道路工程建设中可再生资源的应用

1．前言

由于自然资源的日益枯竭和环境污染的日益严重，以高开采、低利用、高排放为特征的传统的粗放型经济,是以牺牲环境为代价的经济增长方式, 西方社会已经目睹了二战后经济发展带来的生态危机。目前中国处于经济发展的转型时期，经济社会的持续发展，使环境面临很大的压力，保护环境、充分有效的利用有限的资源已成为各行各业面临的重要课题。

美日等发达国家经历了经济高速发展带来的环境和生态破坏的困扰，现在对自然环境的保护和再生资源的利用非常重视，颁布了相关的法律法规限制废弃物的排放﹑促进再生资源的有效利用，已经取得重大效果。当前，日本全国每年共发生产业废物4.05亿吨，其中的13%（0.53亿吨）被直接再生利用， 8%（0.33亿吨）完全没有再利用价值，被填埋到最终的垃圾填埋场。而发生的废物的绝大部分3.18亿吨（占79%）处于可被直接再生利用和被直接掩埋的废物种类之间，经过减量化处理后，有0.97亿吨（占总量的24%）可以被再生利用，0.34亿吨（占总量的9%）被填埋到垃圾填埋场。合计而言，日本全国发生的产业废物有37%被再生利用，只有17%作为毫无价值的垃圾填埋到垃圾处理厂。美国每年废物总发生量约为41亿吨，相当于每个国民每年产生废物14吨。废物总量中有41%是与采矿有关的矿物性废弃物，4%为家庭垃圾，48%为农业垃圾，7%为其他产业废弃物。图-1为美国几种废物的再生利用率，其中土木工程的重要材料-沥青的再生利用率最大，达到80%以上。美国高速公路和一般道路中有92%为沥青路面，再生沥青混凝土（RAP）被广泛应用于新建路面﹑路基﹑路肩以及高填土路堤中。我国每年发生的废物数量难以精确统计，单从固体废物而言，1996年，我国的固体废物发生量6.59亿吨，综合利用2.84亿吨，储存量2.64亿吨，排放量0.17亿吨，分别占发生量的43%、40%和2.6%，固体废物的综合利用率达到43%，但储存和排放的比例也高达43%。1996年固体废物总储存量高达64.93亿吨，与1993年相比，固体废物的年排出量增加6.3%，全国固体废物

储存量增加9.7%。由此可见，虽然我国在固体废物再生利用方面取得了一定的成绩，但技术含量低，再生利用相对困难以及有害的废物基本上没有得到再生利用，被大量的堆积起来或排放到河流中，占用了大量的土地，造成了巨大的环境破坏。因此采用新技术，开拓废物再生利用途径，提倡废物的有效再生利用，减少对自然资源的过度开采和利用，对于保护环境﹑促进循环经济的发展和走可持续发展道路，具有重大的社会和经济效益。

道路工程技术在过去的一百多年里取得了飞速的发展，大量道路工程设施的建设提高了人类的生活质量，但也带来了许多重大的社会问题。道路工程设施的大量建设消耗了大量宝贵的自然资源，不仅破坏了自然环境，而且加重了生活环境的污染。在道路工程设施的翻修改建中产生大量的废旧道路工程材料，过去这些废旧材料通常采用填埋等措施进行处理，不仅占用了有限的土地资源，而且对生活环境产生污染，同时造成了资源的浪费。同时，正因为道路工程是庞大的土木工程，需要大量的土木工程材料，道路工程建设为大量废物的再生利用提供了重要的场所。因此，废旧道路工程材料的再生利用和在道路工程建设中使用再生材料具有重要的社会和经济效益。下面参考国外经验，结合作者的研究和应用成果，介绍道路工程建设中几种废物的再生利用技术。

2.道路工程建设中废物再生利用技术

（1）废旧沥青混凝土再生利用技术

废旧沥青混凝土产生于旧沥青路面的维修、翻修或道路改建过程中，它含有3-4%的旧沥青和高质量的粗、细骨料。废旧沥青混凝土所含沥青大多是碳氢化合物，其化学性能短时间难于降解，如果废料处理不当，极容易引起周边环境恶化和土质的改变。沥青路面的再生利用，是将旧沥青混凝土路面经过翻挖、回收、破碎和筛分后，与再生剂、新沥青材料或新结合料、新集料等按一定比例重新拌和成混合料，满足一定的路用性能并重新铺

筑于路面的一整套工艺。旧沥青混合料再生方式主要分4大类：即厂拌热再生、厂拌冷再生、现场热再生和现场冷再生。而根据施工的技术要求和我国的现有状况考虑，比较适合推广的就是厂拌热再生技术，其优点是：可以减轻路面对高温的敏感性，利于减少路面车辙和变形；回收潜力大，对材料的再利用率较高；与传统的施工方法接近，易于推广。厂拌热再生技术是先将旧沥青混凝土路面铣刨后运回工厂，通过破碎、筛分，并根据旧料中沥青含量、沥青老化程度、碎石级配等指标，掺入一定数量的新集料、沥青和再生剂进行拌和，使混合料达到规定的指标，按照铺筑新路面的方法进行铺筑。国内外的经验证明，此方法可以用于各种条件下的旧沥青路面的再生利用。目前，这种再生方法正在推广中，在北京市西二环和海淀区羊坊店路试行铺筑了再生沥青混凝土路面，收到了不错的效果。在广佛高速公路大修工程中旧沥青混凝土再生技术也得到了实际应用，照片-1和照片-2为广佛高速公路大修工程中生产再生沥青混凝土的再生沥青混凝土骨料和拌和设备。

（2）废旧水泥混凝土再生利用

废旧水泥混凝土是一种土木和建筑业废物，它产生于水泥混凝土道路路面的维修改造﹑混凝土桥梁的翻修﹑城市建筑物的改建以及其它水泥混凝土设施的维修和翻建过程中。废旧水泥混凝土主要含有优质的粗、细砂石骨料和硬化的水泥水化物，它并非是完全的废物，是具有极大再生利用价值的材料。废旧水泥混凝土再生利用视废物的发生源和品质不同而选择不同的方法，通常采用的再生利用方法有：利用予填骨料技术（Pre-packed concrete）或后填骨料技术（Post-packed concrete）生产大型混凝土构件、利用再生骨料生产再生混凝土、生产再生路基材料等，下面分别予以简单介绍。

利用予填骨料技术（Pre-packed concrete）或后填骨料技术（Post-packed concrete）生产大型混凝土构件是先把废旧混凝土块简单破碎成20-150mm（视使用目的不同而变化）的块状材料，利用予填骨料技术（先填好骨料再注入砂浆）或后填骨料技术（先注入

砂浆再填入骨料）生产混凝土构件。该种技术可生产混凝土挡土墙﹑建筑物基础﹑重力式混凝土坝﹑混凝土缘石﹑混凝土隔离墩﹑混凝土路面板等，特别适合于废旧混凝土就地再生利用的情况，例如混凝土路面板的就地再生利用等。

利用再生骨料生产再生混凝土是对品质较好的废旧混凝土，使用合适的破碎机和筛分机，对废旧水泥混凝土进行破碎和筛分处理，生产出符合不同要求的再生混凝土骨料，并用之生产满足要求的再生混凝土。再生混凝土的性能受多种因素的影响，必须进行必要的实验研究确定合适的配合比，并确定混凝土的性能满足要求才能在工程中使用。

利用废旧混凝土生产再生路基材料是对于品质较差的废旧混凝土或生产再生骨料后剩余的废物，应用破碎机简单破碎成粒状材料，这些材料可以作为半刚性基层材料（石灰或水泥稳定）、粒料路基材料或建筑物基础回填料得到再生利用。该处方法技术简单﹑简便易行，很多施工企业拥有完成这些工作的场地条件和设备，可以进行这样的废物处理。

上述三种方法综合使用，可以使废旧混凝土得到100%的再生利用。

（3）水泥混凝土厂发生废物的再生利用

现在我国大中城市的建筑施工中，商品混凝土的使用率已基本达到100%。商品混凝土是在水泥混凝土拌和厂生产的，在生产和运营过程中每天发生大量的废物，包括废水﹑废混凝土﹑淤泥﹑废骨料等等。根据调查资料，一个中型混凝土拌和厂每年产生上述废物2000m3左右。部分拌和厂经过技术改进，对部分废水进行了重复利用，但其他废物无法再利用，一般是运到野外或其它固定场所排放掉。现在，利用水泥混凝土厂发生废物生产再生道路基层材料和路基稳定材料的技术使这些废物得到了有效利用。

第一种方法相对简单，即将一定数量混凝土淤泥倒入刚从工地回来的滚筒式搅拌车里，由于搅拌车里有从建筑工地回收的混凝土，混凝土淤泥和回收的混凝土通过滚筒的转动而混合，经过充分混合后，将混合物运到贮藏地排出。硬化后的混合物通过合适的设备破碎后成为完全满足铺筑道路基层要求的再生基层材料。该再生基层材料具有较高的耐水性、耐冻胀性和抗冻融性，可以用于任何地区。

另一种方法相对复杂一些，但再利用的社会和环保效益更高。众所周知，水泥主要含钙和硅元素，所以产自于混凝土的淤泥也自然以这两种元素为主。淤泥中含有大量的氢氧化钙，而熟石灰的主要成分也是氢氧化钙，因此可以考虑将淤泥用来稳定软土路基。研究结果表明，用淤泥粉末来稳定湿软的路基，能大大改变混合土的含水量状态，降低土体的自身重量，可以取得良好的效果。此外，淤泥粉本身具有在养护中发生固化反应的特点，从而提高了承载力。而且相对于石灰，淤泥粉末的化学性质更加稳定，对周围环境的影响也更小，更加环保。

（4）废旧橡胶的再生利用

随着人民生活水平的提高，越来越多的汽车逐渐走进寻常百姓家，随之而产生的汽车废料也相应大量增加，其中之一是橡胶类废物，例如废旧轮胎和车门橡胶密封条等，这两种橡胶类废物在道路工程中都可以得到有效再生利用。

废旧轮胎破碎后掺入到沥青中生产改性沥青，可以使沥青高温和低温稳定性得到极大改善，使沥青路面具有更大的弹性和更大的缓解车辆荷载冲击的作用，乘车人更加舒适，道路具有更好的耐久性。照片-3是生产废旧橡胶（轮胎）改性沥青的设备。

橡胶密封条经过切碎等工艺处理后成为2-3mm大小的颗粒状物质（以下简称废橡

胶），它具有较小的强度和良好的弹性。针对它具有的这一特点，我们发现这种废橡胶可以作为弹性沥青混凝土路面材料。实验结果表明，混有废橡胶的沥青混凝土的沥青用量减小，弹性增加，耐水性、抗飞散剥离和抗滑等性能均得到改善。而且，废橡胶质量混入率达到10%左右时，沥青混凝土具有明显的防路面冻结性能，并预计在实际工程中，混入2～3%左右的废橡胶也可显著提高沥青混凝土的弹性和防路面冻结性能。

上述再生利用技术不仅再生利用了汽车产业产生的废物，而且使道路路面性能得到改善，真正做到了“变废为宝”。

（5）废旧发泡塑料的再生利用

发泡塑料被应用在很多的领域，例如食品包装盒、快餐盒以及其它各类包装盒，这些包装盒基本上为一次性产品不能重复利用，被随意抛弃而发生环境污染的现象普遍存在。这些废物的处理比较困难，有些地方简单的付之一炬，有些地方作为燃料用于热力发电，但利用效果较差。现在这些废物经过处理后也可在道路工程中得到有效利用。

将废旧发泡塑料减容化处理，将其融化后制成硬度较高的板状废塑料。废塑料板破碎后制成具有一定粒度的骨料，称为EPS骨料。EPS骨料密度小﹑强度较高，其最大特点是导热系数非常小，远小于石料或土质。将EPS骨料掺入路基或道路基层，可以起到隔温层的作用，降低道路冻结深度，减少道路冻胀破坏。照片-4为生产的EPS骨料，使用该EPS骨料修筑的道路防冻胀实验路取得了良好的效果。我国的青藏公路曾经研究在道路基层使用泡沫塑料板做隔温层以保护冰冻的路基不受损坏，可想而知造价是非常昂贵的。如果采用本技术，即可以为废物的再生利用提供途径，又可以取得更好的技术效果，还可以降低工程造价。

3．经济和技术效益

废旧道路工程材料的再生利用和废物在道路工程建设中的有效再生利用可以对发生的废物进行再生利用，减少环境污染，同时可以减少对自然资源的依赖和过度使用，有利于保护自然环境，因而有“事半功倍”的效果。如果再生利用方法得当，还可以改善道路工程材料的性能，提高道路工程设施的使用性能和耐久性。所以，其社会效益是显而易见的。

废物再生利用的经济效益受多方面因素的影响。国外发达国家重视环境保护和再生资源的利用，严格控制废物的排出。废物排放企业要支付大量费用请废物处理厂家对废物进行回收和处理，这已成为厂家的重大经济负担。采用新技术对废物进行再生利用时，一般情况下排出企业无偿或支付少量费用把废物提供给再生材料生产厂家，再生材料生产厂家生产再生材料后出售给应用企业，取得经济效益。再生材料应用企业使用再生材料的费用一般也低于天然材料，从而可以降低建设成本并取得一定的经济效益。因此，废物排放企业、再生材料生产企业和再生材料使用企业均可以从废物再生利用事业中取得实际的经济收入。上述分析的前提是，国家要制定相关的法规和政策鼓励再生材料的应用，相关部门也要制定关于再生材料生产和应用的技术规范和标准，社会上废物的排放、收集、处理、再资源化和应用要形成合理的运作机制。具备了上述三个基础条件，废物的再生利用事业将具有重大的经济效益。

国内外的废物再生利用实践也表明，废物再生利用效益巨大。下面对一些废物再生利用的实际经济效益作简单介绍。美国联邦公路管理局的调查表明，旧沥青路面再生利用可以节约材料费53.4%,路面造价降低25%左右,沥青节约50%。据统计，1980年美国使用了约5000万吨旧路面材料，节约投资达3.95亿美元。前苏联列宁格勒市道路桥梁管理局自1980年开始对旧沥青混凝土进行处理，用于修建道路基层和面层。每年生产再生沥青混凝土50000吨，可铺筑80000m2的道路基层或面层，节省沥青3200吨，节省矿物骨

料25000吨。在水泥混凝土路面的翻修改建中使用废旧混凝土再资源化技术可以降低工程材料费20%左右，我国每年发生废旧水泥混凝土路面板约4000多万吨，如果全部得到再生利用，其效益是非常巨大的。日本某水泥混凝土拌和厂1997年购置了混凝土拌和厂废物回收设备并一直坚持按照上述方法对发生的废物进行回收再利用，4年后已完全收回了成本，现在已经创造了较好的经济效益。关于废旧发泡塑料的再生利用，日本某企业（日本建工株式会社）建立了废旧发泡塑料的回收﹑处理﹑再资源化和道路工程应用的再生利用系统，大量收集废旧发泡塑料，生产的再生骨料广泛用于特殊地段的道路施工中，取得了较好的经济效益，其发泡塑料再资源化事业还获得了日本再生资源利用促进协会的奖励。上述几个事例说明，废物的再生利用不仅具有重大的社会效益，还能创造较好的经济效益。

我国经济处于高速发展时期，所带来的环境污染和对自然资源的过度使用已成为我们面临的重大社会问题。我国通过政府制定相关的法律法规﹑有关部门制定相应的技术规范推进废物的有效再生利用，对于保护环境﹑促进循环经济的发展﹑走可持续发展道路具有重大的现实和历史意义。但是我国在这方面的研究还不够深入，怎样在现有研究成果的基础上有组织地、系统地对废物再生利用技术进行全面的研究和实验，使再生利用技术达到规范化和标准化，用以指导全国的废物再生利用，是摆在我们面前的一项重要任务。