低碳环保措施在道路设计中的应用探讨

低碳环保措施在道路设计中的应用探讨

杨礼军

中冶南方工程技术有限公司深圳分公司

摘要：随着环境问题的日益严峻，低碳环保正在各行各业成为不可忽视的基本原则之一，道路建设作为国家的硬件建设不可或缺的要接受并融合低碳环保理念，本文从道路设计角度进行分析，阐述低碳环保措施在道路建设中的应用。

关键词：低碳环保；道路建设；道路设计

1道路设计中可以采用的低碳措施

1.1面层

1.1.1温拌沥青混合料技术

所谓温拌沥青混合料（WarmMixAsphalt，简称WMA），就是通过一定的技术措施，使沥青能在相对较低的温度下进行拌和及施工，同时保持其使用性能不低于热拌沥青混合料。温拌技术关键是在不损伤热拌沥青混合料路用性能的前提下如何降低沥青在较低温度下的拌和黏度。目前，国际主流温拌技术主要通过外加材料降低沥青混合料的高温黏度。同时，先进的温拌技术完全可以使温拌沥青混合料的性能达到热拌沥青混合料的水平，由于具有较低的拌和及压实温度，温拌沥青混合料与热拌沥青混合料相比还有许多优点：

1）降低拌和成本。由于拌和温度下降了10～60℃，石料加热温度、沥青保温温度下降；燃油成本下降20%～50%；拌和和裹覆难度下降，拌和能耗和机械损耗也相应下降。

2）降低了沥青混合料生产能耗，减轻老化、改善路用性能。温拌沥青混合料的拌和温度介于热沥青混合料和冷沥青混合料之间，拌和温度一般保持在100～120℃，摊铺和压实路面的温度为80～90℃，相对于热拌沥青混合料，温度降低了30℃左右，相当于生产1t混合料将节省1～1.5kg燃油，即可节约30%的能源消耗。研究显示，当温度高于100℃时，沥青温度每提高10℃，其老化速率将提高1倍，而温拌沥青混合料工作温度的降低，显著降低了沥青混合料的老化现象，从而可以增加路面的使用寿命。

3）减少有害气体以及粉尘的排放量，降低环境污染，改善工作环境。单位混合料成品的燃油消耗减少，本身就会显著降低拌和过程中的有害气体和温室气体的排放。由于拌和温度的下降，沥青混合料从拌和到现场压实的整个过程中产生沥青烟雾粉尘污染均会明显减少，在摊铺过程中基本可以实现无烟尘作业。采用温拌沥青技术，路面在施工时可节省加热燃油20%～30%，二氧化碳排放减少46%，一氧化碳减少约2/3，二氧化硫减少40%，氧化氮类气体减少近60%（见图1），而摊铺时产生的有毒的“沥青烟”可减少达80%。

4）延长施工季节，增加沥青路面施工的灵活性、便利性。由于料温与环境温度的差异缩小，温拌沥青混合料在储运过程中降温速率下降，允许储存时间和运输时间均显著延长。温拌沥青混合料卸车时料车底部因低温产生粘结和混合料粘料车等现象也显著减少。

1.1.2沥青路面再生技术

目前我国的公路建设飞速发展，每年投资规模已经超过2000亿元。在1990年以后陆续建成的高速公路已进入大、中修期，大量的翻挖、铣刨沥青混合料被废弃，不仅浪费了资源，也会对环境造成严重的污染。

按照沥青路面的设计寿命（15～20年），从现在起每年有12%的沥青路面需要翻修，旧沥青废弃量将达到每年220万t之巨，如能加以利用，每年可节省材料费3.5亿人民币，而这个数字是以每年15%的速度增长的。旧沥青路面的再生利用，就是将旧沥青路面经过路面再生专用设备的翻挖、回收、加热、破碎、筛分后，与再生剂、新沥青、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[1]。

沥青路面再生技术按温度要求可分为冷再生和热再生，热再生又可分为就地热再生、厂拌热再生，冷再生又可分为厂拌冷再生、就地冷再生、全深式再生。

1.2基层

1.2.1建筑垃圾转化处理为道路基层材料

城市道路建设需要使用大量的道路基层材料（无机结合料），以北京市为例，每年的道路基层材料用量至少5000万t。基层材料中作为骨料的碎石是一种不可再生资源，在开采、运输过程中也会对自然环境造成破坏并产生大量的碳排放。另一方面城市公用与民用建筑的更新、改造、新建和市政设施的重建、扩建、新建过程均会产生大量的建筑垃圾，堆放、消纳这些建筑垃圾也需要大量的土地资源。

利用建筑垃圾制成粗细骨料和土，代替天然骨料作为道路基层材料，可节省天然的矿物资源，减轻固体废物对环境的污染，真正做到材料的循环利用。这对解决砂石资源的短缺、降低成本、缓解运输压力、打击非法采砂、保护土地和环境、减少空气污染、发展循环经济、生产绿色建材、搞好新农村建设都有积极的作用和显著的效果，对建设节约型社会有重要的意义。此外，还能彻底解决建筑垃圾的处理问题，节约用地，有效地保护了周围的土壤、水质环境和空气质量。建筑垃圾转化处理为道路基层材料（无机结合料）的生产工艺自动化程度高，适合大规模生产和运输。这一技术为我国大城市和超大城市建筑垃圾高效快速的大规模资源化利用提供了可能性，使我国的建筑垃圾大规模再生利用率从预计的最高30%～40%，提高到95%以上。同时也丰富了建筑垃圾资源化利用的产品种类，使建筑垃圾再生材料的应用形成了完整的产品体系。

1.2.2柔性基层（聚合物稳定碎石）

石灰粉煤灰稳定碎石、水泥稳定碎石等半刚性基层材料在我国的道路建设中被广泛采用。随着车辆超载现象的日益严重，对路面结构的整体强度要求越来越高，受半刚性材料自身特点的制约，基层的厚度也在不断加大。道路建设对石灰、粉煤灰、碎石、沥青等传统筑路材料的需求也在不断增加，从而使在生产、运输环节产生的碳排放也大量增加。基层厚度的增加导致半刚性路面的开裂问题难于解决，使得重载交通道路半刚性路面目前实际使用已经很少，全厚式沥青路面与柔性基层沥青路面（厚沥青层+粒料底基层）这2种结构成为各国长寿命沥青路面和高等级道路的主要结构形式。长寿命沥青路面和高等级道路的沥青层非常厚，沥青又属稀缺资源，直接带来的是成本的上升和碳排放的增加。

有鉴于此，专家们针对沥青材料的特性，研制出了性价比更好的非石油衍生品的路面基层材料（有机聚合物Soilfix），来代替沥青混合料的中面层和下面层，并通过提高胶结料黏结强度（加州承载比CBR）和抗疲劳性，解决了以前拉应变使薄沥青层+厚粒料基层结构出现龟裂、车辙等问题，使得薄沥青层（磨耗层）+聚合物稳定基层结构达到类似全厚式沥青结构的效果。

2工程设计实例

2.1XX路工程概况

XX路全长2.527km。道路等级为城市次干路，规划红线宽40m，设计速度40km/h。道路横断面采用2幅路形式，路基全宽24.1～29m。

路面结构采用沥青混凝土面层加半刚性基层，具体见图2。

2.2路面结构设计

传统工艺对沥青面层的摊铺温度有较高要求，造成沥青混凝土在生产过程中会消耗大量的能源并产生大量的温室气体。此次设计通过采用温拌技术，降低了沥青混凝土在生产、运输和摊铺时的温度，从而降低对能源的消耗，最终达到减少温室气体排放的目的。同时在沥青混凝土中加入由废旧轮胎破碎后得到的橡胶粉，达到沥青路面降噪声、抗车辙的目的。此次低碳设计采用破碎的建筑垃圾来代替部分碎石，作为二灰稳定碎石中的骨料，从而减少对碎石的消耗。低碳设计结构见表1。

2.3其他措施

大东流一号路路口渠划段外侧加宽车道路面结构采用聚合物柔性基层，具体为见表2。

2.4减排效果（见表3）

3结语

我国每年都有大量的道路工程开工建设，由道路建设而产生的碳排放量也相当巨大，在道路设计过程中就引入低碳、环保的理念不仅可以有效降低道路工程建设中的碳排放，也符合国家发展低碳经济的号召。

参考文献：

[1]交通部公路科学研究院.JTGF41-2008公路沥青路面再生技术规范[S].北京：人民交通出版社，2008.