道路工程建設中可再生資源的應用

1、前言由于自然資源的日益枯竭和環(huán)境污染的日益嚴重，以高開采、低利用、高排放為特 征的傳統(tǒng)的粗放型經(jīng)濟，是以犧牲環(huán)境為代價的經(jīng)濟增長方式，西方社會已經(jīng)目睹了二戰(zhàn)后 經(jīng)濟發(fā)展帶來的生態(tài)危機。目前中國處于經(jīng)濟發(fā)展的轉型時期，經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展，使環(huán) 境面臨很大的壓力，保護環(huán)境、充分有效的利用有限的資源已成為各行各業(yè)面臨的重要課題。美日等發(fā)達國家經(jīng)歷了經(jīng)濟高速發(fā)展帶來的環(huán)境和生態(tài)破壞的困擾，現(xiàn)在對自然環(huán) 境的保護和再生資源的利用非常重視，頒布了相關的法律法規(guī)限制廢棄物的排放、促進再生 資源的有效利用，已經(jīng)取得重大效果。當前，日本全國每年共發(fā)生產(chǎn)業(yè)廢物4.05億噸，其 中的13% （0.53億噸）被直接再

2、生利用，8% （0.33億噸）完全沒有再利用價值，被填埋到 最終的垃圾填埋場。而發(fā)生的廢物的絕大部分3.18億噸（占79%）處于可被直接再生利用 和被直接掩埋的廢物種類之間，經(jīng)過減量化處理后，有0.97億噸（占總量的24%）可以被 再生利用，0.34億噸（占總量的9%）被填埋到垃圾填埋場。合計而言，日本全國發(fā)生的產(chǎn) 業(yè)廢物有37%被再生利用，只有17%作為毫無價值的垃圾填埋到垃圾處理廠。美國每年廢物 總發(fā)生量約為41億噸，相當于每個國民每年產(chǎn)生廢物14噸。廢物總量中有41%是與采礦有 關的礦物性廢棄物，4%為家庭垃圾，48%為農(nóng)業(yè)垃圾，7%為其他產(chǎn)業(yè)廢棄物。圖-1為美國幾 種廢物的再生利用率，

3、其中土木工程的重要材料-瀝青的再生利用率最大，達到80%以上。 美國高速公路和一般道路中有92%為瀝青路面，再生瀝青混凝土（RAP）被廣泛應用于新建 路面、路基、路肩以及高填土路堤中。我國每年發(fā)生的廢物數(shù)量難以精確統(tǒng)計，單從固體廢 物而言，1996年，我國的固體廢物發(fā)生量6.59億噸，綜合利用2.84億噸，儲存量2.64億 噸，排放量0.17億噸，分別占發(fā)生量的43%、40%和2.6%，固體廢物的綜合利用率達到43%， 但儲存和排放的比例也高達43%。1996年固體廢物總儲存量高達64.93億噸，與1993年相 比，固體廢物的年排出量增加6.3%，全國固體廢物儲存量增加9.7%。由此可見，雖然

4、我國 在固體廢物再生利用方面取得了一定的成績，但技術含量低，再生利用相對困難以及有害的 廢物基本上沒有得到再生利用，被大量的堆積起來或排放到河流中，占用了大量的土地，造成了巨大的環(huán)境破壞。因此采用新技術，開拓廢物再生利用途徑，提倡廢物的有效再生利用， 減少對自然資源的過度開采和利用，對于保護環(huán)境、促進循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展和走可持續(xù)發(fā)展道 路，具有重大的社會和經(jīng)濟效益。道路工程技術在過去的一百多年里取得了飛速的發(fā)展，大量道路工程設施的建設提 高了人類的生活質量，但也帶來了許多重大的社會問題。道路工程設施的大量建設消耗了大 量寶貴的自然資源，不僅破壞了自然環(huán)境，而且加重了生活環(huán)境的污染。在道路工程設施的

5、 翻修改建中產(chǎn)生大量的廢舊道路工程材料，過去這些廢舊材料通常采用填埋等措施進行處 理，不僅占用了有限的土地資源，而且對生活環(huán)境產(chǎn)生污染，同時造成了資源的浪費。同時， 正因為道路工程是龐大的土木工程，需要大量的土木工程材料，道路工程建設為大量廢物的 再生利用提供了重要的場所。因此，廢舊道路工程材料的再生利用和在道路工程建設中使用 再生材料具有重要的社會和經(jīng)濟效益。下面參考國外經(jīng)驗，結合作者的研究和應用成果，介 紹道路工程建設中幾種廢物的再生利用技術。道路工程建設中廢物再生利用技術廢舊瀝青混凝土再生利用技術廢舊瀝青混凝土產(chǎn)生于舊瀝青路面的維修、翻修或道路改建過程中，它含有3-4%的 舊瀝青和高質量

6、的粗、細骨料。廢舊瀝青混凝土所含瀝青大多是碳氫化合物，其化學性能短 時間難于降解，如果廢料處理不當，極容易引起周邊環(huán)境惡化和土質的改變。瀝青路面的再 生利用，是將舊瀝青混凝土路面經(jīng)過翻挖、回收、破碎和篩分后，與再生劑、新瀝青材料或 新結合料、新集料等按一定比例重新拌和成混合料，滿足一定的路用性能并重新鋪筑于路面 的一整套工藝。舊瀝青混合料再生方式主要分4大類：即廠拌熱再生、廠拌冷再生、現(xiàn)場熱 再生和現(xiàn)場冷再生。而根據(jù)施工的技術要求和我國的現(xiàn)有狀況考慮，比較適合推廣的就是廠 拌熱再生技術，其優(yōu)點是：可以減輕路面對高溫的敏感性，利于減少路面車轍和變形；回收 潛力大，對材料的再利用率較高；與傳統(tǒng)的施

7、工方法接近，易于推廣。廠拌熱再生技術是先 將舊瀝青混凝土路面銑刨后運回工廠，通過破碎、篩分，并根據(jù)舊料中瀝青含量、瀝青老化 程度、碎石級配等指標，摻入一定數(shù)量的新集料、瀝青和再生劑進行拌和，使混合料達到規(guī) 定的指標，按照鋪筑新路面的方法進行鋪筑。國內(nèi)外的經(jīng)驗證明，此方法可以用于各種條件 下的舊瀝青路面的再生利用。目前，這種再生方法正在推廣中，在北京市西二環(huán)和海淀區(qū)羊坊店路試行鋪筑了再生瀝青混凝土路面，收到了不錯的效果。在廣佛高速公路大修工程中舊 瀝青混凝土再生技術也得到了實際應用，照片-1和照片-2為廣佛高速公路大修工程中生產(chǎn) 再生瀝青混凝土的再生瀝青混凝土骨料和拌和設備。廢舊水泥混凝土再生利

8、用廢舊水泥混凝土是一種土木和建筑業(yè)廢物，它產(chǎn)生于水泥混凝土道路路面的維修改 造、混凝土橋梁的翻修、城市建筑物的改建以及其它水泥混凝土設施的維修和翻建過程中。 廢舊水泥混凝土主要含有優(yōu)質的粗、細砂石骨料和硬化的水泥水化物，它并非是完全的廢物， 是具有極大再生利用價值的材料。廢舊水泥混凝土再生利用視廢物的發(fā)生源和品質不同而選 擇不同的方法，通常采用的再生利用方法有：利用予填骨料技術(Pre-packed concrete) 或后填骨料技術(Post-packed concrete)生產(chǎn)大型混凝土構件、利用再生骨料生產(chǎn)再生混 凝土、生產(chǎn)再生路基材料等，下面分別予以簡單介紹。利用予填骨料技術(Pre-

9、packed concrete)或后填骨料技術(Post-packed concrete) 生產(chǎn)大型混凝土構件是先把廢舊混凝土塊簡單破碎成20-150mm (視使用目的不同而變化) 的塊狀材料，利用予填骨料技術(先填好骨料再注入砂漿)或后填骨料技術(先注入砂漿再 填入骨料)生產(chǎn)混凝土構件。該種技術可生產(chǎn)混凝土擋土墻、建筑物基礎、重力式混凝土壩 、混凝土緣石、混凝土隔離墩、混凝土路面板等，特別適合于廢舊混凝土就地再生利用的情 況，例如混凝土路面板的就地再生利用等。利用再生骨料生產(chǎn)再生混凝土是對品質較好的廢舊混凝土，使用合適的破碎機和篩分機，對 廢舊水泥混凝土進行破碎和篩分處理，生產(chǎn)出符合不同要求

10、的再生混凝土骨料，并用之生產(chǎn) 滿足要求的再生混凝土。再生混凝土的性能受多種因素的影響，必須進行必要的實驗研究確 定合適的配合比，并確定混凝土的性能滿足要求才能在工程中使用。利用廢舊混凝土生產(chǎn)再生路基材料是對于品質較差的廢舊混凝土或生產(chǎn)再生骨料后 剩余的廢物，應用破碎機簡單破碎成粒狀材料，這些材料可以作為半剛性基層材料(石灰或 水泥穩(wěn)定)、粒料路基材料或建筑物基礎回填料得到再生利用。該處方法技術簡單、簡便易 行，很多施工企業(yè)擁有完成這些工作的場地條件和設備，可以進行這樣的廢物處理。上述三種方法綜合使用，可以使廢舊混凝土得到100%的再生利用。水泥混凝土廠發(fā)生廢物的再生利用現(xiàn)在我國大中城市的建筑施

11、工中，商品混凝土的使用率已基本達到100%。商品混凝 土是在水泥混凝土拌和廠生產(chǎn)的，在生產(chǎn)和運營過程中每天發(fā)生大量的廢物，包括廢水、廢 混凝土、淤泥、廢骨料等等。根據(jù)調查資料，一個中型混凝土拌和廠每年產(chǎn)生上述廢物 2000m3左右。部分拌和廠經(jīng)過技術改進，對部分廢水進行了重復利用，但其他廢物無法再 利用，一般是運到野外或其它固定場所排放掉?，F(xiàn)在，利用水泥混凝土廠發(fā)生廢物生產(chǎn)再生 道路基層材料和路基穩(wěn)定材料的技術使這些廢物得到了有效利用。第一種方法相對簡單，即將一定數(shù)量混凝土淤泥倒入剛從工地回來的滾筒式攪拌車 里，由于攪拌車里有從建筑工地回收的混凝土，混凝土淤泥和回收的混凝土通過滾筒的轉動 而混

12、合，經(jīng)過充分混合后，將混合物運到貯藏地排出。硬化后的混合物通過合適的設備破碎 后成為完全滿足鋪筑道路基層要求的再生基層材料。該再生基層材料具有較高的耐水性、耐 凍脹性和抗凍融性，可以用于任何地區(qū)。另一種方法相對復雜一些，但再利用的社會和環(huán)保效益更高。眾所周知，水泥主要 含鈣和硅元素，所以產(chǎn)自于混凝土的淤泥也自然以這兩種元素為主。淤泥中含有大量的氫氧 化鈣，而熟石灰的主要成分也是氫氧化鈣，因此可以考慮將淤泥用來穩(wěn)定軟土路基。研究結 果表明，用淤泥粉末來穩(wěn)定濕軟的路基，能大大改變混合土的含水量狀態(tài)，降低土體的自身 重量，可以取得良好的效果。此外，淤泥粉本身具有在養(yǎng)護中發(fā)生固化反應的特點，從而提 高

13、了承載力。而且相對于石灰，淤泥粉末的化學性質更加穩(wěn)定，對周圍環(huán)境的影響也更小， 更加環(huán)保。廢舊橡膠的再生利用隨著人民生活水平的提高，越來越多的汽車逐漸走進尋常百姓家，隨之而產(chǎn)生的汽 車廢料也相應大量增加，其中之一是橡膠類廢物，例如廢舊輪胎和車門橡膠密封條等，這兩 種橡膠類廢物在道路工程中都可以得到有效再生利用。廢舊輪胎破碎后摻入到瀝青中生產(chǎn)改性瀝青，可以使瀝青高溫和低溫穩(wěn)定性得到極 大改善，使瀝青路面具有更大的彈性和更大的緩解車輛荷載沖擊的作用，乘車人更加舒適， 道路具有更好的耐久性。照片-3是生產(chǎn)廢舊橡膠（輪胎）改性瀝青的設備。橡膠密封條經(jīng)過切碎等工藝處理后成為2-3mm大小的顆粒狀物質（以

14、下簡稱廢橡膠），它具有較小的強度和良好的彈性。針對它具有的這一特點，我們發(fā)現(xiàn)這種廢橡膠可以 作為彈性瀝青混凝土路面材料。實驗結果表明，混有廢橡膠的瀝青混凝土的瀝青用量減小， 彈性增加，耐水性、抗飛散剝離和抗滑等性能均得到改善。而且，廢橡膠質量混入率達到 10%左右時，瀝青混凝土具有明顯的防路面凍結性能，并預計在實際工程中，混入23%左 右的廢橡膠也可顯著提高瀝青混凝土的彈性和防路面凍結性能。上述再生利用技術不僅再生利用了汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的廢物，而且使道路路面性能得到 改善，真正做到了 “變廢為寶”。（5）廢舊發(fā)泡塑料的再生利用發(fā)泡塑料被應用在很多的領域，例如食品包裝盒、快餐盒以及其它各類包裝盒，這

15、 些包裝盒基本上為一次性產(chǎn)品不能重復利用，被隨意拋棄而發(fā)生環(huán)境污染的現(xiàn)象普遍存在。 這些廢物的處理比較困難，有些地方簡單的付之一炬，有些地方作為燃料用于熱力發(fā)電，但 利用效果較差。現(xiàn)在這些廢物經(jīng)過處理后也可在道路工程中得到有效利用。將廢舊發(fā)泡塑料減容化處理，將其融化后制成硬度較高的板狀廢塑料。廢塑料板破 碎后制成具有一定粒度的骨料，稱為EPS骨料。EPS骨料密度小、強度較高，其最大特點是 導熱系數(shù)非常小，遠小于石料或土質。將EPS骨料摻入路基或道路基層，可以起到隔溫層的 作用，降低道路凍結深度，減少道路凍脹破壞。照片-4為生產(chǎn)的EPS骨料，使用該EPS骨 料修筑的道路防凍脹實驗路取得了良好的效

16、果。我國的青藏公路曾經(jīng)研究在道路基層使用泡 沫塑料板做隔溫層以保護冰凍的路基不受損壞，可想而知造價是非常昂貴的。如果采用本技 術，即可以為廢物的再生利用提供途徑，又可以取得更好的技術效果，還可以降低工程造價。經(jīng)濟和技術效益廢舊道路工程材料的再生利用和廢物在道路工程建設中的有效再生利用可以對發(fā)生的廢物進行再生利用，減少環(huán)境污染，同時可以減少對自然資源的依賴和過度使用，有利于 保護自然環(huán)境，因而有“事半功倍”的效果。如果再生利用方法得當，還可以改善道路工程 材料的性能，提高道路工程設施的使用性能和耐久性。所以，其社會效益是顯而易見的。廢物再生利用的經(jīng)濟效益受多方面因素的影響。國外發(fā)達國家重視環(huán)境保

17、護和再生 資源的利用，嚴格控制廢物的排出。廢物排放企業(yè)要支付大量費用請廢物處理廠家對廢物進 行回收和處理，這已成為廠家的重大經(jīng)濟負擔。采用新技術對廢物進行再生利用時，一般情 況下排出企業(yè)無償或支付少量費用把廢物提供給再生材料生產(chǎn)廠家，再生材料生產(chǎn)廠家生產(chǎn) 再生材料后出售給應用企業(yè)，取得經(jīng)濟效益。再生材料應用企業(yè)使用再生材料的費用一般也 低于天然材料，從而可以降低建設成本并取得一定的經(jīng)濟效益。因此，廢物排放企業(yè)、再生 材料生產(chǎn)企業(yè)和再生材料使用企業(yè)均可以從廢物再生利用事業(yè)中取得實際的經(jīng)濟收入。上述 分析的前提是，國家要制定相關的法規(guī)和政策鼓勵再生材料的應用，相關部門也要制定關于 再生材料生產(chǎn)和應

18、用的技術規(guī)范和標準，社會上廢物的排放、收集、處理、再資源化和應用 要形成合理的運作機制。具備了上述三個基礎條件，廢物的再生利用事業(yè)將具有重大的經(jīng)濟 效益。國內(nèi)外的廢物再生利用實踐也表明，廢物再生利用效益巨大。下面對一些廢物再生 利用的實際經(jīng)濟效益作簡單介紹。美國聯(lián)邦公路管理局的調查表明，舊瀝青路面再生利用可 以節(jié)約材料費53.4%，路面造價降低25%左右，瀝青節(jié)約50%。據(jù)統(tǒng)計，1980年美國使用了約 5000萬噸舊路面材料，節(jié)約投資達3.95億美元。前蘇聯(lián)列寧格勒市道路橋梁管理局自1980 年開始對舊瀝青混凝土進行處理，用于修建道路基層和面層。每年生產(chǎn)再生瀝青混凝土 50000噸，可鋪筑80000m2的道路基層或面層，節(jié)省瀝青3200噸，節(jié)省礦物