公路建设与养护中的节能减排技术分析

刘鑫

（榆林市公路局神木公路段，陕西榆林719000）

0 引言

当前，全社会都在关注能源节约、低碳减排。随着全球能源开采与供应日趋紧张，人们不仅要“开源”，更要在使用过程中“节流”。考虑到公路建设与养护工作中存在较大的能源消耗问题，现代建筑企业越来越意识到节能减排的重要性。在循环经济社会中，如何提升能源的利用率已经成为全人类面临的共同问题。在公路建设与养护阶段，为深化应用节能减排技术，降低现代交通运输行业中的能源消耗，推进公路建设与养护方式的转变，并贯彻落实当代节能减排工作的具体要求，可以通过温拌沥青、冷再生技术等新技术促进节能目标的实现，同时建设方应在公路建设与养护工作中做好统筹管理工作，加强对各类数据的对比，以观察节能减排的效果。

1 温拌沥青技术在节能减排中的应用

1.1 技术的主要内容与原理

该项技术的原理是在沥青材料中掺入一定比例的外加剂，以此来控制沥青的黏度，使之能够在较低的温度下与其他矿料进行搅拌，达到公路建设与养护的材料要求。国内外的研究结果显示，不同的搅拌方法中对沥青材料的温度要求也是不同的[1]。为实现沥青材料的温拌，通过对WMA 混合料的搅拌技术研究发现，可以将其分为四种类型：矿物搅拌的方式；在沥青材料中搅拌混合料泡沫的方式；向其中添加熔点较低的有机添加剂；使用乳化沥青混合料。这四种技术，本质上都是通过降低沥青材料本身的黏度来实现温拌的方式，从而有效增强材料的裹附能力。与此同时，在搅拌过程中，沥青混合料自身产生的能源消耗能得到有效降低，而搅拌过程中的废气排放量也能被有效降低。在配置混合料的过程中，软沥青与硬沥青要同时放入拌和机中，配置温度为100～120oC，经过拌和机的配置就可以得到WMA 沥青混合料。

1.2 节能减排的应用

图1 为该项技术的具体应用流程。在沥青材料的搅拌过程中，加热环节与拌和环节是最容易出现能耗的，而拌和环节与摊铺环节则最容易产生废气。在具体的公路工程施工中，建设方技术人员应注意对图1中的六个环节加以控制。其中，运输环节造成的能源消耗比较少，但也需要技术人员采取必要的保护措施，尽可能降低运输过程中产生不必要的废气排放。就混合料在加入过程、拌和过程中产生的能耗及污染问题，技术人员应做出具体分析，并根据各个环节不同的能耗与污染问题的特点，采取有针对性的解决措施[2]。

图1 温拌沥青技术应用的具体工艺流程示意图（参考）

1.2.1 加热环节、拌和环节的能耗

从理论的角度分析，混合料在拌和之前属于常温状态的应用材料，建设方通常会使用储藏罐保存沥青材料。在混合料拌和过程中，技术人员以干拌和湿拌相结合的方式，使混合料搅拌均匀。通常，技术人员会先以干拌的方式搅拌15s，再以湿拌的方式搅拌45s，此时混合料已经被搅拌得相对均匀，可以从搅拌站运输到施工现场。技术人员还会使用红外线温度测试仪检查混合料的温度，同时也要检测能量的消耗情况，具体数值如表1所示。其中，集料在混合料加热过程中吸收的热量计算公式见下式（1）：

表1 混合料搅拌过程中集料与沥青材料各阶段的温度（单位：oC）

式（1）中：Q 为集料所吸收的热量（kJ）；c 为集料的比热容（kJ/kg·oC）；m 为集料的质量（kg）；T1 和T2 为集料在加热过程中的温度变化。就实际情况而言，沥青材料的比热容为1.34kJ/（kg·oC），如果按照1 吨的标准来计算集料和沥青，则可以根据式（1）计算得出HMA 混合料集料吸收的热量为145kJ，沥青吸收的热量为54kJ，WMA 混合料中集料吸收的热量为115kJ。由此可见，WMA 混合料在加热过程中热量的损耗更小，从而实现了节能减排的施工目标[3]。

1.2.2 加热环节、拌和环节、摊铺环节的废气

某建设公司从拌和厂的运行参数中选择了部分参数，作为评价的参考依据，将混合料的热拌形式与温拌技术的应用参数统计到一起，形成了表2。从表2 中可以看出，在公路工程混合料搅拌过程中采用温拌沥青混合料技术，可以在拌和材料及摊铺材料的过程中降低各项废气的排放，从表2 中二氧化碳、一氧化碳等参数的变化就能够看出，该项技术的应用具有改善工程施工环境、保护周围区域自然环境的重要作用，能有效降低各项废气排放的数值，从而也说明该项技术具有重要的环保作用，是实现“减排”的有效方式[4]。

表2 热拌方式与温拌技术的排放量与摊铺排放量各项数值（参考）

1.3 实际应用的特点与方案

1.3.1 高节能性与低排放性

适用于温拌技术的沥青混合料，温度应控制在130～150oC 之间，与传统的热拌形式相比，混合料在温拌过程中节省了40MJ 的热量，节能效果明显。国内的建筑领域专家在研究乳化沥青搅拌技术时，在试验路段的铺设过程中也得出了相应的分析结果——该方法可节省30%左右的燃料，对实现节能减排具有重要的现实价值。从温拌沥青技术拌和与摊铺环节中的各项数值可以看出，拌和过程中二氧化碳的排放量约减少了45%，一氧化碳排的放量约减少了63%，二氧化硫的排放量约减少了58%，其他参数的排放量也相应减少。在试验路段的具体研究中还发现，拌和厂排放的二氧化碳可减少35%，一氧化碳可减少8%，一氧化氮可减少60%。其中，一氧化氮与二氧化碳的排放量减少的程度最大，二氧化硫的排放量也减少了约20%。

1.3.2 具体应用方案

温拌技术与传统的热拌方式相比，具有较为明显的节能优点，在公路建设性能的恢复方面应用程度较高。比如，在国内一些人口密度较大的城市，公路建设过程中对周围环境的要求较高，路面承受的交通压力也比较大，传统的热拌方式必然会造成一定的环境污染，此时就需要采取有效的技术手段降低污染，该项技术就成为了首选。也就是说，将公路建设中所需的拌和料先在厂中集中温拌，再应用到隧道工程路面的施工中，即便处于低温季节或者寒冷地区，沥青路面也会呈现出较为稳定的性能。随着我国沥青路面施工工艺体系的逐步完善，该项技术还有较大的应用空间，国内的技术专家也针对各类沥青混合料的基本性能，做出了更深层的技术研究，以扩大该项技术在公路建设与养护过程中的环保减排优势[5]。

2 冷再生技术在节能减排中的应用

2.1 技术的主要内容与原理

该项技术主要被应用于二次改造工程中的旧路面施工，旧沥青路面在改造施工中经过重新翻挖与破碎后，技术人员可筛分其原料，回收可用的原料，并向其中添加再生剂、新集料等成分进行重新拌和，从而得到具有良好性能的沥青混合料，这样可以在公路养护工作中体现出较大的优势。公路的养护工作需要对一些废弃的沥青路面进行处理，但原有的材料经过粉碎后仍有一定的利用价值，如果直接废弃不用，就会造成浪费，而在冷再生技术的支持下，原路面材料也可以被回收利用，这在一定程度上提高了公路工程建设材料的利用率。

2.2 节能减排的应用

交通荷载会对路面形成一定的压力，导致路面在长期运行过程中可能会出现裂缝、波浪等形式的病害问题，使得路面的质量持续降低。多数的路面问题都是因为沥青材料老化所引起的材料黏性过高而导致的，而该项技术的原理就是通过逆向应用沥青材料老化的规律，在其中添加一定的试剂，恢复已经老化的沥青材料的黏性与韧性，使旧路面依然可以保持理想的使用性能。该项技术的应用，关键在于向铣刨、破碎后的旧沥青材料中添加新骨料和其他试剂，用于恢复旧沥青材料的基本性能。

2.3 实际应用的特点与方案

2.3.1 实际应用特点

该项技术在应用过程中具有较为明显的资源节约优势。对旧沥青资源进行回收利用，可以降低公路养护工作的造价，通过增强旧材料性能的方式提升公路路面的等级，而且该项技术的应用流程简单、清晰，施工工期不长，不需要在施工过程中加热材料，从而有效减少了材料拌和过程中对环境造成的废气污染等问题。该项技术的应用关键在于充分利用旧材料，能够减少改造工程施工中对其他石料的开采程度，而且该项技术在应用过程中，并不需要对原工程的路基部分进行回填，只需要对路面存在的问题进行部分铣刨、重铺，就能在保证该路段承载能力的前提下，提升原公路段的等级。

2.3.2 具体应用方案

现代公路工程承受的交通压力越来越大，所以建设中也更加重视对公路的养护工作，从而导致维修道路的工作量越来越大。应用该项技术，可以降低养护成本，还能够充分利用旧材料，经过该项技术处理后的公路段，应用性能得到了有效提升，这使得该项技术的应用范围更加广泛，成为建设方的首选方式。早在20世纪80年代，国外专家就对该项技术中应用到的稳定剂与再生剂进行了大量研究，以美国为首的经济发达国家，为提升交通业发展水平，对沥青稳定剂的研究持续深入，提出了泡沫沥青稳定剂的概念，并尝试在各州的公路施工中进行应用。

我国在20世纪90年代末，将该项技术引入公路养护工程中，并从实践中获得了大量的宝贵经验。比如，在杭州市某公路工程中应用该项技术改造了约3km 长的路段，试验路段以15cm 为基层厚度标准，使用冷再生柔性基层技术提升了试验路段的整体性能。之后，在邯郸某公路改造工程的试验路段中，建设方尝试将水泥作为稳定剂，使用该项技术对旧路面进行改造，并取得了较为理想的效果。

3 结语

随着我国现代公路工程的建设数量越来越多，原有的部分公路也已经进入重要的养护阶段，这需要建设方从节约能源的角度出发，积极引入新技术、新材料，与各项技术相互配合，积极推广、应用各项节能减排技术，敢于尝试，并从实践中获取经验，不断完善公路建设与养护中的节能减排技术体系，使之为我国的公路事业发展提供助益。