再生技术对沥青混凝土生命周期环境负荷的影响.pdf

全 国中文核心期刊 新 建巍 中 国 科 技 核 心 期 刊 再生接木对沥青混凝土生命周期 环境负简的影嫡 贾晓娟 “ ， 赵满喜 ， 余剑英 ( 1 ．武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室， 湖北 武汉4 3 0 0 7 0 ： 2 ． 葛洲坝武汉道路材料有限公司， 湖北 武汉4 3 0 2 2 3 ) 摘要 ： 采用生命周期评价方法， 研究评价了不同再生技术对沥青混凝土生命周期中资源利用、 能源消耗和环境排放的影响。研 究表 明， 就地热再生对再生沥青混凝土制备 的环境负荷影 响最大 ， 其 次分别为厂拌热再生 、 厂拌冷再生 、 就地冷 再生 ， 但 综合考 虑不 同再生技术生产 的沥青混凝 土所铺筑路 面的使用寿命 ， 按年平均 环境负荷影 响计算， 则厂拌热 再生的影响最小 ， 其 次为厂拌冷 再 生 、 就地冷再 生， 就地热再 生影 响最大 关键词 ： 沥青混凝土； 再生技术； 生命周期评价； 环境负荷 中图分类号： T U 5 2 8 ． 4 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 — 7 0 2 X( 2 0 1 5 ) 1 1 - 0 0 0 5 — 0 3 Effe c t o f r e g e n e r a tio n t e c h n o l o g y o n e n v i r o n m e n t i mp a c t o f a s p h a l t c o n c r e t e d u r i n g l i f e c y c l e J I A X i a o j u a n ～ ， Z H A0 Mc m x i ， Y U J i a n y i n f ( 1 ． S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f S i l i c a t e Bu i l d i n g Ma t e ria l s f o r Ar c h i t e c t u r e s ， Wu h a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Wu h a n 4 3 0 07 0， Hu b e i ， Ch i n a ； 2 ． G e z h o u b a G r o u p Wu h a n R o a d Ma t e r i als C o ．L t d ． ， Wu h a n 4 3 0 2 2 3 ， Hu b e i ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t h i s p a p e r ， l i f e c y c l e a s s e s s me n t i s u s e d t o a n aly z e t h e e ff e c t o f r e g e n e r a t i o n t e c h n o l o g y o n r e s o u r c e u t i l i z a t i o n ， e n e r g y c o n s u mp t i o n a n d e n v i r o nme n t al e mi s s i o n o f a s p h a l t c o n c r e t e i n l i f e c y c l e ．T h e r e s u l t s s h o w t h a t t he e f f e c t o f o n —s i t e h o t r e - g e n e r a t i o n t e c h n o l o g y o n e nv i r o n me nt al l o a d o f a s p h alt c o n c r e t e d u rin g l i f e c y c l e i s t h e l a r g e s t wh i c h f o l l o we d b y t h e p l an t mi x h o t r e g e n e r a t i o n t e c h n o l o gy ， p l ant mi x e d c o l d r e g e n e r a t i o n t e c h n o l o gy an d o n —s i t e c o l d r e g e n e r a t i o n t e c h n o l o gy ．B u t i n c o n s i d e r a t i o n o f t h e s e r v i c e l i f e of t h e a s p h alt c o n c r e t e p a v e me n t p r e p a r e d b y d i f f e r e n t r e g e n e r a t i o n t e c h n i q u e s a n d t h e a n n u a l me a n e n v i r o n me n t i mp a c t ， t h e a n n u al me a n e n v i r o n me n t i mp a c t o f p l a n t mi x e d h o t r e g e n e r a t i o n i s t h e l e a s t ， wh i c h f o l l o we d b y p l a n t mi x e d c o l d r e - g e n e r a t i o n t e c h n o l o gy an d o n- s i t e c o l d r e g e n e r a t i o n t e c h n o l o gy ， wh i l e t h e a n n u al me a n e n v i r o n me n t i mpa c t o f o n- s i t e h o t r e g e n e r a - t i o n t e c h n o l o g y i s t h e l a r g e s t ． Ke y wor ds ： a s p h a l t c o n c r e t e， r e g e n e r a t e d t e c h n o l o gy ， l i f e c y c l e a s s e s s me n t ， e n v i r o n me n t l o a d 废旧沥青混合料再生是将从沥青路面回收的废弃沥青混 凝土与新集料、 新沥青、 再生剂等按一定比例拌合， 重新用于 沥青路面的铺筑。 根据废旧沥青混合料再生工艺的不同， 可将 再生技术分为厂拌热再生、 就地热再生、 厂拌冷再生和就地冷 再生。厂拌热再生技术是将需要再生的废旧沥青混合料从路 面现场运送到拌和厂进行再生， 制成热拌再生沥青混合料； 就 基金项 目： 国家“ 8 6 3 ” 高技术研究发展计划项 目( 2 O 1 3 AA 0 3 1 6 0 2 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 5 — 0 7 — 0 3 作者 简介 ： 贾 晓娟 ， 女 ， 1 9 8 9年 生 ， 湖北咸 宁人 ， 硕 士 ， 助 理 工程 师 。 E - m a i l ： j ~ j u a n @1 6 3 ． C O B 通讯作者： 余剑英， 地址： 武汉市洪山区珞 狮路 1 2 2号 ， E - ma i l ： j y y u @w h u t ． e d u ． c n 。 地热再生技术是在路面现场， 采用专用就地热再生设备对路 面进行一定处理后直接再生； 厂拌冷再生技术是将沥青混合 料旧料运送到拌和厂， 在常温下进行拌和再生制成冷拌再生 沥青混合料； 就地冷再生则是采用专用就地冷再生设备， 在路 面现场常温下进行再生_ 11 。 生命周期评价( L C A ) 是一种对产品、 生产工艺从原材料 的 采集到产品生产、 使用直至废弃回收整个生命周期过程中物 质消耗、 能源消耗和环境损害等综合环境负荷进行定量化评 价的方法[2 - 3 1 。该方法作为一种重要的环境管理工具已被广泛 应用于产品的生态设计、 清洁生产技术评价与研发、 环境标志 与声明、 环境政策制定等诸多领域嘲 。在沥青路面材料环境影 响评价中， L e A分析也越来越多地被纳入考量范畴阁 。刘钢婀 NE W BUI L Dl NG M ATE R I AL S 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 贾晓娟， 等： 再生技术对沥青混凝土生命周期环境负荷的影响 应用L C A对不同道路新技术进行了能耗和环境影响评估， 结 果表明， 直投式改性方案从能耗方面具有很大的优势。 王红芬 等 分析了L C A在绿色建材评价方法的应用优势和不足， 探 讨了绿色建材评价体系未来方展方向。 本文基于L C A方法， 分析评价了不同再生技术对沥青混 凝土生命周期中环境负荷的影响。 l 研究方法 根据I S O 1 4 0 4 0 ～ 1 4 0 4 4规范， L C A技术框架由4 个相互 关联的部分组成： ( 1 ) 目 标与范围的定义。 包括研究背景、 研究目的、 研究对 象、 研究范围及功能 位的确定。 ( 2 ) 清单分析。通过量化待研究产品系统的原材料、 能量 的消耗和废弃物排放情况， 建立此系统的整个生命周期清单。 ( 3 ) 影响评价。 以清单分析中列出的资源能源消耗和污染 物排放清单为依据， 对清单分析的结果进行定量或定性分析。 ( 4 ) 结果解释。对数据呈现的结果进行分析， 找出产品系 统的环境改善潜力， 并提出有效可行的建议。 本文主要考虑不町再生资源消耗C A D P ) 、 温室效应( G WP ) 、 酸化效应 P ) 、 光化学烟雾( P O P C ) 和人体健康损害( H T ) 5 种环境影响类型 1 。 现场数据主要通过调研获得， 背景数据主 要来源于公开数据库I H I。 运用生命周期评价方法对所收集数 据进行清单分析和影响评价，从而获得 1 功能单位不同再生 技术生产的沥青混凝土的各类环境影响指标值及各生产阶段 的环境影响程度。 2 再生沥青混凝土 L C A评价 2 ． 1 目标 与范围定义 2 ． 1 ． 1 目标定义 对我国4种不同再生技术沥青混凝土进行生命周期评 价， 以期为本地化再生沥青混凝土L C A数据库的建立及低碳 建筑生命周期环境负荷评价提供基础数据。 2 ． 1 ． 2 功能单位的确定 规定铺筑 1 k m结构为4 c m A C 一 1 3 上面层+ 6 e m A C 一 2 0 中面层+ 8 e l T I A C ～ 2 5 下面层、 宽为3 ． 7 5 I n的沥青路面单行车 道所需的沥青混凝土总量为1 功能单位。 2 ． 1 ．3 系统边界确定 研究范围包括废旧沥青混凝土运输、 重新拌合、 沥青路面 摊铺和碾压。 主要考虑沥青混凝土生产工艺过程及与沥青路 面建设相关的原料开采、 能源生产及运输过程产生的环境影 响。沥青混凝土生命周期评价的边界条件见图1 。 6 新型建筑材料 2 0 1 5 ． 1 1 图 1 沥青混凝土生命周期评价的边界条件 沥青混凝土生命周期中环境负荷评价的具体项目如下： ( 1 ) 能源消耗： 重油和电力的消耗； ( 2 ) 污染物排放： C 0 、 C O 2 、 S O 2 、 N O 、 N M V O C 、 C H 和颗粒 物。 2 ． 2 清单分析 通过对我国典型沥青混凝土进行深入调研，得到采用不 同再生技术获得的 1 功能单位再生沥青混凝土在不同建设阶 段的资源消耗、 能源消耗和污染物排放的生命周期清单( 见表 1 ) ， 其中再生沥青混凝土中的旧沥青混凝土掺量为3 0 ％。计 算时，原煤、原油和天然气的能源热值分别取 2 1 M J ／ k g 、 4 2 M J ／ k g 和3 9 M J ／ k g t “ ] ， 以分析采用不同再生技术制备的沥青混 凝土在生产过程中的能耗情况。 表 1 不 同再生技术沥青混凝土的生命周 期清单 由表 1 可知， 4 种不同的再生技术中， 厂拌热再生的能耗 最高， 为1 ． 2 7 ~ 1 0 6 M J ， 厂拌冷再生技术的能耗为1 ．0 7 x 1 0 6 M J ， 就地热再生和就地冷再生的能耗均较少， 分别为 1 ． 0 3 x 1 0 M J 和9 ．4 5 x 1 0 M J o 2 _ 3 影响评价与结果解释 对采用不同再生技术生产的 1 功能单位再生沥青混凝土 进行生命周期评价分析， 并对其不可再生资源消耗、 温室效应、 酸化效应、 人体健康损害和光化学烟雾影响进行特征化表征， 得到沥青混凝土在生命周期不同阶段的A D P 、 G WP 、 A P 、 H T $ ~ P O P C功能单位特征化计算结果， 如表2 所示。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 贾晓娟， 等： 再生技术对沥青混凝土生命周期环境负荷的影响 表 2 不 同再生技术沥青混凝土 的特征化计算结果 对采用不同再生技术生产 1 功能单位再生沥青混凝土生 命周期各类环境影响类型特征化结果进行归一化， 得到的计 算结果见表 3 。 表 3 不同再生方式的归一化结果 ⋯型 合计 ADP GW P AP HT P 0PC 合计 1 ． 3 4 x1 0 一 1 ． 0 3 x1 0 一 8 ．7 2 ~1 0 一 5 ． 3 7 x1 0 一 3 ． 7 7 x1 0 一 “ 2．01 xl 0 1 ． 8 5 x1 0 1 ．6 4x l 0 - 9 1 ． 5l xl 0 7 ． 01 x1 0 5 ． 4 6 x1 0 一 9 ． 5 4 x1 0 一 “ 1 ．4 4 x1 0 8 ． 1 7 ~1 0 - “2 ． 1 6 x1 0 7．4 2 x1 0 一 4 ． 2 3 xl 0 - 6 ．68 ~1 0 一 7 ． 3 2 x1 0 一 1 ． 8 3 ~1 0 1 ． 2 8 x1 0 - 9 7 ． 1 6 x1 0 一 。 1 ． 1 4 x1 0 1 ． 6 3 ~1 0 一 3 ． 3 0 xl O - 9 4 ． 5 9 x1 0 3 ． 0 9x1 0 - 9 4．8 9 x1 0 -9 1 ． 7 6 x1 0 -9 1 ． 4 3 x1 0 由表 3 可知， 对不可再生资源A D P影响最大的是厂拌热 再生， 占3 5 ． 5 ％。对温室效应G WP影响最大的也是厂拌热再 生， 占2 8 ．7 ％。对酸化效应A P影响最大的是就地热再生， 占 6 6 ． 7 ％。热再生能耗大， 消耗的燃料多， 燃烧过程中会产生更 多的污染性气体， 因此对环境的影响较大。 通过实际应用调研可知，新拌沥青混凝土路面的寿命最 长， 可达到8 年。 再生沥青混凝土铺筑的路面寿命均有一定程 度的缩短， 厂拌热再生沥青混凝土路面寿命可达到6 年， 其次 为厂拌冷再生沥青混凝土路面和就地热再生沥青混凝土路 面， 使用寿命均为4 年， 就地冷再生沥青混凝土路面的使用寿 命最短， 为2 年。 依据不同再生沥青混凝土铺筑路面的使用寿命，可以计 算出不同再生技术生产的沥青混凝土的年平均环境影响， 结 果见表4 。 表 4 不 同再生技术沥青混凝土年平均环境影 响 由 表4 可知，厂拌热再生沥青混凝土的年平均环境影响 最小， 其次为厂拌冷再生、 就地冷再生， 就地热再生沥青混凝 土的年平均环境影响最大。 3 结论 ( 1 ) 运用全生命周期评价方法研究了厂拌热再生、 厂拌冷 再生、 就地热再生和就地冷再生4 种再生技术生产的沥青混凝 土的资源能源消耗和污染物排放， 得出了其生命周期总能耗： 厂拌热再生、 厂拌冷再生、 就地热再生和就地冷再生的能耗分 别为 1 ． 2 7 x l 0 6 M J 、 1 ． 0 7 x 1 0 M J 、 1 ． 0 3 x i 0 M J 、 9 ． 4 5 x i 0 M J 。 ( 2 ) 不同再生技术制备再生沥青混凝土对环境负荷的影响 为： 就地热再生影响最大， 其次分别为厂拌热再生、 厂拌冷再 生、 就地冷再生， 但综合考虑不同再生技术生产的再生沥青混 凝土所铺筑路面的使用寿命， 按年平均环境负荷影响计算， 则 厂拌热再生的影响最小， 其次为厂拌冷再生、 就地冷再生， 就 地热再生影响最大。 参考文献： [ 1 】 况栋梁 ．渗透型再生剂的制备及其对再生沥青及混合料性能的影 响【 D 】 ．武汉 ： 武汉理工大学 ， 2 0 1 2 ． [ 2 ] G u i n 6 e J B ， H e i j u n g s R．L i f e c y c l e a s s e s s m e n t [ M] ． J o h n Wi l e y＆ S o n s ， I n c ． ， 2 0 0 5 ． [ 3 】 杨博． 沥青路 面节能减排量化分析方法及评价体 系研究【 D 】 ． 西安： 长安大学， 2 0 1 2 ． 【 4 ] 吴红， 崔素萍 ， 王志宏． 中国水泥 工业环境负荷 分析I J J ． 中国建材 科技 ， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 5 0 — 5 4 ． [ 5 ] 张宪圆， 袁红霞 ， 林克辉 ， 等． 基于生命 周期 理论的蒸压加气混凝 土砌块绿色评价【 J J ． 新型建筑材料， 2 0 1 3( 1 1 ) ： 5 6 — 5 9 ． 【 6 ] 刘钢． L C A体系在道路新技术 能耗与环境影 响评估 中的应用【 中国公路， 2 0 1 2 ( s 1 ) ： 9 - 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