成 昊,申铁军

（1. 山西路桥第六工程有限公司,山西 晋中 030600; 2.山西路桥建设集团有限公司,山西 太原 030006）

0 引言

目前，国内外针对路面建设期碳排放的分析多采用生命周期评价方法（Life Cycle Assessment，LCA）[1]。章毅等[2]基于LCA 理论，将半刚性沥青路面建设期划分为原材料生产阶段和运输阶段，进而分析建设期的能耗与碳排放。潘美萍[3]分析比较了沥青路面、半刚性基层在现场施工、材料生产中的碳排放情况，提出目前对于半刚性沥青路面建设期的碳排放源识别研究较少，该文正是基于LCA 理论对此进行深入研究。

1 碳排放计算模型分析

1.1 碳排放的生命周期理论简述

生命周期理论（简称LCA）是分析评价产品或工艺从获取材料、生产、处理、循环及最终处置的潜在的环境影响和环境因素，能为各种材料、机械设备的使用提供准备环境影响评估结果。该文主要指相对碳排放管理的加速度上，速度由慢变快主要取决认同者的多少，认同者越多则速度越快且加速度越快，碳排放呈几何级数的变化。山西省

霍州至黎城高速公路沥青半刚性路面建设期的碳排放见图1。

图1 管理周期理论背景下的沥青半刚性路面建设期的碳排放

1.2 碳排放计算模型分析

（1）建设期碳排放计算模型的计算公式如下：

式中，C——建设期半刚性沥青路面的碳排放总量（kgCO2）；Cr——原材料的碳排放量（集中生产阶段）（kgCO2）；Cm——碳的排放量（场外加工阶段）（kgCO2）；Ct——碳的排放量（场外运输阶段）（kgCO2）；Cp——碳的排放量（现场施工阶段）（kgCO2）。

（2）原材料碳排放量（集中生产阶段）Cr的计算公式如下：

式中，Uri——第i种材料用量（原材料生产阶段）（t或m3）；Fri——第i种材料因子（碳排放）（kgCO2/m3或kgCO2/t）。

（3）碳排放量（场外加工阶段）Cm的计算公式如下：

式中：Emj——能耗量（第j种机械）（kg 或kW·h）；Fmj——碳排放因子（第j种机械能耗）（kgCO2/kg 或kgCO2/kW·h）。

式中，Emj——能耗量（第j种机械）（kg 或kW·h）；Nmj——台班（使用第j种机械的台班数量）（台班）；Wmj——台班能耗量（第j种机械单位）（kg/台班或kW·h/台班）。

（4）碳排放量（路面施工阶段）Cp计算公式如下：

式中，Epj——能耗量（第j种机械）（kg 或kW·h）；Fpj——碳排放因子（第j种机械能耗）（kgCO2/kg 或kg CO2/kW·h）。

式中，Npj——台班（第j种机械的台班数量）（台班）；Wpj——台班能耗量（第j种机械单位）（kg/台班或kW·h/台班）。

（5）碳排放（运输阶段）具体的计算公式如下：

式中，Ctr——碳排放量（材料运输阶段）（kgCO2）；Ctm——碳排放量（混合料运输阶段）（kgCO2）。

式中，Ai——运输量（运输阶段第i种材料）（t）；Li——碳排放因子（运输第i种材料），[kgCO2/（t·km）]；Yi——运输距离（运输第i种材料）（km）。

式中，Etmq——能耗量（第q种运输装备混合料运输阶段）（kW·h 或t）；Ftmq——碳排放因子（第q种运输装备能耗混合料运输阶段）（kg CO2/kW·h 或kgCO2/kg）。

式中，Ntmq——台班（第q种运输装备台班数量）（台班）；Wtmq——台班能耗量（运输阶段的第q种运输的装备）（kW·h/台班或kg/台班）。

2 项目建设期碳排放的分析

山西省霍州至黎城高速公路路面工程合同工期按照两个阶段安排：

第一阶段：K0+000~K128+120，交工日期为2023 年9 月30 日；

第二阶段：K128+120~K153+142.888，交工日期为2024 年10 月31 日。路面结构类型及主要工程量见表1~2。

表1 路面结构类型设计表

表2 路面主要工程数量表

（1）主线特重交通方向（霍州至黎城段）路面结构组成：4 cm（ARAC-13）+6 cm（AC-20C）+12 cm（ATB-30）+基层40 cm 水泥碎石+底基层20 cm 水泥碎石。

（2）主线重交通方向（黎城至霍州段）路面、互通路面结构组成：4 cm（ARAC-13）+6 cm（AC-20C）+6 cm（AC-20C）+基层38 cm 水泥碎石+底基层20 cm水泥碎石。

（3）收费站路面结构组成：28 cm 水泥面板+30 cm基层水泥碎石+20 cm 底基层水泥碎石。

（4）中短隧道和两座结构物（桥梁或隧道）之间小于100 m 的路基段落，采用4 cm（ARAC-13）+6 cm（AC-20）+28 cm水泥混凝土+15 cm贫混凝土复合路面。

（5）长隧道（长度大于2 km）采用露石混凝土路面（此工程量在路基单位清单数量中），隧道进出口300 m 采用4 cm（ARAC-13）+6 cm（AC-20C）路面结构层。

2.1 沥青半刚性路面建设期总碳排放量的分析

依据1.2 中的碳排放计算模型，得出山西省霍州至黎城高速公路某合同段的碳排放结果。路面建设期的碳排放最高的是原材料生产阶段，其碳排放量6 060.37 t占46.30%；其次是运输阶段的碳排放5 028.82 t 占38.42%；再次是混合料生产阶段的碳排放1 745.23 t 占13.33%；碳排放最小的是施工阶段的254.05 t 仅总碳排放量的1.94%。

2.2 关键阶段碳排放源分析

原材料生产阶段、混合料生产阶段和路面施工阶段为关键阶段，分析如下：

2.2.1 原材料生产阶段

从路面建设期的材料消耗量、碳排放量的分析可以看出，仅占路面建设总消耗量2.81%的生石灰其生产过程的碳排放量却占了总碳排放量的48.71%；水泥仅占路面建设总消耗量2.52%，碎石在路面建设消耗量却高达78.92%，但是在总碳排放量中生产水泥过程的碳排放量却占了36.94%，而碎石的碳排放仅占3.41%。同理，改性沥青、石油沥青、矿粉、乳化沥青、砂、石屑、煤分别占路面建设总消耗量5.19%、2.79%、2.19%、0.30%、0.27%、0.18%、0.02%，其生产过程的碳排放量占了总碳排放量的0.81%、0.74%、1.20%、0.06%、4.90%、8.10%、0.01%。可见，少量消耗的材料却贡献了大部分的碳排放量。

2.2.2 混合料生产阶段

混合料生产阶段生产过程沥青混合料的生产不仅消耗了电能而且消耗大量的重油用于集料的加热，其碳排放1 637.19 t 占比高达93.81%，水泥稳定碎石生产的碳排放82.40 t 占比高达4.72%，石灰土生产的碳排放25.64 t 占比高达1.47%，由以上分析可知在混合料生产阶段如使用清洁能源替代传统高的碳排放的燃料。

2.2.3 现场施工阶段

现场施工阶段主要机械设备的工作时间、碳排放量经过分析，工作时间最长的压路机，其工作时间占比为74.82%而碳排放占比为59.13%，是现场施工阶段最主要的碳排放源；其次是稳定土摊铺机，其工作时间占比为5.66%而碳排放占比为16.39%；洒水汽车的工作时间占比为10.52%而碳排放占比为15.76%；沥青混合料摊铺机的工作时间占比为6.7%而碳排放占比为2.32%；平地机的工作时间占比为5.32%而碳排放占比为3.05%；同步碎石封层车的工作时间占比为1.28%而碳排放占比为0.46%；碳排放量最小的是沥青洒布车，其工作时间占比为0.98%而碳排放占比为0.66%。由以上分析可知压路机是施工设备中碳排放量最大的机械。

3 山西省霍州至黎城高速公路影响建设期总碳排放量的因素

如何合理划分路面施工段落、根据总体进度要求组织施工和统筹考虑设备调遣是影响建设期总碳排放量的因素。

（1）由于地方政策和环保管控要求限制，项目区域内主要地方材料加工厂较少且产量不足，经调查部分原材料需要远距离调运，结合碎石料源布局和运距对施工原材料的合理组织和策划，以及碎石材料的储备和调配调运是该项目的一项重点工作。

（2）项目路面上面层设计为4 cm 细粒式胶粉复合沥青（ARAC-13）混凝土，对于冬季日照时间较短（阴坡）路段及部分水环境敏感的路段需添加相变材料或低冰点填料。该项技术无成熟经验可借鉴，需要在施工过程中不断探索和总结经验。

4 结论

综上，该文依托工程实例，在建立沥青半刚性路面的碳排放计算模型的基础上，分析了沥青半刚性路面建设过程中原材料的生产阶段、混合料的生产阶段、现场施工阶段的碳排放量，根据路面设计图纸，在沥青上面层设计中采用胶粉复合改性沥青混凝土、在纵坡较大的阴坡路段左幅采用添加低冰点填料、右幅添加相变材料的沥青上面层，以达到冬季路面自融雪目的；在钢箱梁桥面混凝土中采用高韧性环氧沥青混凝土设计；对路缘石采用人造大理石进行安装。多种新工艺和新型材料的应用，体现了山西省霍州至黎城高速公路路面工程的智能、绿色、环保的施工特点，同时也增加了路面试验的工作量和控制难度。该文分析得出以下结论：

（1）施工现场的碳排放主要来自混合料生产加工阶段产生了大量的碳排放，因此可以通过用电优化来减少碳排放量。

（2）原材料生产阶段在路面建设期的碳排放最高，其碳排放量6 060.37 t 占46.30%；其次是运输阶段的碳排放5 028.82 t 占38.42%；再次是混合料生产阶段的碳排放1 745.23 t 占13.33%；碳排放最小的是施工阶段的254.05 t 仅总碳排放量的1.94%。