沥青面层节能降排评估指标体系研究.pdf

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1、 分类号 ： U41;U2 10710-20118278 专业 硕士学位论文 沥青 面层 节能降排评估指标体系研究 王春玲 导师姓名职称 王朝辉 副教授 申请学位类别 硕士 专业学位类别 及领域名称 交通运输工程 论文提交日期 2014 年 10 月 29 日 论文答辩日期 2014 年 12 月 9 日 学位授予单位 长安大学 Research on energy conservation and emission reduction evaluation system for asphalt surface coat A Thesis Submitted for the Degree of

2、 Master Candidate： Wang Chunling Supervisor： Prof. Wang Chaohui Changan University, Xian, China I 摘 要 本文通过详细分析沥青 面层所用原材料的获取和施工过程中的 节能降排影响因素，提出了沥青 面层的 节能降排评估指标体系，并 采 用专家打分的方法确定沥青 面层 节能降排评估指标 系统中各 个指标 的 比 重， 举 例给出了 路面面层的 节能降排评 估 流程 和 节能降排措施。 首先 ，本文分析了沥青 面层 原材料 在 获取阶段和施工阶段节能降排影响因素，并测试了不同混合料的施工温度对能耗与排放的

3、影响。 其次，通过阐述 沥青面层节能降排指标 系统 的建立依据，确定了沥青面层节能降排指标体系 和框架 的建 立的基本要求 ，建立了沥青面层节能降排评 估 指标 系统 。 根据研究，评估标准体系由 定性 分析 指标 和 定量 分析 指标 两部分组成 ， 分别包括一级指标 与 二级指标。一级指标有四个，二级指标有 24 个。并且， 通过 专家打分的 办 法，确定了沥青面层节能降排评 估系统中各个 指标权重。最后，本文提出了沥青面层节能降排模糊综合评 估办 法，建立沥青面层 的 节能降排模糊综合评估 程 序 。 从 评估 指标权重结果可以看出，能源消耗指标的权重较大，且其下级指标中混合料拌合阶段和

4、原材料生产阶段的权重之和约为 0.9。根据分析结果看 ，沥青面层 的 节能降排 措施 主要从四个大的方面着手： 一是 原材料 的 节能降排（原材料生产、应用再生混合料）、 二是 沥青 及 混合 物 拌合阶段 的 节能降排（改进拌合楼、鼓励使用沥青混合料 的 温拌 工艺 ）、 三是 施工 过程中的 机 器 设备 的保养使用、四是工程 施工工艺 控制 。 关键词：沥青面层、节能降排、能耗、 排放、影响因素、评估指标、权重 III Abstract This paper analyzes the energy conservation and emission reduction factors o

5、f asphalt surface coat, proposed the energy conservation and emission reduction evaluation system of asphalt surface coat, and using the expert scoring method to determine the weight of asphalt surface coat energy conservation and emission reduction evaluation indexs weight, given the asphalt surfac

6、e coat energy conservation and emission reduction evaluation process and given energy conservation and emission reduction measures for asphalt surface coat. First, the paper analyzes energy conservation and emission reduction factors of asphalt surface coat material acquisition phase and constructio

7、n phase, and tested the effects mixes different construction temperature on energy consumption and emissions. Secondly,based on the construction principle of asphalt surface coat energy conservation and emission reduction evaluation index, establish asphalt surface coat energy conservation and emiss

8、ion reduction evaluation system. This evaluation composed by quantitative and qualitative indicators, and including an index and two indexes. An index is four, two index is 24.Finally, this paper presents energy conservation and emission reduction fuzzy comprehensive evaluation method for asphalt su

9、rface coat, and establish energy conservation and emission reduction fuzzy comprehensive evaluation process for asphalt surface coat. As can be seen from the results of the evaluation index weight, energy consumption index weights is much larger, and during its subordinate indicators, the sum of the

10、 raw material production weights and mixture mixing weights is about 0.9.Therefore, the asphalt surface coat energy conservation and emission reduction measures include about four aspects: raw materials (raw materials, renewable mix applications), asphalt mixing stage (improved mixing floor, encoura

11、ging the use of warm mix technology), construction machinery and equipment and construction technology. Keywords: Asphalt surface coat, Energy conservation and emission reduction, energy consumption, Emissions, Influencing factors, Evaluation index, Weight IV 目 录 第一章 绪 论 . 1 1.1 研究背景及意义 . 1 1.1.1 研究

12、背景 . 1 1.1.2 研究意义 . 1 1.2 国内外研究现状 . 2 1.2.1 国外研究现状 . 2 1.2.2 国内研究现状 . 3 1.3 研究内容 . 6 1.4 技术路线 . 7 第二章 沥青面层原材料生产能耗影响因素研究 . 8 2.1 沥青生产 . 8 2.1.1 沥青生产过程 . 8 2.1.2 能耗影响因素分析 . 8 2.2 石料生产 . 9 2.2.1 石料开采爆破 . 9 2.2.2 石料加工 . 14 2.2.3 石料获取流程能耗影响原因分析 . 18 2.3 本章小结 . 19 第三章 沥青面层施工阶段能耗与排放影响因素研究 . 20 3.1 沥青面层施工阶段

13、节能降排影响因素研究 . 20 3.1.1 沥青混合料拌合 . 20 3.1.2 沥青混合料运输 . 24 3.1.3 沥青混合料摊铺 . 25 3.1.4 沥青混合料的碾压 . 27 3.1.5 节能降排影响因素分析 . 28 V 3.2 典型沥青面层施工过程能耗排放对比分析 . 30 3.3 本章小结 . 32 第四章 沥青面层节能降排评估指标体系建立 . 34 4.1 沥青面层节能降排评估指标体系研究原理依据 . 34 4.2 沥青面层节能降排评估指标体系生命周期评价的构成 . 34 4.2.1 定义目的与确定范围 . 35 4.2.2 清单分析 . 36 4.2.3 影响评估 . 36

14、 4.2.4 结果解释 . 36 4.3 指标体系建立的依据 . 37 4.4 指标体系建立的意义 . 37 4.5 指标体系建立的原则 . 38 4.6 指标体系的选取 . 39 4.7 本章小结 . 40 第五章 沥青面层节能降排评估方法研究 . 42 5.1 指标体系的权重确定方法 . 42 5.1.1 层次分析法和德菲尔法融合的指标权重认定方法 . 42 5.1.2 本文用该方法确定节能降排指标体系权重的可行性 . 42 5.2 指标体系相对权重的确定 . 43 5.2.1 指标层次化处理 . 44 5.2.2 指标判断矩阵的构建 . 44 5.2.3 判别矩阵一致性且算出相对比重 .

15、 47 5.3 沥青面层节能降排模糊综合评估过程 . 50 5.4 模糊综合评估流程 . 54 5.5 本章小结 . 55 第六章 沥青面层节能降排建议 . 56 6.1 原材料节能降排 . 56 6.1.1 原材料生产 . 56 VI 6.1.2 应用再生混合料 . 56 6.2 沥青混合料拌合阶段节能降排 . 57 6.2.1 拌合设备 . 57 6.2.2 沥青混合料温拌技术 . 60 6.3 机械设备节能 . 61 6.4 施工工艺节能 . 62 6.5 本章小结 . 62 主要研究结论及进一步研究建议 . 64 主要研究结论 . 64 进一步研究建议 . 65 参考文献 . 67 致

16、 谢 . 71 第一章 绪论 1 第一章 绪 论 1.1 研究背景及意义 1.1.1 研究背景 1.1.1.1 当前形势 党的 “ 十八大 ” 提出 “ 全面 推进 经济建设、政治建设、文化建设、社会建设、生态文明建设五位一体 整 体布局， 推动 现代化建设各方面协调 ” ，并要求大力 促进生态文明建设。 “ 十八大 ” 将 “ 绿色发展 ” 提到前所未有的高度，在沥青面层建设和养护中必须予以高度重视。 在“ 十二五 ” 关键时期，要坚持把自主创新 、科技创新 作为调整结构和转变发展方式的中心环节 ， 推进节能降排工作 又好又快发展 。 要全力 推 动 交通 远 输系统的 节能降排工作，实施节

17、能降排监测 与评估 。 因此 沥青面层节能降排评估指标 系统 将对交通运输 业务 的节能降排工作 起着举足轻重的作 用 。 1.1.1.2 河南公路建设情况 近年 以 来，河南 高速公路建 设 实现 了 长足 发展。截至 2014 年 9 月 底，河南省高速公路 已 通车里程达到了 5858 万 千米，位居全国第一。 作为 基础设施 的 关键 组成， 道路沥青路面 建设对河南经济 发展 具有 强大 的 推 进和制约 动力 。 1.1.2 研究意义 1.1.2.1中 国节能降排 的 严峻形势迫切 需求对沥青面层进行节能降排评估指标系统 课题研究 节能降排是推进 我国 经济 发展构成转型 调整，转

18、变 经济增长发展 方 法 的 不二选择 ；是 努力践行科学发展观 的 必经之路。 同时，我省产业结构不合理的状况还没有得到根本改善，污染物 排放量较大，节能降排工作落实不到位，节能降排形势严峻、任务艰巨。 公 路基础设施建设 耗费掉很多 原料， 一同也耗费 大量的 资 源 并 排放出 较 多的空气 污染 颗粒 物，对环境影响 较大 。结合国家节能降排标准要求，分析河南沥青面层节能降排发展的合理目标，最终提出河南沥青面层节能降排评估指标 系统 ，长安大学硕士学位论文 2 是 目 前 必须 解决的 首要难 题，具有 极 大 现实 意义。 1.1.2.2 是交通 远 输行业绿色、 环保、 低碳 升级

19、转型 的需要 在公路基础设施项目建设、养护过程中贯彻低碳理念，建立沥青面层节能降排指标体系，可以帮助识别沥青面层工程的能耗与排放影响因素，进而为沥青 面层工程低碳绿色发展提供理论支持和技术指导，利于减少沥青面层工程的能耗与气体排放量， 为推进 现代化交通运输行业 向环保 、低碳 方向 发展做积极贡献 1。 1.1.2.3 为行业管理部门提供决策参考 行业政策 由 行业管理部门制定，通过 分析河南省沥青面层节能降排 能耗影响因素，构建沥青面层节能降排评估指标体系，有助于对现有沥青面层工程进行 评估 与分析，道路基础设施建设各部门将更加清楚地认识到其在绿色低碳体系发展中的重要性，可为其制定与道路建

20、设与养护工程节能降排情况有关的政策提供参考，进而使得部门与行业的素质得到全面协调、可持 续提升与发展。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状 2010年 ， 美国 的 土木 和 环境工程 机构 采用一种综合性的生命周期 评估 方法 来量化重 新构建了 沥青面层（ 项目 I）和混凝土面层（ 项目 2）在其生命周期 范围 内释 放的温室气体 2。研究结果如下图 1.1所示： 图 1.1 两种面层类型当量 二氧化碳（ CO2） 排放量 1998 年 Horvath 和 Hendrickson 的 研究结果表明，修建 每公里 典型沥青面层使用设备的碳排放量 材料的碳排放量 当量 CO2 吨

21、 /车道英里 第一章 绪论 3 能耗为 7106MJ，而修建每 公里 钢筋混凝土面层的能耗为 5106MJ3。 国际环境毒理学 与 化学 协 会（ SETAC）和美国环保 部 （ EPA）对上述生命周期评 估 方法做了改进 4，提出了 SETAC- EPA 法。并且他们用 此 种方法 对 水泥混凝土（ PCC）、热 拌沥青混合 物 （ HMA）和 冷 拌沥青混合 物 三种不同的面层材料开始 研究分析 ，研究 分析的 结果表明 ， 混凝土面层在施工和整个生命周期阶段的耗能 与排放比沥青面层 还 多。 日本 的 公共设施研究 机构 研究了面层再生方法中的 二氧化碳 排放， 研究结果证明 ， 尽管某

22、些时候由于现场再生 时用到的 机械运输会带来 二氧化碳 排放的增加5，但整体结果是现场热再生应 用再生集料产生的 二氧化碳 排放 量要小于 应用原生材料带来的 二氧化碳 排放 量 。 1.2.2 国内研究现状 1.2.2.1 钢铁行业 中 国钢铁业 对二氧化碳 的生产工艺 过 程、 生产原 理 和 排放影响因 子 进行了 细致研究 ，并在 研究的根基 上 建立 了钢铁业 二氧化碳释 放影响因 子 综合 评估 指标体系 6，该指标体系 包括 工序 耗能 、燃料 成分 、技术特 性和 资源效 能 四个 分 系统；为 明确 各 个 影响因素的指标 比 重， 构建 层次关联 和 分析 结 合模型； 并

23、使 用该模型综合 总结 了 中 国铁 钢 行业 二氧化碳 排放的影响 原因 。结果表明：钢铁行业 二氧化碳 排放主要来源于 各类能源 的 燃烧 ，其次 为 工序 中的 能耗、技术特征和资源 利用效率。在 各种 燃料的 燃烧程序 中，燃 煤炭产生了最多的 温室气体。最后， 有针对性地对中 国铁 钢 行业节能降排 提出合理化的 措施。 1.2.2.2 水泥行业 国内有学者 对 水泥业 的 节能 降 排 复 合测评指标 系统 的 建立 进行了 细致 研究7。首先 阐述 指标体系 确立 应遵循 的四大要求，分别是 综合性原则、引导性原则 、公平与效率原则、环境与经济原则，进而 选择 了能源 耗费 指标

24、 、 污染物 释 放指标、节能降排支撑能力 指标和 资源 全面 利用指标这 4 个评估 指标。在 这个 基础上， 构建 了水泥行业节能 降 排 评估 指标 系统和 综合 评估 指标 系统 ，并 启 用专家 打分 的方法确定 各个指标所占比 重。该指标 系统对 了解 我国 水泥行业节能降排 基本概 况，查 找问题 根源 ， 挖掘 节能降排潜 能非常有帮助 ， 以便为管理部门 制 订综合 政策 和长安大学硕士学位论文 4 机构 提高节能 降 排 潜 力提供 有益的 帮助。 河北理工大学对水泥业节能 降 排综合测评指标 系统 进行了 细致 研究 8。在选择 指标时 不但要全面考虑 水泥业环境污染 治

25、理 和环 保 的 实际情 况； 而且 ，在不 对结论造成 影响的 情况 下， 应 选 取 能 够体现 水泥业节能降排特 性 的指标 项目 ，指标项目 数据 方便 获 得 且计算和 检测办 法简 洁 ，使得指标 系统比 较简明 扼要 ，具有较强的操作性。在水泥业节能 降 排综合评 估 指标 系统 的 建立过程 中， 应根据 不同层级 、 不同 性质、 不同 类别对 各个 指标 项目实行归 类。 根据 指标 的 层 次包含关系 ，节能 降 排 项目 指标分为类指标 项目与 操作指标 项目 。类指标 项目 为 总 括性 、 普遍性 的 指标， 类指标可再 分为 能源耗费、 污染物排放、 能 源综合利

26、用 和 节能 降 排支撑能力四 个 类 别 。操作指标 项目是体现 水泥生产 机构 节能 降 排 各个 具体方面的 评估 指标。 根据 指标 的不同特性 ，评 估 指标 项目可 分为正向指标 与 逆向指标，逆向指标 项目的 值越小 就 越符合节能 降 排的要求，正向指标 项目的 值越大越 切合 节能降排的要求。从指标类别来 分析 ， 评估 指标 可 分为定性 的 指标 与 定量 的 指标 二 大类。定量 评估 指标 项目的 选 择是 有代表性的、能 体现 节能降排 终极 目 的 且数据 方便 获 得 、计算和 检测办 法简 单方 便的指标， 经 过对各 个 指标的实 质 值、评 估 基准值和

27、各 指标的 比 重值计算 与打 分，综合考 核 评 估 企业 和机构 节能 降 排的 情 况。定性评 估 指标 项目 主要 依 据国家 相 关 的经济开发 政策、 能 源 和 环保政策以及行业 前景展望 选 择 ，用 来 定性考核 机构 对 相 关法规 政策 的 合理 性 与 节能 降 排实 行状 况。 增强 企业 的 节能 降排能力 ，需 要 通过 增强 企业 的 减排 潜 力， 降低 污染物的排放。污染物排放 各个 指标 项目 如下表 1.1 所示： 表 1.1 污染 杂 物排放指标 项目 污染物排放指标 水泥窑等颗粒物排放限值 定量 破碎 器械 等颗粒物排放限值 定量 水泥窑等 二氧化硫

28、 排放限值 定量 水泥窑 氮氧化合物 排放限值 定量 粉尘无组织排放 定量 资 源 耗费体现 水泥业生产程 序 中 消耗 的 资 源，指标 项目是根据 节能来 表示 企业的 能 源 使 用效率， 体现生产 企业 的 节能 效 果。能源消耗指标 系统 如下表 1.2 所示： 第一章 绪论 5 表 1.2 能源消耗指标体系 能源消耗指标 吨 （ t） 水泥熟料烧成煤耗 定量 吨 （ t） 水泥综合电耗 定量 窑系统废气余热利用率 定量 武汉理工大学 专家 对水泥混凝土环评 和 应用做了研究 9。 构建 了 水泥 -混凝土系统的环境协 同系统， 对水泥 -混凝土环评的边界条件、 体系外延与 内涵、指标化 办 法等 开展 了 细致 的研究 分析 。研究 的 结果 证 明：水泥 的 生产 与 使用 过程中 的耗能 和 释 放的温室气体 大部分 来 自 于电力生产 与 水泥 生产过程 。 1.2.2.3 公路行业 武汉理工大学对 公 路运输企业节能 降 排评 估 指标 系统 进行了 细致 研究 10。用系统工程的观点对道路运输企业节能降排进行了综合的、动态的分析，在具体分析道路企业节能降排主要影响因素和节能降排构建原则的基础上， 结合中央 和地方交通 远 输 管理机构 最 新公布 的法 律 规 章 和文件 要求 ， 建立 了节能 降 排 综合 评