導(dǎo)語(yǔ)：瀝青混凝土路面碳排放論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1瀝青混凝土路面LCA的基本設(shè)定

1．1生命周期評(píng)價(jià)方法

生命周期評(píng)價(jià)（LifeCycleAssessment，簡(jiǎn)稱LCA）由4部分組成：目標(biāo)與范圍定義、清單分析、影響評(píng)價(jià)和結(jié)果解釋［8－10］。目標(biāo)定義是定義評(píng)價(jià)的環(huán)境類型，需要根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象的環(huán)境影響特點(diǎn)進(jìn)行目標(biāo)選擇。范圍定義，即系統(tǒng)邊界設(shè)置，需要在既有研究條件（時(shí)間、費(fèi)用）下，定義適用、合理的研究范圍。清單分析和影響評(píng)價(jià)是研究的主要內(nèi)容，清單分析是在目標(biāo)和邊界確定的基礎(chǔ)上，針對(duì)研究對(duì)象的過程特點(diǎn)，建立與之相關(guān)的環(huán)境影響數(shù)據(jù)清單。影響評(píng)價(jià)又是在清單數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行與評(píng)價(jià)目的有關(guān)的計(jì)算和分析。最后需要對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行解釋，提供改善環(huán)境影響的建議。本文采用LCA方法對(duì)瀝青混凝土路面在建設(shè)期的能耗與碳排放進(jìn)行分析計(jì)算評(píng)價(jià)。

1．2研究對(duì)象、范圍

本文的研究對(duì)象與范圍為建設(shè)期的半剛性基層瀝青混凝土路面，不包含路基及路面其他相關(guān)輔助設(shè)施（如標(biāo)志標(biāo)線、護(hù)欄、照明設(shè)施等）。

1．3過程法、邊界條件及假設(shè)

過程法（P－LCA）是對(duì)分析范圍內(nèi)每個(gè)與系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的離散過程中的消耗和排放進(jìn)行逐一量化，而后累計(jì)各個(gè)離散過程的數(shù)據(jù)得到總的環(huán)境影響［4］。然而，產(chǎn)品的每一個(gè)階段過程都包含復(fù)雜的上游過程，如材料運(yùn)輸階段，除運(yùn)輸過程以外，還包括運(yùn)輸設(shè)備的生產(chǎn)，運(yùn)輸設(shè)備生產(chǎn)又包括設(shè)備制造原料的開采、加工和運(yùn)輸?shù)取Ｈ暨M(jìn)行如此深入細(xì)致的過程分析勢(shì)必費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而這部份計(jì)算結(jié)果又僅占有極小的比例，分析效率低下，因此，需要把握分析重點(diǎn)，設(shè)定合理研究邊界及假設(shè)，舍棄細(xì)枝末節(jié)，提高分析效率。

1．4環(huán)境類型和功能單位

瀝青混凝土路面生命周期清單分析的環(huán)境影響類型為碳排放（以t當(dāng)量CO2計(jì)）以及能耗（以GJ當(dāng)量熱計(jì)）。功能單位設(shè)定為1km車道，車道道面寬度為3．75m。

2分析模型

2．1原材料生產(chǎn)階段

（1）生產(chǎn)階段能耗Ep。瀝青混凝土路面建材包括基本的筑路材料和道路輔助設(shè)施建材，如瀝青、水泥、碎石等，建材開采生產(chǎn)階段的總能耗計(jì)算模型見式（1）。再利用材料視為原材料，材料再利用過程即為其生產(chǎn)過程，并以使用歸屬為前提進(jìn)行計(jì)算，即當(dāng)考慮一種再利用材料、工藝或方法的能耗與排放是否計(jì)入某項(xiàng)工程時(shí)，以該種材料、工藝或方法是否使用于該工程來(lái)判定。例如，瀝青混凝土路面再利用包括舊路銑刨、舊料粉碎、篩分、運(yùn)輸?shù)裙に囘^程，由于銑刨形成新的工作面用于舊路施工，整個(gè)銑刨過程計(jì)入施工中，而舊料粉碎、篩分和運(yùn)輸至堆放地的能耗和排放則視為其舊料的生產(chǎn)能耗及排放，有多少舊料得到再生利用則計(jì)入多少能耗與排放，其他工程使用本工程產(chǎn)生的舊料時(shí)，應(yīng)將舊料生產(chǎn)的能耗與排放計(jì)入其他工程中。（2）生產(chǎn)階段排放Ipr。原材料生產(chǎn)階段排放的計(jì)算方法與其能耗計(jì)算方法相似，計(jì)算模型見式（2）。Ipr＝∑i（1＋φi）VirMi（2）式中：Vir為開采和生產(chǎn)單位材料時(shí)第r種污染物的排放質(zhì)量；其他符號(hào)意義見式（1）。

2．2施工階段

施工階段的能耗和排放由兩個(gè)部分組成：一是原材料、廢棄材料的運(yùn)輸；另一是施工機(jī)具設(shè)備的運(yùn)行。（1）運(yùn)輸能耗Ect和環(huán)境排放Ictr。施工過程中的運(yùn)輸要分為長(zhǎng)距離運(yùn)輸和短距離運(yùn)輸，長(zhǎng)距離運(yùn)輸包括原材料自產(chǎn)地到現(xiàn)場(chǎng)，以及廢棄材料由現(xiàn)場(chǎng)到處置地的運(yùn)輸，短距離運(yùn)輸是材料在施工現(xiàn)場(chǎng)的轉(zhuǎn)運(yùn)。本文將長(zhǎng)距離運(yùn)輸歸入施工運(yùn)輸過程中，短距離運(yùn)輸歸入施工機(jī)具設(shè)備分析中。運(yùn)輸過程考慮運(yùn)輸方式、運(yùn)輸距離、燃料類型、運(yùn)輸質(zhì)量以及返程運(yùn)輸。鐵路和水路運(yùn)輸不考慮返程，公路運(yùn)輸考慮返程，設(shè)定返程運(yùn)輸?shù)幕玖鳛闈M載運(yùn)輸?shù)?0％［1］。廢棄材料運(yùn)輸一般采用公路運(yùn)輸，處置場(chǎng)地固定，運(yùn)輸距離設(shè)定為50km。（2）施工機(jī)具設(shè)備能耗Ece和環(huán)境排放Icer。瀝青混凝土路面施工的機(jī)具設(shè)備包括拌和設(shè)備、攤鋪機(jī)、壓路機(jī)等，施工過程能耗和環(huán)境排放的實(shí)質(zhì)是各種機(jī)具設(shè)備運(yùn)行能耗與排放的總和。機(jī)具運(yùn)行的能源類型主要有三種：柴油、汽油和電能。計(jì)算中將各機(jī)具設(shè)備按單位工作量換算其能耗強(qiáng)度（MJ／工作量）和排放強(qiáng)度（t／工作量）。如拌和樓的能耗強(qiáng)度單位為MJ／t混合料，壓路機(jī)的能耗強(qiáng)度為MJ／m2。

3路面結(jié)構(gòu)、分析清單及計(jì)算軟件

3．1瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)

參照我國(guó)瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范［11，12］以圖1所示的半剛性基層瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)為典型路面結(jié)構(gòu)，分析該路面結(jié)構(gòu)在建設(shè)期的能耗及環(huán)境碳排放。

3．2分析清單

分析清單即計(jì)算所需的各類原材料、施工機(jī)具設(shè)備的能耗與碳排放強(qiáng)度數(shù)據(jù)，是通過對(duì)過程流的劃分及數(shù)據(jù)的收集和處理，得到的過程流中組成要素的環(huán)境數(shù)據(jù)。過程流的劃分一般采用過程法，將材料的生產(chǎn)和施工過程逐一分解至可計(jì)算的過程流。以瀝青為例：瀝青制煉和生產(chǎn)的流程主要由原油開采、運(yùn)輸、提煉加工、存儲(chǔ)四個(gè)環(huán)節(jié)組成。根據(jù)前述確定的研究范圍，分析瀝青制煉加工的能耗與排放。我國(guó)道路瀝青生產(chǎn)用的原油主要來(lái)自國(guó)內(nèi)和中東，2010年，我國(guó)約開采原油19000萬(wàn)t，進(jìn)口原油24000萬(wàn)t，假定兩類原油用于生產(chǎn)道路瀝青的比例是相等，而國(guó)產(chǎn)原油的瀝青收率（即單位質(zhì)量原油產(chǎn)出瀝青的比率）為25％，進(jìn)口原油的收率為40％。原油提煉瀝青的生產(chǎn)能耗參考《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)－石油煉制業(yè)（瀝青）》（HJ443－2008），該標(biāo)準(zhǔn)適用于以石油為原料用連續(xù)氧化法（養(yǎng)護(hù)瀝青裝置）和溶劑法。其中清潔等級(jí)三級(jí)為我國(guó)瀝青生產(chǎn)能耗的基本水平，取表3中清潔等級(jí)三級(jí)的平均值代表我國(guó)瀝青制煉的平均水平，得瀝青生產(chǎn)的平均能耗為34kg標(biāo)油／t原油，按能耗將標(biāo)油換算為標(biāo)準(zhǔn)煤，1kg標(biāo)油＝1．43kg標(biāo)準(zhǔn)煤，由標(biāo)準(zhǔn)煤的排放換算標(biāo)油的排放。文獻(xiàn)［13］中采用上述過程法，收集并計(jì)算得到我國(guó)70余類相關(guān)原材料和施工機(jī)具設(shè)備的能耗與排放清單，為瀝青混凝土路面的LCA評(píng)價(jià)奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。3．3計(jì)算軟件計(jì)算采用由上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院編制的《瀝青路面建設(shè)期能耗與碳排放計(jì)算軟件》軟件（軟件著作權(quán)號(hào)：2013R11L142356）。該軟件由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理后臺(tái)和輸入頁(yè)面組成，輸入頁(yè)面為網(wǎng)頁(yè)形式，目前可供局域網(wǎng)用戶進(jìn)行使用，后臺(tái)處理器為EXCEL軟件，結(jié)果以EXCEL文件形式輸出，清單數(shù)據(jù)主要來(lái)源于文獻(xiàn)［13］。

4計(jì)算結(jié)果與分析

4．1典型結(jié)構(gòu)與材料組合的能耗、碳排放分析

將路面結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)輸入軟件中，各結(jié)構(gòu)層在生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工階段的能耗與碳排放。典型瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)中瀝青混凝土面層由上至下建設(shè)能耗占比分別為8．6％、11．2％和15．6％，基層由上至下能耗占比分別為27．9％、23．7％和11．9％，其中水穩(wěn)碎石上基層能耗占比最大，基層材料能耗與碳排放整體占比約62％，面層材料占比約38％，層間材料能耗占比最小約1．4％，如圖2所示。路面各層在碳排放占比方面與能耗占比分布相似，但基層材料尤其是水穩(wěn)碎石材料的碳排放占比明顯高于其能耗占比，水穩(wěn)碎石基層的碳排放占比高達(dá)65％，表明以水泥為結(jié)合料的半剛性基層材料是瀝青混凝土路面建設(shè)期碳排放的主要來(lái)源，如圖3所示。各階段能耗與碳排放分布分析，原材料生產(chǎn)階段的能耗與碳排放占建設(shè)期能耗與碳排放的比例分別為65．0％和77．0％，施工階段占比分別為27％和18％，運(yùn)輸階段的能耗與碳排放占比最小，分別為8％和5％，如圖4和圖5所示。說明原材料生產(chǎn)期間的能耗與碳排放是瀝青混凝土路面建設(shè)期能耗與碳排放的主要組成部分。而在原材料生產(chǎn)階段能耗與碳排放占比最高的是水泥，能耗占比為57．1％，碳排放占比達(dá)到73．4％，而集料和瀝青類結(jié)合料在這兩項(xiàng)指標(biāo)中的占比分別為17．2％、25．7％以及10．5％、16．1％。水泥生產(chǎn)期能耗與碳排放，在瀝青混凝土路面建設(shè)期占比分別達(dá)到37．1％和56．6％，水泥摻量是影響半剛性基層瀝青混凝土路面能耗與碳排放的關(guān)鍵因素。根據(jù)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命，算得路面結(jié)構(gòu)承載標(biāo)準(zhǔn)荷載每百萬(wàn)軸次作用的能耗為84．9GJ和9．9t碳排放。

4．2不同環(huán)保瀝青混凝土路面技術(shù)下能耗與碳排放的比較分析

將路面結(jié)構(gòu)層材料的能耗與碳排放換算為1cm厚3．75m寬和1000m長(zhǎng)的單位體積下的能耗與碳排放，結(jié)果見表6。單位體積下路面材料的能耗隨層位降低而下降，與材料的性能和費(fèi)用成正比。其中SBS改性瀝青混合料的能耗達(dá)到70．7GJ，是各類材料中最高的，其能耗與碳排放高出普通熱拌瀝青混合料約15％，主要是因?yàn)镾BS改性劑的生產(chǎn)，具有高能耗與高排放的特征以及成品SBS改性瀝青在生產(chǎn)和施工中存在二次加熱。水穩(wěn)碎石的單位體積能耗低于瀝青混凝土，而6％水泥摻量的水穩(wěn)碎石單位體積碳排放則高于SBS改性瀝青混凝土，達(dá)6．1t，相比4％水泥摻量其能耗與碳排放增加約30％，能耗增加約23．2％，進(jìn)一步說明水泥摻量是影響水穩(wěn)碎石能耗與碳排放的主要因素。選擇三類對(duì)與減少路面能耗與排放具有明顯效果的材料和技術(shù)進(jìn)行分析，分別是：瀝青混合料溫拌技術(shù)、瀝青混合料再生技術(shù)以及替代部分水泥的脫硫石膏水穩(wěn)碎石。分析設(shè)定：（1）溫拌技術(shù)，集料加熱、瀝青加熱溫度相比熱拌混合料降低30℃［14］；（2）再生技術(shù)，以舊料替代集料及部分瀝青，不添加再生劑，舊料總量為30％，分別替代29％的集料及1％的瀝青，舊料往返運(yùn)距為20km，考慮舊料破碎加工；（3）脫硫石膏水穩(wěn)碎石，以7％的脫硫石膏替代2％的水泥及5％的細(xì)集料，脫硫石膏往返運(yùn)距為20km。算得上述材料或技術(shù)單位體積材料建設(shè)期能耗與碳排放，見表6。（1）溫拌技術(shù)：瀝青混合料溫拌能耗降低約5．2～5．3GJ，碳排放減少約0．4t，能耗與碳排放降幅分為7．5％～8．6％和6．7％～8％。（2）再生技術(shù)：再生混合料能耗降低約5．6GJ，碳排放建設(shè)約0．5t，降幅分為9．3％和10％，另計(jì)算，當(dāng)舊料往返運(yùn)輸量相比集料多133km·t時(shí)，能耗優(yōu)勢(shì)消失，當(dāng)舊料往返運(yùn)輸量相比集料多160km·t時(shí)，碳排放優(yōu)勢(shì)消失，考慮舊料棄置的運(yùn)輸時(shí)，在上述技術(shù)基礎(chǔ)上增加舊料運(yùn)輸距離。（3）溫拌＋再生技術(shù)：由表6可見，兩種技術(shù)同時(shí)使用時(shí)形成節(jié)能減排的疊加效果。（4）脫硫石膏穩(wěn)定碎石：能耗降低3．2GJ，降幅約9．6％，碳排放減少1．2t，降幅約25．5％。三種技術(shù)中，脫硫石膏水穩(wěn)碎石的環(huán)境友好性最好，尤其是對(duì)碳排放的減少起到良好效果。再生技術(shù)需考慮舊料運(yùn)輸?shù)木嚯x，當(dāng)舊料棄置的運(yùn)距大于舊料利用的運(yùn)距可認(rèn)為舊料利用是有效的。

5研究結(jié)果的比較分析

由于各國(guó)瀝青混凝土路面的設(shè)計(jì)方法，路面結(jié)構(gòu)和材料組合有著較大差異，研究人員所選取的路面尺寸差異較大，在比較各國(guó)研究結(jié)果前，將各文獻(xiàn)得出計(jì)算結(jié)果以及本文計(jì)算結(jié)果在同一參考系下進(jìn)行換算（等路面寬度、無(wú)構(gòu)造坡度）。瑞典、加拿大和美國(guó)等的瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)能耗和碳排放范圍分別為840～1170GJ及63．9～109．5t，大約為我國(guó)能耗與碳排放的1／2～2／3，主要原因在于：（1）國(guó)外瀝青混凝土路面材料中不添加水泥結(jié)合料，國(guó)外多采用無(wú)結(jié)合料柔性基層瀝青混凝土路面，相比我國(guó)路面在材料組成上減少了水泥的使用；（2）電能相對(duì)潔凈，國(guó)外的電能中用煤比例較低，以瑞典為例，其60％以上的電能來(lái)源于風(fēng)、水、核等，而我國(guó)這一比例不到20％，在同樣電耗情況下，我國(guó)的上游碳排放為國(guó)外的2倍以上；（3）統(tǒng)計(jì)口徑的差別，統(tǒng)計(jì)分析的范圍差別影響最終分析結(jié)果，6結(jié)語(yǔ)本文將瀝青混凝土路面建設(shè)期劃分為原材料生產(chǎn)、原材料運(yùn)輸及施工三個(gè)階段組成，建立了環(huán)境計(jì)算模型，并利用編制的計(jì)算軟件，詳細(xì)分析計(jì)算了我國(guó)典型的半鋼基層瀝青混凝土路面的能耗與碳排放組成，并量化對(duì)比分析了三種節(jié)能減排技術(shù)和材料，得到的主要結(jié)論如下。（1）原材料生產(chǎn)、原材料運(yùn)輸及施工三個(gè)階段的能耗占比為65％、8％和21％，碳排放占比為77％、5％和18％。（2）水泥為結(jié)合料的半剛性基層材料是瀝青混凝土路面建設(shè)期碳排放的主要來(lái)源，基層材料能耗與碳排放整體占比約62％，面層材料占比約38％。（3）水泥摻量是影響半剛性基層瀝青混凝土路面能耗與碳排放的重要因素。（4）計(jì)算得到各路面材料單位體積的建設(shè)期能耗與碳排放。（5）路面結(jié)構(gòu)承載標(biāo)準(zhǔn)荷載每百萬(wàn)軸次作用的能耗為84．9GJ和9．9t碳排放。（6）溫拌技術(shù)對(duì)能耗與碳排放降幅分為7．5％～8．6％和6．7％～8％，再生技術(shù)能耗與碳排放降幅分為9．3％和10％，兩種技術(shù)同時(shí)使用時(shí)其節(jié)能減排效應(yīng)可以疊加。（7）使用脫硫石膏穩(wěn)定碎石，其能耗降低3．2GJ，降幅約9．6％，碳排放減少1．2t，減幅約25．5％，大幅減少水泥用量使得脫硫石膏水穩(wěn)碎石的環(huán)境友好性最好，尤其是對(duì)碳排放的減少起到良好效果。關(guān)于研究結(jié)論的討論。（1）瀝青混凝土路面的能耗與碳排放計(jì)算結(jié)果受路面結(jié)構(gòu)、幾何尺寸和材料組成的影響較大，單一分析某種固定參數(shù)的路面結(jié)構(gòu)必然帶來(lái)計(jì)算結(jié)果應(yīng)用的不便，因此本文給出了單位體積材料的計(jì)算結(jié)果，以便于研究人員的估算應(yīng)用。（2）廢舊材料再利用的環(huán)境效能受舊料運(yùn)輸距離的影響，過長(zhǎng)距離的運(yùn)輸?shù)窒舜蟛糠值墓?jié)能減排效應(yīng)，因此廢舊料利用應(yīng)因地制宜，注重綜合環(huán)保效率。（3）相比國(guó)外的瀝青混凝土路面，我國(guó)瀝青混凝土路面材料中包含大量的水泥原材料，致使我國(guó)瀝青混凝土路面的環(huán)保性能大大低于國(guó)外水平，在滿足性能要求的基礎(chǔ)上，研究并推廣應(yīng)用無(wú)結(jié)合料粒料基層瀝青混凝土路面對(duì)于降低我國(guó)瀝青混凝土路面的能耗與碳排放有著重要意義。

作者：章毅劉偉杰單位：上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院