身健康．当今，为了发展弥补ＨＭＡ在施工过程中的缺陷，温拌沥青技术和冷再 生技术得以迅速发展．表１［３ 为国家统计局统计出的１９９５－－２００９年中国沥青的表观消费量及其沥青烟释 放量． 表１ １９９５－－２００９年沥青表观消费量及沥青烟释放量 年份 表观消费量／万ｔ 烟释放量／万ｔ 年份 表观消费量／万ｔ 烟释放量／万ｔ １９９５ ３５３ ０．５Ｏ２ ３ ２００３ １ １１２ １．５８５ ２ １９９６ ３７９ Ｏ．５７８ ２ ２００４ １ １１０ １．５８１ ９ １９９７ ４３０ ０．６１３ ０ ２００５ １ ２３７ １．７６３ ５ １９９８ ４２Ｏ ０．５９８ ７ ２００６ １ ４４０ ２．０５２ ７ １９９９ ５３８ ０．７９４ ６ ２００７ １ ７８９ ２．５５０ １ ２０００ ６０６ ０．８６３ ９ ２００８ １ ７９９ ２．５６４ ２ ２００１ ７２８ １．０３７ ８ ２００９ ２ ７１９ ３．８７５ ８ ２００２ ９２７ １．３２１ ４ 从表１中可以看出：每年都有大量的沥青烟释放到大气中；随着沥青用量的逐年增加，沥青烟的释放量 也进一步增加，２００９年沥青烟释放量达到了３．８７５ ８万ｔ． ２温拌沥青技术 温拌沥青技术是通过掺加一定量外掺剂来降低沥青的黏度，使沥青与矿料能在相对较低的温度下进行 收稿日期：２０１卜１１—１８ 作者简介：胡霞光（１９７４一），男，河南商丘人，教授，高级工程师，博士，硕士生导师，主要从事公路系统研究 吴凤珍（１９８５一），女，山东菏泽人，硕士研究生，主要从事道路与桥梁工程研究． ・ ２６ ・ 胡霞光，等：公路建设与养护中的节能减排技术 拌和及施工，达到与热拌沥青混合料相同的技术性能Ⅲ．根据国内外研究以及实现温拌的方法的不同，温拌 沥青混合料ＷＭＡ（ｗａｒｍ ｍｉｘ ａｓｐｈａｌｔ）技术可分为４类 ，即沥青一矿物法、温拌沥青混合料泡沫、添加低 熔点的有机添加剂、基于乳化沥青的温拌沥青混合料．这４种温拌沥青技术都能够降低沥青的黏度与增强裹 附能力，从而降低能源消耗，减少废气排放．温拌沥青混合料的配制流程见图１． 矿料（应用温度：１００ １２０℃） 软沥青一［ 沥青混合料 一硬沥青 图１ ＷＭＡ的配置流程 ２．１ 温拌沥青混合料的节能减排 沥青混合料施工工艺如图２ Ｅ。 所示．从图２中可以看出，其耗能主要在集料沥青加热、拌和环节（①、 ②、③、④），而废气排放主要在拌和、摊铺环节（②、④、⑥）．在具体工程中，图２的６个环节都是要耗能和排 气的，而运输环节中的能源消耗比较少；因此，在运输过程中，实施有效保护措施，可以尽量避免废气的排放． 下面就混合料加热、拌和耗能以及摊铺中的废气排放等问题进行分析． ② ④ ⑤ 图２ 温拌沥青混合料施工工艺 ２．１．１温拌沥青混合料加热、拌和中的耗能 在理论上，集料在拌合前是处于常温状态，基质沥青保存在出藏罐中．混合料拌合的顺序是先干拌１５ Ｓ， 再湿拌４５ Ｓ，然后把拌合好的混合料运输到施工现场．用红外温度测试仪分别测试热拌和温拌后的混合料的 温度以及能量消耗．结果见表２． 表２集料与沥青在各阶段的温度 ℃ 集料在加热过程中吸收的热量 。］ Ｑ—Ｃ×ｍ Ｘ（Ｔ２一Ｔ１）． ・ （１） ２７ ・ 徐州工程学院学报（自然科学版） ２０１２年第１期 式中：Ｑ为集料吸收的热量，单位ｋＪ；Ｃ为集料的比热容，单位ｋＪ／（ｋｇ・℃）； 为集料的质量，单位ｋｇ；（ 一Ｔ ）为集料温度的变化，单位Ｋ． 一般情况下集料的比热容为０．８～１．０ ｋＪ／（ｋｇ・℃），沥青的比热容为１．３４ ｋＪ／（ｋｇ・℃）．如果将集料与 沥青分别按１ ｔ计量，那么根据表２数据按公式（１）计算可得沥青与集料吸收的热量．具体见表３． 表３ 沥青与集料吸收的热量 ＭＪ 由表３可知，温拌沥青混合料与热拌沥青混合料相比，每吨大约可节约３Ｏ～５０ ＭＪ的热量．假设混合料 加热所需能量是原煤燃烧提供，若原煤的热值为２０ ９３４ ｋＪ／ｋｇ，标准煤换算系数为０．７１４ ３ ｋｇ标准煤／ｋｇ，且 原煤完全燃烧，并完全吸收所有热量，那么计算可得：采用１ ｔ温拌沥青混合料相当于节约１．０２～１．７６ ｋｇ标 准煤．来自德国的研究数据表明，每生产１ ｔ热拌沥青混凝土需消耗８ Ｌ燃料油，那么如降低拌和温度３Ｏ～ ３５℃，就可节约燃料油２．４１ Ｌ／ｔ，并可减少３０ 以上的ＣＯ 等气体以及粉尘的排放量 ］】． ２．１．２温拌沥青混合料加热、拌和以及摊铺中废气的排放 根据北美Ｐｉｎｃｈｉｎ环境公司对麦克沥青公司位于安大略的拌和厂的评价结果，分别将热拌以及温拌沥 青混合料的排放量、热拌以及温拌沥青混合料摊铺排放量列于表４ Ｅ ｌ２¨ 、表５［。 表４热拌以及温拌沥青混合料的排放量 ． 由表４、表５可知，采用温拌沥青混合料技术在拌和以及摊铺时可明显减少ＣＯ 、ＣＯ、ＳＯ 、ＮＯ 等废气 的排放，改善工作环境，保护自然． ２．２ 温拌沥青混合料技术的节能减排特点及应用 ２．２．１ 高节能性 由表２、表３可知，温拌沥青混合料的拌和温度范围一般为１３０～１５０℃，与热拌沥青混合料相比，相当 于节省了４０ ＭＪ左右的热量，具有较好的节能效果．王江平等 ］４ 对交通部公路科学研究院采用乳化沥青温 拌法（ｗＭＡ）铺筑的试验路段进行分析的结果显示，这种方法大约节省了２Ｏ ～３０ 的燃料． ２．２．２低排放性 由表４、表５可知，温拌沥青减排效果较好，即在拌和时能减少４５．８ ＣＯ。、６３．１ ９／５ＣＯ、５８％ｓｏ：、４１．３ ＮＯ 的排放；在摊铺时能减少５３．１ 沥青烟、３５．４％ｃｏ、６３．１％ｓｏ 、５３％ＮＯ 、５６．２ ９／６ｖｏｃ的排放．壳牌 沥青公司在意大利佛罗伦萨的试验路段测量了从拌和厂排放出的几种空气污染物（ＣＯ。、ＣＯ、ＮＯ、ＳＯ 、 ・ ２８ ・ 胡霞光，等：公路建设与养护中的节能减排技术 ＶＯＣ和粉尘），发现大约减少３５％ｃｏ 、８ ＣＯ、６０％ＮＯ的排放；而ＳＯｚ和粉尘本身排放水平虽很低，但减少 量仍达２５ ～３Ｏ ＿８ｊ４ ． ２．２．３应用 与热拌沥青相比，温拌沥青具有高节能、低排放的优点，目前主要应用在超薄面层、路面性能恢复、人口 密集区城市道路罩面、沥青混合料集中厂拌再生、隧道工程路面施工、低温季节和寒冷地区的沥青路面 ． 随着我国施工工艺技术的提高，温拌沥青将有更广阔的应用空间． ３冷再生技术 沥青路面冷再生技术，是将需要翻修或者废弃的旧沥青路面，经过翻挖、回收、破碎、筛分后，再添加再生 剂、新沥青、新集料，然后重新拌和，形成具有一定路用性能的再生沥青混合料．它用于铺筑路面面层或基层 的整套工艺以及道路养护维修Ｌ９¨６ ． ３．１冷再生技术的原理 道路在使用过程中，由于受到交通荷载、外界环境的作用，会出现波浪、车辙、裂缝、剥落等破坏．这主要 是沥青老化引起沥青黏性过高、韧性不足而导致的道路使用质量下降．冷再生技术是沥青老化的逆过程，在 旧路面材料中加入一定量的添加剂，使老化沥青恢复其黏性和韧性，从而实现其路用性能．冷再生技术的原 理见图３ｌ＿１。。． 图３ 冷再生技术基本工艺流程图 ３．２冷再生技术的特点 冷再生技术具有缩短工期、节约资源、保护环境、降低工程造价、提高道路等级等众多优点口 Ｍ］．使用冷 再生技术，不需要加热，可节约能源，减少烟尘与废气对环境的污染；使用冷再生技术由于充分利用旧路面的 集料，减少了对石料的开采，从而保护了资源，降低了工程造价；使用冷再生技术不需要对路面基层进行回 填，保证了整体稳定性以及下承层的承载能力，有助于道路等级的提高． ３．３冷再生技术的应用 近年来，由于交通量的增加，维修道路量大幅度上升，沥青冷再生技术以其应用旧材料、提高道路性能的 特点，在道路维修、养护中被广泛使用． 美国在２０世纪８Ｏ年代早期就对泡沫沥青作稳定剂和再生剂进行了大量研究，在印第安纳州、俄克拉荷 马州修建了试验路；挪威从１９８３年也采用这一方法进行道路维修，数量达１８０万ｍ ［。］６３． 我国从１９９８年开始引进现场冷再生技术进行道路养护．２００４省道是浙江省北部重要通道之一，杭州市 余杭区境内为彭公至幽灵关，全长２４．０９ ｋｍ，其中泡沫沥青再生试验路段为３．０２０ ｋｍ，彭公至幽灵关基层 采用１５～１８ ｃｍ就地冷再生柔性基层；２００７年在邯郸大线大修工程中，采用了水泥作为稳定剂的旧路面冷 再生技术；沪宁高速公路扩建工程采用了再生技术，将旧路面沥青面、二灰碎石基层铣刨料再生利用到扩建 ・ ２９ ・ 徐州工程学院学报（自然科学版） ２０１２年第１期 后的沪宁高速公路路面结构中，取得了良好的经济效益． ４ 结语 目前，随着我国交通量和公路里程的快速增加，“十二五”期间大部分公路都将会进人大修期，而如果继 续使用热拌沥青施工技术，将会消耗大量的能源，产生大量的废气物，那么就会与我国的节能减排、保护环境 的政策背道而驰．温拌沥青技术和冷再生技术具有高节能、低排放等众多优点，理应在公路建设与养护过程 中得到推广使用．需要提醒的是，温拌沥青技术和冷再生技术在我国依然处在实验阶段，施工工艺还不完善， 仍需要进一步的研究和完善． 参考文献： Ｅ１］ 张尊华．港航系统节能减排评价方法研究［Ｄ］．武汉：武汉理工大学，２００９ ［２］ 江泽民．对中国能源问题的思考［Ｊ］．上海交通大学学报，２００８，４２（３）：５－１９． ［３］ 才洪美．沥青使用过程中对环境的影响研究［Ｄ］．北京：中国石油大学，２０１０． ［４］ 杨泉华，王丽丽，吕锡坤，等．温拌与热拌沥青混合料性能比较ｌ－Ｊ］．现代交通技术，２０１１，８（１）：１０一ｌ１． ［５］ 秦永春，黄硕昌，徐剑，等．温拌沥青混合料技术及最新研究［Ｊ］．石油沥青，２００６，２０（４）：１８—２０． ［６］ 程玲，闰国杰，陈德珍，等．温拌沥青混合料摊铺节能减排效果的定量化研究［Ｊ］．环境工程学报，２０１０，４（９）：２１５１—２１５５． ［７］ 李德超．温拌沥青混合料技术综述［Ｊ］．石油沥青，２００８，２２（５）：１—４． ［８］ 王江平，洪斌．节能减排型温拌沥青混凝土特性与应用［Ｊ］．施工机械和施工技术，２００８（９）：４１—４３ ［９］ 汤周．浅谈沥青路面冷再生技术［Ｊ］．铁道勘测与设计，２０１０（６）：６１—６３． ［１Ｏ］ 刘小明．浅谈就地冷再生技术及其在我国的应用［Ｊ］．建设机械技术与管理，２０１１（７）：１０１—１０３． ［１１］ 孟长江．沥青路面现场冷再生技术特点及施工工艺［Ｊ］．黑龙江科技信息，２０１１（２６）：２６１—２６２． ［１２］ 张军．现场冷再生技术在公路大修中的施工控制［Ｊ］．山东交通科技，２０１１（４）：７１—７４． Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｒｏａｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ＨＵ Ｘｉａ—ｇｕａｎｇ ，ＷＵ Ｆｅｎｇ—ｚｈｅｎ ，ＬＩ Ｆｅｎｇ。，ＬＩＵ Ｚｉ—ｙａｎｇ。 （１．Ｈｅｎａｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，４５０００１； ２．Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，４５０００１，Ｈｅｎａｎ； ３．Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏ ｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ，６１７７５６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｒｅｇａｒｄ ｔｏ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｈｉｇｈｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａ— ｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｍａｋｅｓ ａｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ｉｎ ｐｒｅｓｅｎｔ ｈｉｇｈｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃ— ｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｒｍ ｍｉｘ ａｓｐｈａｌｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣＯ０ｌ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｗｏ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ａｓ ｔｈｅｙ ａｒｅ ｓｔｉｌｌ ａｔ ａｎ ｅｘ— ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔａｇｅ ｉｎ Ｃｈｉｎａ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ｗａｒｍ ｍｉｘ ａｓｐｈａｌｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｃｏｏｌ ｒｅｇｅｎｅｒａ— ｔｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （编辑徐永铭） ・ ３０ ・