循环经济原则在上海道路施工环保技术中的应用

摘要：道路施工行业的环境保护，从最初的主要为了防护施工人员职业健康安全而需要的环境污染控制，到如今以可持续发展为目的的绿色施工，越来越强调自然环境和资源保护、节能减排。循环经济“3R”原则作为绿色施工主要的基本原则之一，以资源循环利用为根本的经济发展模式，提高资源、能源的利用率，减少产生的废弃物。本文结合上海的案例介绍以循环经济3R原则——减量化、再使用、循环再生利用为基础的环保技术，在施工过程中的应用，给今后道路施工中的环保施工措施做参考。关键词：循环经济；绿色；道路施工；环保；应用0引言道路施工行业作为国家的基础行业，资源使用、能源消耗很大，对环境也造成一定污染。文明施工是道路施工行业最先施行的环境保护举措。2019年上海市对文明施工条例进行了修改，不仅市内施工，所有施工项目都要做到文明施工要求，但文明施工只是减少了噪声、扬尘等的施工污染，而绿色施工概念就要求从源头进行环境保护，保护环境也是保护我们的生态，可持续发展是根本目的。为了解决发展与环保的矛盾，达到可持续发展的目的，绿色施工是未来施工的必然趋势。绿色施工是清洁生产原则和循环经济“3R”原则在建筑施工过程中的具体应用，清洁生产是先进的环保理念，从源头控制污染，体现企业的自觉性，而循环经济3R原则，包括Reduce，Reuse，Recycle，从施工材料、能源的减量化，再使用，循环再生利用方面考虑，在施工过程中，可以通过一定的物理以及环保技术，控制施工过程中污染物对环境的影响。循环经济原则更易在道路施工领域应用。1

减量化原则减量化原则要求施工项目应当用较少的自然资源、原材料和能源投入来达到完成施工的目的。即从源头上注意节约资源和减少污染，降低有限自然资源使用，杜绝资源的浪费。1.1

拌站油改气技术在沥青混凝土生产过程中，骨料烘干、与沥青的拌和会消耗大量能源，并且燃油系统产生的烟气含有氮、硫氧化物等有害物质，会造成大气污染。上海市政府已发布上海市燃煤（重油）锅炉清洁能源替代工作方案，对于高耗能高污染工业采取相应整改措施。为解决重油直接燃烧产生的高污染，液化天然气（LNG）作为一种环保节能的新型能源被关注。LNG属于清洁能源，其硫含量较低，其燃烧产生的烟气较干净。沥青拌站可建设LNG气化站，对沥青拌和设备骨料加热技术进行改造，用天然气作为加热燃料。将燃烧器改为天然气燃烧，对燃烧器的控制系统进行更改，与原有控制系统连接，增加自动控制系统，并增加调压装置、燃气供气管道及计量装置和消防装置，见图1。液化天然气通过LNG储罐车运送，进入储气罐，通过增压器增压自流进入空温式气化器，变成气体，在冬季空温式气化器出口温度低于-5℃时开启电加热进行气化。改造后的拌站，天然气热利用率较高，能达到90%，SO2、NOX排放浓度降低，烟尘、粉尘减少。设备操作简单，但LNG储气罐、供气管道占地面积大，对于面积较小企业有一定的困难。1.2

温拌沥青技术热拌沥青以往是生产沥青混合料的主要方式，但是高温加热沥青会加速沥青老化，而且拌和中产生的烟气也会对环境以及人体产生不良影响。因此，与热拌沥青相反的温拌沥青技术被国内外广泛应用。欧洲是最早研究使用温拌沥青的，由于其绿色、节能、环保的特性，日本、美国也相继开始使用温拌沥青。温拌沥青混合料就是使用特定的技术或添加剂，降低沥青黏度，比热拌工艺温度降低30~60℃左右进行沥青混合料拌和、摊铺和碾压。目前主要的温拌技术方法有沥青矿物法（Aspha-Min）、温拌泡沫技术法（WAM-Foam）、基于表面活性剂的温拌技术（Evotherm），由于Evotherm温拌技术可在较低温地区进行沥青摊铺，已在上海市多个工程中得到应用。上海首座桥梁与隧道结合的工程，长江隧道的沥青铺装下面层即采用温拌SMA-10沥青混合料，温拌SMA-10沥青混合料细集料采用石灰石，粗集料采用玄武岩，矿粉为磨细石灰石，沥青采用SBS改性沥青，油石比为6.3%。崇明岛是世界最大的河口冲积沙岛，森林覆盖率高，空气环境好，被联合国评价为世界级生态岛，岛上的施工对环保要求很高，不仅对空气、水、噪声污染控制，对施工材料也选择环保材料。为了2021年的中国第十届花博，提升周围交通配套设施建设，2019年崇明主干道建设公路改扩建工程（北沿公路-规划北沿公路）段1标施工，该工程南起北沿公路北侧，北至规划北沿公路（K7+890～K8+507.1），全长617.1m，是规划建设公路（团城公路～规划北沿公路）的先期实施段，工程红线宽度30m，双向4车道规模。机动车道使用温拌沥青摊铺，下面层为8cm温拌AC-25C，上面层为4cm温拌橡胶沥青SMA-13。温拌沥青混合料拌和采用专用配套设备添加温拌添加剂，先使温拌剂与沥青充分作用,然后加入矿粉拌和。温拌沥青混合料施工温度如表1所示，集料加热温度比热拌温度低30%，所需的热能更少，温度较低，能减轻沥青混合料的老化，降低有毒气体的排放，延长混合料的使用寿命，并达到节能减排作用。温拌技术可以与各类沥青结合使用，包括SBS改性沥青、SMA、橡胶沥青、超薄面罩、排水沥青等各种结构和材料的沥青路面。2

再使用原则再使用原则是要求施工过程中使用的材料，应当有一个相对较长的使用期限，而不是太过频繁的更新换代，即所谓“造了就拆，拆了再造”。2.1沥青再生技术沥青作为道路摊铺混合料的原材料之一，是一种不可再生资源，被大量的消耗。沥青混合料主要由沥青结合料和集料组成，沥青路面的长期使用过程中沥青和集料的性能会衰减，会使沥青本身的黏结力降低，破坏沥青与矿料间的黏聚力，致使路面结构强度逐渐下降，导致沥青路面的老化，但并不是所有沥青混合料的性能都发生了衰减，有一部分沥青混合料的性能还是可以维持沥青路面的施工质量，因此这部分废料可以被回收重复利用。国外的沥青回收技术已经相当成熟，德国是最早将再生料应用于高速公路路面养护的国家，美国废旧混合料的再生利用率可达到80%，日本路面废料再生利用率也已达到70%。我国旧沥青路面再生方法主要有厂拌热再生、厂拌冷再生、现场热再生和现场冷再生4种方法，应用较多的是厂拌热再生。位于金山区的G15公路松浦二桥以南大修工程二标段，使用了厂拌热再生沥青。工程主要施工内容道路维修整治和预留车道实施拓宽两部分，主线桩号范围K1322+000～K1331+873（S4立交结束），长度9.87km，含亭林立交、朱行立交和山阳立交。主线路面结构：4cmSMA-13（重载沥青）+6cmAC-20C（抗车辙剂）+8cmAC-25C（厂拌热再生）+40cm水泥稳定碎石（水泥含量4.5%）。AC-25C热再生沥青主要用于路面下面层，AC-25C热再生沥青新添加沥青采用70号A级道路沥青，回收沥青路面旧料（RAP）来源于G1501高速（南环段），旧料掺量为25%，新加沥青用量为3%，普通沥青混合料添加沥青量5%，可节约40%沥青使用量。为了提高再生料的加入比例，沥青拌站可设计使用再生料破碎系统。再生料破碎系统，可以将回收后的沥青铣刨料充分破碎筛分后，获得满足沥青砼生产要求规格的石料。拌站使用这套设备，可以将沥青再生料生产中的再生料加入比例提高至30%，与全部使用原石料的沥青砼相比，每吨沥青砼生产可节约2kg左右的沥青油。2.2

再生与温拌结合废弃沥青可与温拌技术相结合使用，在传统再生基础上引入温拌工艺，生成温拌再生沥青混合料，两者合一弥补了单纯温拌技术在高温稳定性这方面的缺失,其优势为一方面温拌减轻了沥青老化，同时也避免了旧料沥青的二次老化，同时，温拌剂中含有抗剥落的成分存在，加强了沥青与集料黏结力，提高了混合料的抗热老化性及抗水损害能力。与传统的热再生沥青混合料相比，温再生能大幅度减少旧料的二次老化。热再生料的旧料加热温度一般为110℃左右，而温再生可以将旧料温度控制在90℃以内，加热温度可降低20℃。3

再循环原则再循环原则是将其他材料，在完成其使用功能而被废弃后，被废弃的材料还能够被重新利用，而不是变成垃圾。3.1

橡胶改性沥青施工技术废旧轮胎，主要材料是橡胶，橡胶有高强度、稳定和耐老化的特性，因此，废弃后的橡胶长时期不能自然降解，一般采用堆放、填埋和焚烧的方法处理，形成黑色污染，对环境污染较重，但是天然橡胶又是极其稀缺的。从橡胶稳定、耐磨的特性，可以研制成一种新型环保材料——橡胶改性沥青，适用于道路施工中。上海首次在高等级公路中大规模使用复合橡胶改性沥青的项目是崇明至启东长江公路通道（上海段）工程A5，选用复合橡胶改性沥青SMA-13作为路面结构上面层，加入SBS粒子，进行溶胀并高速剪切，结合SBS改性沥青高温特性与橡胶沥青低温蠕变性能，使道路结构更稳定，更耐磨。橡胶粒的加入量为5%~10%。十年后，崇明岛由于花博会的举行，对区域内的道路进行新建及改造，再次使用了橡胶改性沥青。建设公路（北沿公路-团城公路）改建工程施工2标（团城公路-北沿公路）段位于崇明岛中部地区，线路呈南北走向，南起团城公路，北至北沿公路，全长约7.454km，车行道结构为15cm级配碎石+36cm水泥稳定碎石+8cm粗粒式沥青混凝土（WAC-25C）+4cm沥青玛蹄脂碎石混合料（WSMA-13面层，橡胶沥青改性）。橡胶改性沥青被用于路面上面层。橡胶改性沥青采用湿法工艺，将废旧轮胎制成的胶粉，作为改性剂以一定的比例添加到基质沥青中，经高温、添加剂和剪切混合等一系列作用制成的新型的优质复合材料。其兼顾了橡胶和沥青的黏性，韧性，弹性，从而提高了橡胶沥青的路用性能。从表2、表3得出，橡胶改性沥青比一般改性沥青的弹性及恢复性都更好，复合改性沥青由于加入SBS粒子，其弹性及恢复性最好，都能满足路面施工质量。但是崇启项目SBS复合橡胶改性沥青所加入的橡胶比例小，综合来看，普通橡胶改性沥青，废旧轮胎利用率更高。施工中发现，橡胶改性沥青路面比普通沥青路面降低路面噪音3~5分贝。按照橡胶粉的加入量15%~20%的比例，使用橡胶粉约117吨，每吨橡胶粉消耗240条轮胎，本工程大约消耗2.8万条轮胎。3.2

废料再利用（1）废弃煤渣利用利用煤渣（炉渣）作隔离层，处理高含水量土基及代砂石料作筑路材料，如用于沟槽覆土、高填土。煤渣是煤燃烧后的残渣，作为工业废料，主要来源是热电厂燃烧后废弃物，有孔隙大，吸水性高，排水缓慢等特点。上海地势低、地下水位高，气候潮湿且雨天又多，在修筑土基时土中水分较多，超过最佳含水量，需要时间干燥并夯实，如压实不充足，将导致以后土基的显著沉降，煤渣由于其颗粒空隙大、吸水性强特点，是一种很好的处理高含水量的材料，当用煤渣层与土层间隔填充时，煤渣层可以逐渐吸收土中多余的水份，使土基稳定又可以增加在施工压实时土基的承受能力。（2）工业废料利用道路施工水稳层即水泥稳定碎石层，其主要成分为石灰石，石灰类工业废料中含氢氧化钙或氧化钙的成分，成分相似，可以用石灰类工业废料代替无机结合料（水泥、石灰）做水稳摊铺。石灰类工业废料主要种类为电石渣和漂白粉渣。电石渣，是电石（碳化钙）加水制取乙炔气（电石气）时的残渣，其主要成分是氢氧化钙，属于危险废物，一般防渗填埋处理，对环境影响较大。2019年我国电石产量为2587.9万吨，按照每吨电石水解产生1.2吨电石渣，电石渣年排放量超过3000万吨。漂白粉渣，漂白粉是石灰通氯气制成，漂白时产