第４２卷第２０期 交通标准化 Ｖｏ１．４２ Ｎｏ．２０ ２０１４年１０月 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ Ｏｃｔ． ２０１４ 河北省高速公路桥梁建设减排效益分析 苏丽娜 （河北省高速公路京石改扩建筹建处，河北石家庄０７１０５１） 摘要：基于工程建设碳排放量评价的基本概念和理论框架，从原材料物化、运输和施工等阶段进行桥梁改扩建 能耗一原材料碳排放效益研究，并对其节能减排进行量化分析计算，以此探究节能减排新材料的应用前景。最 后，运用此方法对京石改扩建工程中的沙河特大桥工程的原材料物化、运输和施工阶段的碳排放量进行分析与 评价，结果表明：主要的碳排放量来自原料物化阶段而非桥梁施工过程；高性能混凝土可以作为低碳原材料替 代传统普通混凝土，既能满足工程质量需求，又能产生很好的经济效果。 关键词：能耗；节能减排；高速公路桥梁；碳排放；高性能混凝土 中图分类号：Ｕ４４５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—４７８６（２０１４）２０—００７１—０４ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｏｎ Ｃ０ｎｓｔｒｕｃｔｉ０ｎ ｏｆ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ Ｂｒｉｄｇｅ ｉｎ Ｈｅｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ＳＵ Ｌｉ—ｎａ （Ｂｅｉｊｉｎｇ—Ｓｈ￣ｉａｚｈｕａｎｇ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｏｆｆｉｃｅ，Ｈｅｉｂｅｉ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０７ １０５ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｏｆ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｂｙ ｐｒｏｊｅｃｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｔｈｅ ａｒｔｉ— ｃｌｅ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｂｅｎｅｆｉｔ ｆｏｒ ｃａｒｂｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ—‘ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｂｒｉｄｇｅ ｒｅｃｏｎｓｔｕｃｔｉｏｎ ｒａｎｄ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ，ａｎｄ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｉｎ ｏｒ— ｄｅｒ ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｎｅｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｕｓｉｎｇ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ，ｉｔ ａｎａｌｙｚｅｓ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｅｓ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔａ— ｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｏｆ Ｓｈｉ—Ａｎ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃａｒｂｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ａｒｅ ｆｒｏｍ ｍａｔｅｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｒａｔｈｅｒ ｔｈａｎ ａ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎ— ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃａｎ ｒｅｐｌａｃｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｓ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｃａｎ ｐｒｏｄｕｃｅ ｇｏｏｄ ｅｃｏｎｏｍ－ ｉＣ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｎｅｒｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｇｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ｈｉｇｈｗａｙ ａｎｄ ｂｒｉｄｇｅ；ｃａｒ－ ｂｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ；ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｏ 引言 随着世界经济的快速发展，人类对环境资源 变革来协调人类与自然间的关系，探索环境保护 的途径与方法。节能与减排并列成为当今世界能 源研究的重点方向。 的依赖与需求与日俱增，经济发展所带来的环境 恶化与资源缺乏问题日趋严峻。据统计，如果按 目前的消耗方式和水平，到２５００年地球上的所 主要的工业燃料将被消耗殆尽ｕ 。 了解、掌握和评价建筑材料全寿命周期内能 源消耗和碳排放是开展建筑节能减排技术研发和 推广应用的前提基础。近些年，国内外相关学者 因此，越来越多的国家开始通过各种创新及 开展了一系列的研究并取得了丰硕成果。国外对 收稿日期：２０１４—０４—１８ 交通标准化 ２０１４年１０月 于寿命周期评价的研究开展的比较早，文献 价绍 了近年来国外学者对于生命周期评价的相关研究 及应用。然而，目前就国内而言，相关研究起步 较晚，特别是对于作为资源高度集中的高速公路 系统的寿命周期环境影响评价的研究还比较少， 而对于高速公路改扩建工程中的桥梁建设的能源 消耗和排放系统评价的研究则更少。 本文是将寿命周期能耗和碳排放量评价的基 本概念和理论框架运用于高速公路桥梁改扩建工 程，以高性能混凝土为例，从原料物化阶段、运 输阶段和现场施工阶段对高速公路桥梁改扩建的 节能减排进行探索性研究。 １桥梁工程系统碳排放计算模型 进行改扩建桥梁的相关评价，首先要明确研 究目标。能耗一原材料桥梁改扩建环境影响评价的 主要目标是确定桥梁改扩建过程中对周围环境碳 排放所产生的影响。 从系统工程角度出发，桥梁在改扩建过程中 主要的碳排放来源为能源消耗和原材料物化两 类。其中，能源消耗包括原材料运输阶段和桥梁 现场施工阶段；原材料制备则是原材料的原料开 采、运输加工等工序。其中绝大部分碳排放来源 于原材料物化阶段。因此，能源消耗和原材料物 化是研究碳排放的重点。而在改扩建工程中，重 点研究的是原材料物化、桥梁原料运输和现场施 工两个阶段。 国内龚志起口 等人对水泥、钢材的碳排放清单 作过统计计算，而沥青的碳排放清单来源于欧洲 沥青协会。表１列出了计算后每种原材料的温室气 体排放系数。桥梁原材料生产加工阶段的碳排放 通过统计原材料使用量，结合表１和公式（１）一 （５）即可获得。 表１各种原材料的ＣＯ：排放系数（单位：ｋｇ／ｔ） 原料 石油沥青 乳化沥青 水泥 钢材 石料 物质系数 ２８５ ２２ｌ ８７０ ７ ５２２．３ ２．５ ＝∑［ Ｋｉ］ （１） ｉ 式中：Ｍ为建筑材料的耗用量；ｉ为建筑材料的种 类； 为建筑材料ｉ的温室气体的排放气数。 ＝ ／（Ｗ／Ｃ）］ （２） ｉ 式中： 为水泥用量；ｍ 为混凝土单位用水量； ＷＩＣ为对应水胶比。 Ｍ：＝ 一ｍ 一ｍ ） （３） ｉ 式中： 为石料和砂的用量；ｍ 为混凝土单位体 积质量，ｍ 为单位用水量，ｍ。 为水泥用量。 Ｍ３＝ｍ。ｘ［ｐ／０＋ＪＤ）】 （４） Ｍ ＝ｍ。ｘ［１／（１＋ｐ）］ （５） 式中：ｍ 为沥青混凝土总质量，Ｐ为油石比。 桥梁原料运输和现场施工阶段温室气体排放 主要来源于大型机械的使用及材料设备的运输， 包含了固定燃烧源的碳排放。该过程的温室气体 排放量与设备的工作效率以及所用的能源类型紧 密相关。针对这部分碳排放，应根据施工组织设 计和现场调查，对施工期内所用设备耗用的能源 类型及耗用量进行详尽地统计计算。桥梁原料运 输和现场施工阶段所排放的温室气体量可结合表２ 与公式（６）进行计算。 Ｃｃｏ＝２∑［ｃ （Ⅳ ×８ｘＰ ｘ ３．６）］＋∑［ｅ× ×叫＋Ｐ×Ｇ（６） Ｊ 式中：ｃ 为ｉ类能源排放因子缺省值；Ｎ为机械台 班数；ａ为机械类别；Ｐ为能源类型为ｉ的机械ａ；ｅ 为单位距离（ｋｍ）单位质量（ｔ）的公路交通运输 的碳排放因子（统计施工过程所有运输活动）；，Ｊ 为运输距离；ｍ为运输物质量；Ｐ为耗电量，Ｇ为 电力平均碳排放系数。根据资料 可以得出每吨每 公里公路运输的碳排放因子为２３ ７７０ｍｇ。同时根 据文献 ，得到相关能源的排放因子缺省值。 表２高速公路相关能源的排放清单 能源类型 原煤 原料油 柴油／汽油 沥青 电力 ＣＯ 排放因子缺省 ９４ ６００ ７７ ４ｏ０ ７４ １ＯＨ０ ８０ ７００ ３１７ ０００ 值／（ｍ￣ＭＪ） ２绿色高性能混凝土（ＧＨＰＣ）碳排放计算 混凝土是工程领域不可或缺的材料，绿色高 性能混凝土（ＧＨＰＣ）更多地节约熟料水泥，降低 能耗与环境污染，所掺加的细掺料以工业废料为 主，同时应更大地发挥混凝土的高性能优势，减 少水泥与混凝土的用量。 采用新技术的低碳高性能混凝土的水泥部分
