陕西省交通运输厅
前言：
关心国家大事的维粉们一定都知道，全球瞩目的巴黎气候大会已经签署了《巴黎协定》，包括中国在内的全球各国都将积极行动，确保减少温室气体排放造成的不利影响。而目前国内大范围的雾霾和空气污染，也在提醒各界人士，环境保护已经成为中国各行业面临的严峻课题。
公路建设和养护中也会有大量的能源消耗，以及随之而来的温室气体产生和污染物排放问题，无论从响应政策号召、保护我们的环境和自身健康来说，节能减排是行业大势所趋。
针对这个问题，在上个月举行的2015国际沥青路面再生技术论坛，来自东南大学交通学院的教授黄晓明博士发表了主题演讲《再生沥青路面结构与碳排放》。本文根据他的发言资料整理而成。
上图：东南大学交通学院博士生导师黄晓明教授，曾获得多个国家级、省部级科技奖项。在路面结构及路面材料再生领域科研成果丰硕。
黄晓明：路面结构和碳排放
路面结构层位
上图：东南大学交通学院博士生导师黄晓明教授，曾获得多个国家级、省部级科技奖项。在路面结构及路面材料再生领域科研成果丰硕。
黄晓明：路面结构和碳排放
路面结构层位
观点一：由于交通荷载和地质气候环境十分复杂，沥青路面结构必须满足使用要求。
路面结构作用一段时间后，会出现各种各样的破坏，比如疲劳、开裂、车辙、推挤等等，之后就需要进行维修。针对这些不同路面破坏，在路面结构设计过程中会设定有一些相应的设计指标。比如有控制疲劳的指标，应变或者应力；控制推挤的指标，剪切应变或者剪切应力等。
常规来说，这些路面的破坏可分两大类：一类是结构型病害，另一类是功能性病害。养护维修就需要根据病害情况对症下药，选择合适的措施方案。比如再生的方案大体上分为就地热再生、厂拌冷再生、就地冷再生，有的功能性病害可以采用就地热再生的方案，而如果出现结构性病害，再用这种表面的处理办法就不适用了。
道路结构设计的首要考虑因素就是交通量。根据实际调研的数据，结果发现我国的交通荷载十分复杂，尤其是载重、轮胎压力差异很大，而路面结构的损害是和交通作用有关，在路面设计时怎样进行有针对性的设计是工作的第一步。他特别指出一点：国内往往是根据结构设计去定交通量，但其实应该根据交通量来决定路面结构。
另外比较重要的一点：不同的路面结构的层位需要用不同的材料进行对应。由于交通荷载和地质气候环境十分复杂，所以应该运用不同性质的材料，去满足具体的路面结构层位要求。
例如浙江、福建、广东、广西这些沿海地区，软土地基较多，会出现不均匀沉降的问题：在考虑不均匀沉降的时候不仅仅有荷载应力，道路还会产生附加应力，而附加应力的水平又会和结构的状态有关系。
即针对不同的不均匀沉降产生的水平，下基层的模量越大，其附加应力也就越大。所以在很多的沿海地区，使用半刚性基层的时候，如果有路面沉降，基层很快就会出现很多的结构性病害。
如果底层结构的模量在增加，控制应力层在级配碎石顶上、沥青层的下面，则情况就大不相同：底层结构模量越大，上面的附加应力越小，所以即使底下坏了，上面的状况还是好的。为了解决这个问题，福建在多年的实践基础上，常用沥青层+级配碎石+花岗类基层的结构。
上图：不同地区的路面结构形式举例
上图：不同地区的路面结构形式举例
观点二：交
通荷载的复杂性，导致路面结构受力的复杂性，路面结构组合必须满足层位功能要求，抗滑层、抗车辙层、抗疲劳层等。
过去
在结构设计上根据传统的基于压应力的结构组合，存在一个误区“路面从上到下的受力越来越小，因此从上到下用的材料就可以越来越差。”实际上根据黄教授的实际测量数据分析，由于交通荷载的复杂性，路面的受力除了考虑压应力，还需要考虑剪切应力和弯拉应力；而这两个力并不是简单的从上到下受力越来越小的，其最大值出现在不同的层位。比如弯拉应力的峰值是出现在基层位置。
再比如国外在做路面结构设计的时候，按照功能层位来进行材料选择，比如表层，压应力最大，剪应力最大，要用抗车辙最好的材料；底下拉应力最大，用抗疲劳最好的材料，要考虑柔性材料，而刚性材料水泥就不能太多。
在设计长寿命道路的时候，考虑到交通荷载的复杂性，导致路面结构受力的复杂性，路面结构组合必须满足各结构层的功能要求。据此，黄教授针对路基强度整体均匀（如江苏）、路基不均匀沉降（如浙江福建）、重载均匀路基、重载不均匀沉降路基、沥青路面基层再生和面层再生等不同情况给出了一些合理结构组合建议。
上图：再生沥青路面典型结构（沥青层再生）
上图：再生沥青路面典型结构（沥青层+基层再生）
碳排放
上图：再生沥青路面典型结构（沥青层再生）
上图：再生沥青路面典型结构（沥青层+基层再生）
碳排放
观点三：对气候变化影响最大的二氧化碳，碳排放的计算既包括能源燃烧也包括能源生产，因此要减少碳排放就必须要减少能源的消耗，或者说提高能源利用率。
气候变化是我们当今面临的最重大挑战之一。全球气候大会强调对抗气候变化的 “共同但有区别的责任”原则，旨在将全球气温升幅控制在2摄氏度以下。
许多科学家认为，温室气体的大量排放所造成温室效应的加剧是全球变暖的基本原因。其中，对气候变化影响最大的是二氧化碳，它产生的增温效应占温室气体增温总效应的63%，而且在大气中存留时间长，可达200年。所以说，人类活动所排放的温室气体是导致地球变暖的重要因素。
虽然社会和经济发展、消除贫困对于发展中国家来说仍然是首要目标，但是低碳排放的发展战略对可持续发展而言必不可少。
那么什么是低碳经济呢？简单地讲，就是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。
从第一代能源薪柴，到第二代能源煤炭，再到第三代能源石油、天然气和核能。人类能源利用的发展轨迹，就是一个从不清洁到清洁、从低效到高效、从不可持续走向可持续、从高碳经济走向低碳经济的过程。
目前，中国能源结构中，化石燃料（煤炭、石油、天然气）占比高达94%。中国的低碳减排任重道远。
黄教授指出，减少碳排放就必须要减少能源的消耗，或者说提高能源利用率。就道路再生行业而言，水泥路面的碳排放是最大的，因为水泥的碳酸钙变成氧化钙和二氧化碳，生产过程中就产生了很多碳排放，而二氧化碳是最重要的温室气体。
以热拌和温拌相比较，哪一种方式更加低碳环保呢？
从上表可看出，相较于热拌，温拌在相同条件下排放的二氧化碳当量更小。而在沥青混凝土再生中，随着加入RAP旧料的增加，在旧料用量超过30%比例后，对碳排放的减少有明显的影响。
观点四：不同路面结构组合的使用寿命不同，最终产生的全寿命排放也不同。
道路的全寿命期内的排放是由材料供应、建设施工、养护维修三部分的排放构成，不同路面结构组合的使用寿命不同，最终产生的全寿命排放也不同。
上图：寿命分析期碳排放
需要指出的是，只要消耗了能源就肯定有碳排放。黄教授认为，除了碳排放，更应该关心的是充分完全燃烧，提高能源利用率。因为在这个过程中除了碳排放和二氧化碳，还有一氧化碳、氮硫等化合物。
这些化合物的排放跟设备有直接关系，在施工过程中，应选用性能优良的设备，保证充分燃烧，尽量减少废气排放。
