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沥青混合料节能减排及温拌再生技术研究

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doi: 10.3969/j.issn.1673-6478.2024.01.024

沥青混合料节能减排及温拌再生技术研究

吴晓旭，舒 航

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川 成都 610000）

摘要：为减小再生沥青路面的能耗和碳排放，推动道路工程向经济绿色集约型发展，文章分析了沥青路面能耗和碳排

放量化的计算方法，从温拌技术、改变能源类型、更换新型施工机械设备、优化管理等方面探讨了沥青混合料路面节能减排的实现途径，基于工程实例，研究了温拌技术对再生混合料的路用性能及节能减排的影响规律，结果表明再生沥青混合料在生产环节的能耗和碳排放远高于其他施工环节，且容易受RAP掺量、集料含水量的影响。 关键词：温拌再生；能耗；碳排放；实现途径；节能减排 中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1673-6478（2024）01-0117-04

Research on Energy Saving and Emission Reduction of Asphalt Mixture and Regeneration Technology of Warm Mixing

WU Xiaoxu, SHU Hang

(Southwest Design and Research Institute of China Municipal Engineering Co., Ltd., Chengdu Sichuan 610000, China)

Abstract: In order to reduce energy consumption and carbon emissions of recycled asphalt pavement and promote the development of road engineering to economic and green intensive, this paper analyzes the calculation method of quantification of energy consumption and carbon emissions of asphalt pavement, and discusses the realization way of energy saving and emission reduction of asphalt mixture pavement from the aspects of warm mixing technology, changing energy types, replacing new construction machinery and equipment, optimizing management, etc. The influence of warm mixing technology on road performance, energy saving and emission reduction of reclaimed asphalt mixture was studied. The results showed that the energy consumption and carbon emission of reclaimed asphalt mixture in production were much higher than other construction links, and it was easily affected by RAP content and aggregate water content.

Key words: warm mix regeneration; energy consumption; carbon emissions; realization way; energy conservation and emission reduction

0 引言

沥青混合料路面具有平稳舒适、耐久性和抗滑性

能好等优点，在我国道路建设中取得了较为广泛的应

用，但沥青路面在建设期间会能耗大量能源并排出温

室气体。近年来，国家也开始大力提倡节能环保，旧

沥青混合料的再生利用受到了道路科研人员及工程 收稿日期：2023-05-11 作者简介：吴晓旭（1991- ），女，贵州遵义人，工程师，从事路桥设计工作。 师的关注。而温拌再生沥青路面将温拌技术与路面再

生相结合，通过添加温拌剂使混合料在较低温度下达

到路面施工要求，从而达到节能减排的作用，推动道

路工程向经济绿色集约型发展转型，但是尚未形成统

一的理论来指导温拌再生沥青路面工程的建设[1]。因

此，进一步研究沥青混合料节能减排及温拌再生技术

具有十分重要的工程意义。 118 交 通 节 能 与 环 保 第20卷

1 沥青路面能耗和碳排放量化分析方法

路面能源消耗和碳排放主要发生在路面施工过

程中（主要包括原材料进场、混合料生产、混合料运

输摊铺碾压三个阶段）。对于沥青混合料路面而言，碳

排放通常是指沥青或集料在加热、拌和、施工过程中

消耗燃料所产生的CO2、少量氮氧化物、含碳化合物、

粉尘及各种有害温室气体等。不同施工环节沥青混合

料的能耗和碳排放来源如表1所示[2]。

表1 不同施工环节沥青混合料能耗和碳排放来源

施工阶段 施工环节 能耗及碳排放来源

原材料进场 堆料 燃烧柴油 沥青脱桶 燃煤、重油

混合料生产 集料加热 燃煤、重油 混合料加热 燃煤、重油 混合料拌和 柴油发电

混合料施工 运输 燃烧柴油 摊铺 燃烧柴油 碾压 燃烧柴油

1.1 沥青路面能耗分析

根据释放能量的方式不同，沥青混合料路面的能

源种类可分为两大类：①通过燃烧做功的能源，可基

于燃烧放热理论分析，如内燃机、加热设备等；②通

过电力做功的能源，可根据电做功分析，主要是指路

面施工期间用到的各种拌和设备。由于不同能源所产

生的热量有较大差异，为了便于分析沥青路面能耗，

可先将各种能源的放热转换为每千克燃烧放热29 270kJ的标准煤，在利用下式计算沥青路面施工期

间的总能耗𝐸𝐸[3]： 𝐸𝐸=∑

�=13𝐸𝐸�(𝑖𝑖=1、2、3)

式中，𝐸𝐸�为各阶段沥青混合料的能耗，其中𝑖𝑖= 1

表示原材料进场能耗，𝑖𝑖= 2表示混合料生产阶段混合

料能耗，𝑖𝑖= 3表示混合料运输摊铺碾压能耗。

1.2 沥青路面碳排放分析

为了精确地计量沥青混合料的碳排放数值，可参

考组织IPPC（政府间气候变化专门委员会）所提出的

当量碳排放指标CO2e。该指标可以将混合料产生的

不同温室气体按温室效应程度进行排序，全部等效为CO2排放量。沥青混合料的碳排放数值𝐸𝐸�计算公式为： 𝐸𝐸�=∑

�∑

�𝐺𝐺𝐺𝐺𝑃𝑃�×𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺��×𝑚𝑚�×𝐶𝐶�

式中，𝐺𝐺𝐺𝐺𝑃𝑃�为温室气体的碳排放折算系数；𝑚𝑚�为各燃料所消耗的质量；𝐶𝐶�为不同燃料单位质量的热值。

2 沥青混合料节能减排实现途径

沥青路面施工期间CO2减排难度较大，需针对不

同施工环节，选择相应的节能减排措施。沥青混合料

的节能减排可重点关注管理、施工工艺、机械设备、

施工工艺等方面[4]。

2.1 温拌技术

对于热拌沥青混合料，需沥青加热到150℃～180℃，集料加热到170℃～190℃，并且在 ⩾ 145℃环

境下拌和，在 ⩾ 120℃环境下摊铺碾压，耗能高，碳排

量大。相关研究成果表明，采用温拌技术降低沥青混合

料的拌和、摊铺、碾压温度，对减少混合料能耗和CO2、

CH4、N2O等温室气体的排放具有十分显著的作用。

温拌沥青混合料是通过添加温拌剂来降低沥青

黏度，使其能在较低温度下达到路面施工要求的和易

性。在原料一样的情况下，温拌沥青混合料在各施工

环节的温度要求比热拌可低30℃～50℃，主要原因在

于：一方面，温拌剂成分和沥青饱和组分相似，温拌

剂熔化后会吸附、溶解进沥青的饱和组分；另一方面，

温拌剂表面活性在很大程度上减小了沥青表面张力，

降低了沥青和粗细集料的接触角，使得沥青流动性变

强，黏度降低。

2.2 改变能源类型

目前，沥青混合料生产期间主要采用燃烧不充

分、发热值偏低、价格便宜的煤燃料。要想实现相同

热值，所需煤的质量是重油的2.1倍、天然气的1.4

倍。同时，不同批次的煤燃烧品质可能相差较大，优

质煤和贫煤含碳量和含硫量会相差数倍。因此，为了

减小沥青混合料能耗和碳排放，可选择高品质、高热

值、燃烧均匀、燃烧效率高的重油或天然气燃料替代

燃煤。对于条件允许的拌和站，也直接选择电力

加热。

2.3 更换新型施工机械设备

根据现场调查统计结果：沥青路面施工期间需用

到装载、运输、摊铺、碾压机械，上述机械都以柴油

机发动，故柴油机行驶油耗也是影响沥青混合料能耗

和碳排放重要因素。以应用较广泛大的沃尔沃ABG8820B履带式摊铺机为例，其油耗随着使用年限

的增加不断增加，且两者之间基本呈线性关系，相关

系数达到0.99，如图1所示。 第1期 吴晓旭等，沥青混合料节能减排及温拌再生技术研究 119

图1 摊铺机油耗随使用年限的变化

统计结果表明：该履带式摊铺机油耗增加速率为0.3L/t ⋅ 年，使用年限 < 3年时，油耗在0.2L/t以下，

符合节能减排要求。

2.4 优化管理方法

管理措施对于沥青混合料的生产成本、能耗和碳

排放也有较大的影响，笔者从混合料运距及防雨两个

方面阐述相关控制措施[5]。 （1）合理确定运距

沥青混合料的运距不宜过长，否则会导致运输车

辆耗油多，混合料热量损失大，从而增加碳排放，也

不利于控制混合料的摊铺压实温度。从节能减排角度

考虑，沥青混合料在运输之前应提前做好交通运输方

案规划，选择合理的运输通道，对事故易发路段﹑路

况较差路段做出特殊标记，并选1～2条备选运输路

线，尽量降低混合料平均运距。 （2）增加遮雨棚

当混合料中的集料露天堆放时，可能受到降雨影

响，导致含水率提高。而《公路沥青路面施工技术规

范》（JTG F40—2004）要求集料含水率应 ⩽ 1%，如不

满足要求，需加热烘干，这样会加额外增加燃料消耗。

相关研究表明，集料增加遮雨棚后含水率可减少约1%，燃料消耗减少约0.5kg/t，碳排放减少约1.6kg/t。

3 温拌再生技术对沥青混合料节能减排的影响

3.1 工程概况及外加剂选择

（1）工程概况 本文依托某市政道路项目研究了温拌再生沥青混合料的路用性能、各阶段的碳排放占比情况及不同影响因素对节能减排的影响规律。 研究对象为某城市快速路，该道路全长36.6km，规划红线宽度60m，路线起讫桩号为K0 + 000～K36 + 600，主线为双向6车道，设计速度为80km/h。

路面结构为4cmAC-13 + 6cmAC-20 + 8cmAC-25 +36cm的5%水稳碎石基层+18cm的4%低剂量水稳碎

石底基层。该道路经过多年运营，路面出现了较为严重的裂缝、车辙、凹陷、剥落等病害。为了保证路面行驶安全性和舒适度，充分利用现有资源，减少工程造价，各参建方经商讨，拟采用节能减排效果较好的温拌再生技术进行处置。

（2）再生混合料外加剂

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温拌再生技术现状分析与探讨

温拌再生技术现状分析与探讨

温拌再生技术现状分析与探讨　

吴振朋　

北京建筑大学北京１　０００４４　

Ｉ摘要】温拌再生路面材料技术兼具固废再利用和节能减排双重功能，是应对城市固废堆积和废气污染等环境问题的有效新技术，具有重要的研　

究意义和良好的发展前景。本文从沥青混合料温拌技术、沥青混合料再生技术以及沥青混合料温拌再生技术等现状进行探讨分析。　

ｆ关键词】温拌；改性；探讨　

中图分类号：Ｅ９５１文献标识号：Ａ文章编号：２　３０６—１４９９（２　Ｏ１　３）１　７—０１５３—１　

１＿引言　在道路路面施工过程中，热拌沥青混合料的生产严重危害生态环境，　

首先，１４９℃～１７６℃高温拌和环境下消耗了大量的燃料并排放成千上万　

吨的废气。其次，沥青混合料的生产开采了大量不可再生的矿料资源，　

破坏生态平衡。与此同时，旧料改造过程中，旧路面铲除过程中造成了　造成数千万吨废旧混合料的堆积，给人们的生活和生产带来不利的影响。　

因此，在道路建设中，亟需开发兼具节能减排和固废再生利用功能的道　

路材料生产施工技术。目前，沥青混合料温拌技术和旧沥青混合料再生　

技术已经得到发展，且获得了一定的推广。但二者独立存在，且温拌技　

术通常用于普通沥青混合料中，沥青混合料的再生则需要通过热拌来实　

现。同时，传统的旧料再生技术由于废旧料的二次老化严重，所以再生　

掺配率低，阻碍了温拌及再生技术的拓展。温拌再生沥青混合料技术集　

节能减排和旧料再生利用双重功能于一体，在沥青混合料的生产过程中　

有效的降低沥青混合料的拌和温度，减少废气排放和燃油消耗，同时提　高废旧沥青混合料的再生比例，对解决道路建设中出现的废气排放、矿　

料开采、燃油消耗和旧料堆积等热点问题起到积极有效的推动作用。　２．温拌再生技术现状　

２　１沥青混合料温拌技术　

温拌沥青混合料（ｗ￣【Ａ）技术是一种能够降低沥青混合料拌合温度　

但不损失材料性能的新技术，它产生于１９９０年的欧洲，主要用来应对　工业与建筑工地在生产施工过程中废气排放严重的问题。其拌和温度处　

温拌再生沥青混合料性能的试验研究

温拌再生沥青混合料性能的试验研究

第１４卷第１期２０１４年１月　１６７１　１８１５（２０１４）０１—０２７３—０４　科学技术与工程　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．１４　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．２０１４　⑥２０１４　Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｒｇ．　

交通运输　

温拌再生沥青混合料性能的试验研究　

王　真　黄文婷。　李　振　李　根　武昊翔　郭　雪　

（北京市政路桥建材集团有限公司　，北京１０２６００；北京路新大成沥青混凝土有限公司。，北京１０００７６）　

摘　要　温拌再生是将沥青路面温拌技术与再生技术结合起来，从而大幅提高了再生沥青混合料中废旧沥青路面材料　（ＲＡＰ）的添加比例，高效利用了废旧沥青路面材料。通过对比研究温拌再生沥青混合料与热拌再生沥青混合料的高温性能、　低温性能、水稳定性及疲劳性能，探讨通过温拌技术提高再生混合料中ＲＡＰ添加比例的可行性。试验结果表明，温拌再生沥　青混合料疲劳性能、低温性能优于热拌再生沥青混合料，而水稳定性与高温性能与热拌再生沥青混合料相当，采用温拌再生　技术可以大幅提高再生混合料中ＲＡＰ的添加比例。　关键词　温拌再生沥青混合料　高温性能　低温性能　水稳定性　疲劳性能　中图法分类号Ｕ４１４；　文献标志码Ａ　

沥青混合料再生技术，是将废旧沥青路面材料　

（ＲＡＰ）经铣刨回收后，再加入新集料、新沥青重新　

拌和形成满足工程需要及路用性能的工艺技术。如　

果能实现ＲＡＰ的高效再生利用，不仅能缓解公路　

建养资金短缺的矛盾，大量节约资源，同时能保护生　

态环境，与当前可持续性发展、构建和谐社会的趋势　

相符。但是，由于设备等种种条件限制，热拌再生技　

术旧料的添加比例一般不超过３０　，这严重制约了　

该技术的推广应用ｕ…　。　

温拌沥青混合料技术，可将混合料拌和、施工温　

度降低３０℃以上，性能满足热拌沥青混合料的技术　要求　］，现将温拌技术与再生技术结合起来，大幅提　

高了再生混合料中ＲＡＰ的添加比例，高效利用了　

关于温拌沥青混合料与热拌沥青混合料工艺与成本分析

关于温拌沥青混合料与热拌沥青混合料工艺与成本分析

关于温拌沥青混合料与热拌沥青混合料工艺与成本分析

温拌沥青混合料与热拌沥青混合料

工艺和成本分析

近几年的新建高速公路隧道内路面铺装层较多采用热拌沥青混合料铺装层，但热拌沥青混合料对温度要求高，施工气温过低，对沥青路面质量也有很大影响，尤其热拌沥青混合料在施工过程中容易造成隧道内施工环境恶劣，特别是温度高、空气流通困难、有害气体含量高等，严重影响施工人员的正常作业和身体健康，也造成了严重的环境污染，这与政府要求大力减少空气污染，加强环境保护的意识是相违背的。

1、施工工艺对比

热拌沥青混合料与温拌沥青混合料施工工艺温、面层质量检查项目、检查方法、检查频率和质量要求同热拌沥青混合料一致。

2、温拌沥青混合料与热拌沥青混合料性能比较分析

2.1体积指标：

（1）随着温拌剂剂量的增加，混合料的空隙是逐渐减少的，即使是成型温度下降，其压实性仍较热拌更优，在同样的压实功作用下能得到更好的密实度。有关研究表明，沥青混合料空隙率每增加1%，路面寿命减少10%。由此可见温拌沥青混合料期望能延长沥青路面的使用寿命。

（2）马歇尔试验的稳定度和流值，是沥青混合料设计中常用的技术指标。马歇尔试验结果显示，温拌混合料的稳定度低于热拌沥青混合料，流值则基本一致。需要说明的是，马歇尔稳定度和流值的力学意义不明确，其与路用性能的关联性一直受到质疑，温拌沥青混合料马歇尔指标略低于热拌沥青混合料，并不代表其相应使用性能的降低，而可能与温拌的沥青老化相对较轻有关。

2.2高温性能

（1）不管是温拌还是热拌沥青混合料，其动稳定度均远远超过规范要求，且温拌与热拌沥青混合料的动稳定度值相差不大，在-7%～3%范围内波动，因此，认为温拌沥青混合料的高温性能与热拌沥青混合料相当。

（2）随着温拌剂掺量的增加，温拌沥青混合料的动稳定度值有所增加，但不明显。

2.3低温性能

（1）热拌及温拌沥青混合料的破坏应变均满足规范要求，温拌与热拌沥青混合料的破坏应变值相差不大，在1%-2%范围内波动，认为温拌与热拌沥青混合料的低温抗裂性能相当。

温拌沥青混合料(WMA)技术应用研究

温拌沥青混合料(WMA)技术应用研究

温拌沥青混合料(WMA)技术应用研究

摘 要： 温拌沥青混合料（WMA）是一种节能环保的绿色混合料，近年来得到了道路工程界的广泛关注。本文全面介绍了WMA技术的发展历程，国内外研究应用状况，各国学者的研究成果以及国内WMA技术。并对表面活性、沥青降粘、沥青发泡和低能量沥青(LEA)技术等几种WMA技术的作用原理及技术性能等进行了综述。

关键词：温拌沥青混合料 应用现状技术原理技术特点

热拌沥青砼路面是当今非常传统的路面结构形式，也是使用最为广泛、研究最为深入的一种混合料。然而，热拌沥青混合料路面因其沥青粘度较大，在施工过程中需要较高的温度条件（约145～175C），存在环境污染重，能耗大，沥青老化等缺点。近些年，各国都在努力研究通过技术手段降低沥青粘度，积极开发新型环保节能的沥青混合料，以求在较低的温度条件下（30～50C）进行沥青混合料施工，其中温拌沥青混合料(以下简称WMA)就是典型代表之一[1~3]。WMA是通过使用特定的技术或添加剂，使其拌和及施工温度与热拌沥青混合料相比可降低达30～50C，却具有和热拌沥青混合料基本相当的路用性能。

1.WMA技术研究应用现状

WMA技术是在能源紧缺、全球气候变暖的大背景下快速发展起来的路面材料新技术，它是一类拌合温度介于热拌沥青混合料和冷拌沥青混合料之间，性能达到或接近热拌沥青混合料的新型节能减排沥青混合料。

WMA技术首先起源于欧洲。Shell 公司和Kolo-veidekke 公司最早合作研发了WMA，并在1996 年进行了现场试验。但在研制和使用初期，是利用软沥青和乳化沥青来生产WMA，这样生产出来的WMA虽然在性能上能和热拌沥青混合料相媲美，但生产成本却高出热拌沥青混合料20%。为了降低成本，同时又不降低WMA的性能，Shell 公司和Kolo-veidekke 公司在1998 年开始用泡沫沥青和软沥青生产WMA(即WAM-Foam®)，并于1999 年和热拌沥青混合料进行了现场对比试验，经过1年的跟踪观测，使用性能良好。WAM-Foam®自2000年推出以来，经过几年的实际研究和改进，已成功地在欧洲(如瑞典、意大利等国)和美国进行了试验路的铺筑和研究。