基于綠色理念導(dǎo)引的公路材料發(fā)展分析

黃成福

（甘肅交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730070）

1 引言

綠色公路是基于能源和資源節(jié)約的公路類型，綠色公路的理念貫穿規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)施工、運(yùn)營維護(hù)的全過程，綠色公路是強(qiáng)調(diào)統(tǒng)籌資源利用，實(shí)現(xiàn)集約節(jié)約并注重生態(tài)保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展的低碳環(huán)保型公路。在綠色公路建設(shè)中，材料費(fèi)占工程成本的50%以上，因此，采用綠色低碳的公路材料在綠色公路的建設(shè)中占有最重要的比例。

1.1 相關(guān)政策背景

如何在“雙碳”背景下進(jìn)行綠色公路建設(shè)是交通運(yùn)輸業(yè)面臨的重要問題。“十四五”時期，我國生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)入了以降碳為重點(diǎn)戰(zhàn)略方向，推動減污降碳協(xié)同增效，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善由量變到質(zhì)變的關(guān)鍵時期。《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出：“壯大節(jié)能環(huán)保、清潔生產(chǎn)、清潔能源、生態(tài)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施綠色升級、綠色服務(wù)等產(chǎn)業(yè)”，綠色公路建設(shè)有了政策依據(jù)。

2016年，交通運(yùn)輸部印發(fā)了《關(guān)于實(shí)施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》（交辦公路〔2016〕93號），明確了基于綠色理念的公路建設(shè)發(fā)展思路和建設(shè)目標(biāo)。指導(dǎo)意見在主要任務(wù)中提出“統(tǒng)籌資源利用，實(shí)現(xiàn)集約節(jié)約”，主要內(nèi)容包括“大力推行廢舊材料再生循環(huán)利用，積極推行廢舊瀝青路面、鋼材、水泥等材料再生和循環(huán)利用。推廣粉煤灰、煤矸石、礦渣、廢舊輪胎等工業(yè)廢料的綜合利用。開展建筑垃圾的無害化處理與利用。積極應(yīng)用節(jié)水、節(jié)材施工工藝，實(shí)現(xiàn)資源高效利用?！被诰G色理念導(dǎo)引的道路材料發(fā)展有了具體的實(shí)施路徑。

1.2 綠色公路建設(shè)的必要性和緊迫性

根據(jù)國際能源署的統(tǒng)計，2020年，全球碳排放主要來自能源發(fā)電與供熱、交通運(yùn)輸、制造業(yè)與建筑業(yè)，交通運(yùn)輸業(yè)碳排放比重大，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重點(diǎn)方向。2020年全社會經(jīng)營性客運(yùn)量分運(yùn)輸方式構(gòu)成中，公路運(yùn)輸量占71.3%（見圖1），全社會經(jīng)營性貨運(yùn)量分運(yùn)輸方式構(gòu)成中，公路運(yùn)輸量占73.8%，公路運(yùn)輸方式皆占比最大（見圖2），因此，推進(jìn)綠色公路建設(shè)能夠取得良好的節(jié)能減碳的效果。

圖1 2020年全社會營業(yè)性客運(yùn)量分運(yùn)輸方式構(gòu)成

圖2 2020年全社會營業(yè)性貨運(yùn)量分運(yùn)輸方式構(gòu)成

隨著城市之間交通聯(lián)系越來越密切，城市建設(shè)和市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入不斷加大，公路總里程數(shù)不斷增加，目前，我國公路總里程已達(dá)5.28×106km，形成了以高速公路為骨架、普通干線為脈絡(luò)、農(nóng)村公路為基礎(chǔ)的全國公路網(wǎng)。大規(guī)模的公路建設(shè)對道路材料的使用量很大。中國承諾實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和，時間緊，任務(wù)重，對于推動綠色公路建設(shè)，推行廢舊材料再生循環(huán)利用，關(guān)系到實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，具有時代的緊迫性。

2 綠色公路建設(shè)現(xiàn)狀

綠色公路是交通運(yùn)輸行業(yè)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的重要戰(zhàn)略舉措。隨著我國公路建設(shè)的飛速發(fā)展，綠色公路建設(shè)取得了顯著的成效，目前已經(jīng)開展了33條綠色公路典型示范工程建設(shè)，建成了20條綠色公路主題性試點(diǎn)工程。我國首條低碳環(huán)保高速公路——重慶至成都高速公路重慶段，被交通運(yùn)輸部列為“節(jié)能減排綠色低碳高速公路”試點(diǎn)項目。這條公路僅采用廢舊輪胎來生產(chǎn)橡膠瀝青路面一項，就使有害氣體瀝青煙的排放減少90%，減少溫室氣體排放近50%。

現(xiàn)有形成的綠色低碳公路建設(shè)技術(shù)體系中，主要通過構(gòu)建綠色低碳全周期全要素的技術(shù)體系和框架，建立技術(shù)清單和產(chǎn)品目錄，建立全周期碳排放評價體系和推進(jìn)綠色低碳替代材料來實(shí)現(xiàn)，因此，推行使用以綠色低碳理念為導(dǎo)引的公路材料，是推動綠色公路建設(shè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要一環(huán)。

3 基于綠色理念的公路材料的應(yīng)用

3.1 廢舊材料再生循環(huán)利用的綠色道路材料

道路工程中使用的材料如何將綠色理念植入，這是當(dāng)今基建中一個重要課題。道路材料需要高強(qiáng)度、壽命長、用量大、適應(yīng)廣的方向發(fā)展，同時在現(xiàn)有資源情況下，使用廢舊材料再生循環(huán)利用也是一種趨勢。按照廢舊材料來源的不同，可以分為冶金廢料、輕工業(yè)廢料、道路舊料以及建筑垃圾等。

3.1.1 冶金廢料的應(yīng)用

鋼渣等冶金廢料在歐美、日本等發(fā)達(dá)國家的循環(huán)再利用中，約60%被利用進(jìn)行公路建設(shè)。冶金廢料主要是指鋼渣、高爐礦渣、粉煤灰等。隨著我國工業(yè)的發(fā)展，冶金廢料大量產(chǎn)生，每年的鋼渣產(chǎn)量大約達(dá)到1×108t。相對于歐美、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，我國對冶金廢料的綜合利用率不高，因此，利用冶金廢料進(jìn)行公路建設(shè)有著巨大的潛力。鋼渣表面粗糙，質(zhì)地堅硬，是一種較好的瀝青混合料粗骨料。鋼渣也具有良好的水硬活性和體積穩(wěn)定性，在基層中加入適量的鋼渣，可以增強(qiáng)基層的水穩(wěn)定性，提高基層的強(qiáng)度及路面的使用性能，延長路面的使用壽命。高爐礦渣含有大量的CaO，同時孔隙率較大，具有較強(qiáng)的吸水性，經(jīng)碾壓后易形成的板體具有較好的整體強(qiáng)度，因此，高爐礦渣適合做基層材料。粉煤灰是冶金礦渣中使用最為廣泛的材料，在公路中也得到了廣泛的應(yīng)用，例如，粉煤灰基層、粉煤灰混凝土路面、粉煤灰鋼渣混凝土等。

3.1.2 其他工業(yè)廢料的應(yīng)用

其他工業(yè)廢料主要包括廢橡膠粉、廢玻璃和廢塑料等。在瀝青中加入橡膠粉，使瀝青橡膠混合料的路面面層具有較好的抗高溫變形和低溫開裂的性能，在路基中有著優(yōu)秀的抗剪性能，可提高路基的亮度和韌性。將回收后的廢舊輪胎加工成橡膠粉，可以用于生產(chǎn)改性瀝青或作為瀝青混合料中的細(xì)集料。例如，交通運(yùn)輸部確定的6條“節(jié)能減排低碳高速公路”試點(diǎn)項目中第一條建成通車的渝蓉高速公路，路面攤鋪采用廢舊輪胎作原料生產(chǎn)橡膠瀝青，比傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)節(jié)能40%。廢玻璃研磨成玻璃粉后加入瀝青中，可以提高路面的耐磨性和反光性，有利于夜間車輛行駛的安全。以廢塑料作為輔助材料制成的改性瀝青混合料能夠提高瀝青混合料的抗疲勞性、低溫抗裂性和誰穩(wěn)定性。廢舊塑料混合的瀝青混合料，可以降低針入度，使瀝青具有較高的溫度穩(wěn)定性，改善瀝青的低溫柔韌度，因此，使瀝青混合料具有良好的物理和化學(xué)性能。

3.1.3 建筑垃圾

在公路建設(shè)過程中，尤其在城鄉(xiāng)建成區(qū)范圍內(nèi)，會因建筑物拆除產(chǎn)生大量的建筑垃圾，建筑垃圾主要包括磚瓦碎塊、渣土、廢砂漿、廢塑料、混凝土塊、廢金屬料以及廢竹木等。建筑垃圾分為建筑施工垃圾和建筑拆除垃圾，建筑施工垃圾主要有混凝土、混凝土碎塊、砂漿、建筑拆除垃圾主要有磚塊、瓦、混凝土碎塊、碎玻璃、木料等。建筑垃圾再利用需要根據(jù)建筑材料含量和組成不同，將建筑垃圾篩選后，按照一定的比例和級配與砂石、混凝土和水進(jìn)行混合，配置成新的混凝土，回收的建筑垃圾作為路基的替代集料，充分壓實(shí)后可以提高路面的彈性模量和抗變形性，適用于一般道路的基層。

3.1.4 舊路廢舊材料

舊路在改造過程中產(chǎn)生了大量的廢舊材料，如瀝青路面碎料、擋土墻、市政管道等，這些材料具有強(qiáng)度高、水穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，同時與新材料具有較好的融合度。道路進(jìn)行翻新時通常是將道路廢舊材料去除后用新料替換，舊路廢舊材料數(shù)量大，充分利用可以節(jié)約改造原材料的需求量，舊路廢料的再生利用能夠解決資源浪費(fèi)的問題。舊路廢料再生循環(huán)利用技術(shù)，主要有乳化瀝青冷拌再生技術(shù)、路面基層就地冷再生技術(shù)等。

舊路廢料的再利用是通過專用處理設(shè)備，將舊路廢舊材料按一定比例與新瀝青、新集料進(jìn)行混合攪拌成新的瀝青混合料澆筑路面。原有廢舊料需要遠(yuǎn)距離運(yùn)輸處理，如進(jìn)行再生循環(huán)利用，減少了物料在運(yùn)輸過程中的碳排放。在實(shí)際施工中采用泡沫瀝青再生技術(shù)、伴熱再生技術(shù)等對路面材料回收，其實(shí)際利用率更是達(dá)到了80%以上。乳化瀝青拌冷再生技術(shù)，將原有瀝青路面銑刨料運(yùn)送到拌和站進(jìn)行破碎和篩分處理，并摻入適當(dāng)比例的新集料、再生結(jié)合料、再生劑、活性填料等進(jìn)行常溫拌和，然后再將混合料運(yùn)送到施工現(xiàn)場攤鋪、碾壓，實(shí)現(xiàn)對舊瀝青路面的再生利用。路面基層就地冷再生技術(shù)，在公路大修工程中，將路面銑刨材料回收，對路面基層材料進(jìn)行取樣分析后，按照配合比設(shè)計要求，添加適當(dāng)新料，然后再采用專門的路面基層就地冷再生設(shè)備進(jìn)行施工，可以實(shí)現(xiàn)對舊料100%再利用。

4 推行綠色公路材料的相關(guān)支持

綠色新材料是各行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要基礎(chǔ)，綠色新材料的研發(fā)不僅是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提升效率、降低排放的基礎(chǔ)，還是解決資源能源短缺的重要手段。對于推行以綠色理念為導(dǎo)向的公路材料利用，需要從技術(shù)、政策、科研等方面提供相應(yīng)支持。

綠色公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和評估體系已基本建立，形成設(shè)計—施工—養(yǎng)護(hù)全周期，以及結(jié)構(gòu)—工藝—裝備全要素的節(jié)能綠色核心技術(shù)框架，公路綠色材料的應(yīng)用，還需要形成配套的技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)體系。

綠色公路材料的推廣需要良好的政策支持和制度保障，從設(shè)計建設(shè)、運(yùn)營管理、資金保障和績效考核等方面建立和完善綠色公路建設(shè)制度體系。將綠色公路理念落實(shí)到具體項目中，推進(jìn)綠色公路材料研發(fā)。

綠色公路材料的研發(fā)，需要構(gòu)建產(chǎn)-學(xué)-研協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，推進(jìn)綠色新材料產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展，鼓勵企業(yè)加強(qiáng)相關(guān)材料的研發(fā)，推進(jìn)新材料新技術(shù)的應(yīng)用落地。實(shí)現(xiàn)科研成果轉(zhuǎn)化的良性循環(huán)。

5 展望

綠色公路建設(shè)面臨諸多問題和挑戰(zhàn)，作為一項系統(tǒng)性工程，涉及范圍廣，持續(xù)周期長，因此，在建設(shè)過程中需要根據(jù)現(xiàn)實(shí)條件和技術(shù)水平選擇適宜的綠色公路材料。采用廢舊材料再利用、舊路面利用等基于綠色理念的材料和技術(shù)，是推進(jìn)綠色公路實(shí)施的一個重要環(huán)節(jié)和方法?；诰G色理念的道路材料應(yīng)用和發(fā)展是綠色公路建設(shè)的重要內(nèi)容，通過打造更多的綠色公路項目，可以促進(jìn)綠色公路材料的研發(fā)和應(yīng)用，推動公路建設(shè)健康可持續(xù)發(fā)展和“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。