引言 

    当前，发展低碳经济、建设低碳社会已经成为中国乃至世界的战略重点。促进交通行业向节能、环保和更加安全的方向发展，建设以低碳减排为核心的绿色道路，是我们面临的新使命。然而，沥青路面建设过程中不但能源消耗量巨大，而且会排放大量CO2、SO2、CO和NOx等污染气体，这与低碳减排的绿色交通理念不相符。为实现沥青路面建设的低碳减排，国内外已经针对沥青混合料低碳减排技术展开了研究，温拌、冷拌冷铺技术及沥青混合料拌和设备改进等低碳减排技术相继应用于沥青路面的建设过程中。但是，相关研究多注重沥青混合料的路用性能，而缺少对低碳减排效果的大量调查及系统分析；同时，国内也未有专业的沥青混合料低碳减排效果评价标准和规范，对其评价指标、效果分级标准等也未作相关规定。虽然关于沥青混合料拌和能耗量及污染气体排放量的测试评价也在逐渐增多，然而多为定性评价；有部分学者基于定额对能耗量及碳排放量进行量化分析，但针对沥青混合料低碳减排效果的评价也仅停留在量化分析和单阶段评价阶段，而未见相应的低碳减排效果等级划分标准，针对沥青混合料低碳减排效果评价指标体系及评价方法也鲜有报道。

    为此，本文全面调查分析了国内外温拌、冷拌冷铺技术和拌和设备改进等三种低碳减排技术的效果，同时针对沥青混合料低碳减排效果评价方法进行了大量调查及系统分析，确定沥青混合料污染气体室内测试方法，提出沥青混合料低碳减排效果分级思路及其评价方法，最后对沥青混合料低碳减排效果评价方法的未来研究及发展方向作出展望，以期合理有效地指导低碳减排沥青混合料技术的推广应用。

        沥青混合料低碳减排技术效果调查及评价

    日本的相关研究表明，沥青混合料拌和阶段所消耗的能源量约占整个沥青路面建设总能耗量的44.1%，同时污染气体排放量也占据相当高的比例。因此，本文对沥青混合料拌和阶段的低碳减排技术进行大量调查，重点分析评价温拌、冷拌冷铺技术及拌和设备改进等对沥青混合料拌和阶段的低碳减排效果。

    温拌沥青混合料低碳减排效果

    温拌技术是通过掺加温拌剂或其他技术手段，降低沥青粘度，使混合料在较低温度下具有良好的流动性，从而实现拌和与摊铺。目前，温拌技术主要采用掺加温拌剂来实现沥青混合料高温粘度的降低。相对较为成熟的温拌剂有Evotherm、Sasobit和Aspha-min等。本文全面调查了国内外温拌沥青混合料低碳减排技术。

    可知，温拌沥青混合料的拌和温度主要集中在110℃~140℃之间，相较于热拌沥青混合料可降低30℃~50℃，这使得拌和过程中的能耗量大幅下降，节约能耗20%~30%，甚至30%以上。同时，温拌技术也大大减少了NOx、SO2、CO和CO2等污染气体的排放量，其中NOx的减排率超过了50%，CO2的最大减排率可达78%，SO2的减排率在60%~90%之间；随着拌和温度的升高，污染气体减排率逐渐降低，其中NOx在145℃时的减排率分别比120℃、130℃减少了18.34%、38.10%，说明拌和温度是影响污染气体排放的重要因素。

    冷拌冷铺沥青混合料低碳减排效果

    沥青混合料在拌和过程中的能耗主要是用于集料加热，而冷拌冷铺沥青混合料几乎可以在任何气候条件下使用，无需像普通热拌沥青混合料那样必须具有较高的拌和、摊铺温度。集料加热能耗量主要与集料加热温度及集料含水量等因素有关，如果假定集料的比热容不变，则集料加热过程中能耗量与温度成正比。

    一般石料的比热容为0.8~1.0kJ·(kg·℃)1，假定集料和沥青的初始温度为25℃，普通热拌沥青混合料拌和温度为150℃~170℃，进行计算，每吨沥青混合料可节约热量1.25×105~1.45×105kJ。沥青混合料拌和设备加热系统常用的燃料类型为重油、柴油、渣油、混合类燃油、煤粉以及可燃性气体等，将每吨沥青混合料节约热量换算为不同能源的消耗量。

    可知，冷拌冷铺沥青混合料的应用，能够很大程度上减少各种能源的消耗，缓解中国部分能源短缺的问题。同温拌沥青混合料一样，由于拌和过程中加热时间缩短，辐射损失的热量减少，实际节约能耗量要比理论值更大。

    拌和设备改进低碳减排效果

    除与沥青混合料直接相关的低碳减排技术外，拌和设备也间接影响着其低碳减排效果。针对传统拌和设备能源消耗量大、污染物排放控制不严格等缺陷，国内外对拌和设备进行了大量的优化改进。本文全面调查国内外拌和设备低碳减排技术。

    可以得出以下结论。

    (1)拌和楼燃烧部分通过改进燃料喷出方式，提高了燃料利用率，降低了能耗量；拌和站燃料方面则通过改变传统燃料类型，推广利用新能源，采用天然气及煤改气技术替代传统燃料，缓解了中国部分能源短缺的现状，降低了污染气体的排放量。

    (2)针对搅拌系统的改进措施较少，多是采用变频技术降低能耗量；提倡使用连续式沥青拌和设备，减少能源消耗，节约投资及维修费用。

    (3)烘干加热部分主要进行了叶片优化，使混合料的加热均匀、迅速，可在一定程度上降低能耗量；少数单位改进了除尘器，减少了废气排放量；除此之外，为烘干加热系统提供保温措施也十分必要。

    (4)改进除尘部分可减少污染气体排放和粉尘的外溢，主要措施是改进除尘袋，采用新型过滤材料将粉尘湿化后排放。

    (5)针对物料存储输送设备，使用变频技术、增设岩棉保温层可降低能耗量，实现节能；减排则是通过增设卷帘门、溢料仓、排气管道等措施实现。

    沥青路面低碳减排效果评价方法调查及分析

    目前，国内外对沥青路面低碳减排效果的评价主要采用生命周期评价模型(LCA)进行量化评价。生命周期评价模型是对一个产品生命周期中输入、输出及潜在环境影响的汇编和评价，可分为基于输入-输出、基于流程和综合性三大类。本文全面调查了国内外沥青路面低碳减排效果评价方法。

    可知，沥青路面在生命周期评价模型中一般可划分为原材料生产、运输、施工、运营和养护维修等阶段。原材料生产阶段包括矿料、沥青等的生产能耗与污染气体排放量；运输阶段和运营阶段主要考虑车辆运行能耗及其污染气体排放；施工阶段主要可分为拌和、摊铺、碾压环节，涉及拌和设备、摊铺机、碾压机的能耗量和烟尘排放、尾气排放等，以及沥青混合料自身污染气体排放；养护维修阶段与施工阶段类似，但需考虑沥青路面拆旧回收阶段的能耗和污染气体排放。所以，原材料生产、运输和运营阶段的能耗量和污染气体排放量更适合采用基于输入-输出的评价模型进行量化评价，而施工和养护维修阶段的效果评价则适合采用基于流程的评价模型。

    基于生命周期分析法，国外已开发出能够实际运用于沥青路面建设过程中的道路节能减排评价体系，如PALATE路面生命周期分析评价系统、BE2ST道路节能减排评价系统和Greenroads评价系统等。然而，生命周期评价模型的分析过程需要有大量本土数据作为支持，受限于此，国外的评价系统不能直接用于国内道路环境影响分析中。同时，国内虽然也对沥青路面生命周期评价模型进行了部分探索，但并未建立完整的评价系统，而是参照其主体思路对各阶段或某一阶段的沥青混合料低碳减排效果进行简单的定额、赋权量化评价，如针对沥青混合料施工阶段进行施工机械能耗量及CO2、SO2、CO和NOx等污染气体排放量的定额量化分析，再根据量化分析结果提出节能减排建议。因此，中国未来的研究方向仍主要围绕沥青混合料展开直接或间接的低碳减排效果评价。

    沥青混合料低碳减排效果定量评价方法研究

    沥青混合料的拌和环节是沥青路面全生命周期内耗能量与污染气体排放量最为集中的阶段，故对沥青混合料拌和阶段低碳减排效果的评价显得尤为重要。国内外对此也进行了部分研究工作，如谭昆华检测了EC120温拌改性沥青混合料施工过程中沥青烟、二氧化碳、二氧化硫和烟尘等的排放量，并测试了燃油和电力消耗量；胡如安采用等效热值法和碳排放因子法，对沥青混合料施工阶段的能耗量和碳排放量进了分析评价；和庆研究了集料加热过程的碳排放，提出了沥青混合料碳排放效果单一评价指标——AMCE；秦永春重点监测了温拌沥青混合料施工拌和、摊铺过程中CO2、SO2以及NOx等气体的排放量。

    然而，对沥青混合料拌和过程低碳减排效果的评价多是从单方面评价施工机械能耗量，依据燃料类型计算碳排放量，且主要集中于温拌与热拌沥青混合料的对比评价，而缺乏对NOx、COx、SO2等污染气体排放量的定量检测。同时，关于沥青混合料污染气体排放量测试手段，多集中于沥青混合料现场拌和、施工过程污染气体排放测试，缺少沥青混合料室内污染气体排放量的检测评价方法。为此，长安大学王朝辉课题组开发了一种室内沥青混合料污染气体排放量测试装置，它能够快速、准确地测试NOx、COx、SO2等污染气体的排放量，定量研究改性剂、沥青种类、级配类型及温度等对沥青混合料污染气体排放量的影响规律。

    为实现沥青混合料低碳减排效果的等级量化评定，课题组建立了基于系统聚类及BAYES判别分析的低碳减排效果分级方法，先采用系统聚类对大量数据进行分类，再利用BAYES法则对聚类结果进行验证，将沥青混合料低碳减排效果分为优、良、中、次、差5个等级。例如，课题组基于大量调查及试验数据，采用减排率即污染气体排放量的降低程度，对NOx和CO2进行了低碳减排效果分级。NOx减排率分级标准为：[58，100)为优级，[52，58)为良级，[50，52)为中级，[19，50)为次级，(0，19)则为差；CO2减排率分级标准为：[68，100)为优级，[52，68)为良级，[49，52)为中级，[40，49)为次级，(0，40)则为差。同样，在对不同拌和、摊铺、碾压技术的能源消耗量和施工机械尾气排放量进行大量调查和测试后，按此方法皆可实现低碳减排效果量化分级。

    此外，课题组在各指标分级标准建立的基础上，从能源消耗、施工机械尾气排放、沥青混合料污染气体排放三方面，建立了包括一级指标、二级指标乃至三级指标的沥青混合料低碳减排评价指标体系，采用层次分析法(AHP)与区间逼近法对沥青混合料节能减排效果进行整体系统评价。

    结语 

    现有沥青混合料低碳减排技术研究已从温拌、冷拌冷铺技术和拌和设备改进等方面进行了相关探索，并在低碳减排效果评价方面积累了部分经验，但远未形成沥青混合料低碳减排效果综合评价体系。结合本文分析，对未来中国沥青混合料的低碳减排效果评价作如下展望。

    (1)规范沥青混合料低碳减排效果评价指标。针对沥青混合料全生命周期明确相应评价指标，具体应包括各阶段能源消耗量、噪声污染、烟气黑度以及PM10、PM2.5、NOx、SO2、COx等烟气排放量，对各评价指标进行大量现场或实验室测试，积累相关数据，以期尽早建立完善的基础数据库。

    (2)制定沥青混合料低碳减排效果等级划分标准，建立低碳减排评价指标体系及其评价方法。针对沥青混合料全生命周期进行低碳减排效果评价，从能源消耗、烟尘排放、沥青混合料污染气体排放、施工设备尾气排放等方面建立各指标分级标准，形成沥青混合料直接、间接综合的低碳减排效果评价体系。

    (3)热拌减排沥青混合料研发应用。长安大学王朝辉课题组优选了几种功能材料，研发了具有热拌减排功效的沥青混合料，在路用性能满足规范要求的前提下，实现了沥青混合料的热拌减排，为沥青混合料的低碳减排提供了新思路。

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技术说明及组成

                         生产能力

   在标准大气压、出料温度160℃、冷骨料平均含水量为5％、搅拌能力为4000kg、成品料为中粒式，完成一个工作循环为45秒时，生产能力为280t/h—320t/h。

                与生产能力有关的技术数据

 1．  含水量仅为表层含水量

 2．  环境温度为20℃

 3．  石料容重为每立方米1600kg

 4．  沙料含量＜35%

 5．  生产能力包括石粉和沥青

 6．  料场骨料应符合拌合技术规范的比例要求

设备技术参数及组成