基于物质减量化的公路工程

赵 康

(南京林业大学土木工程学院，南京210037)

公路网是国民经济和社会发展的基础性设施和先导性设施，对经济社会的发展意义重大。

到2008年底，全国公路总里程已达368.4万km(含村道168.9万 km)，高速公路达6.03万km。根据规划，到2020年，全国公路总里程将达到300万km以上 (不含村道)，其中高速公路10万km左右［1］。公路工程点多、线长，影响范围广泛，是一项资源消耗多，环境影响大的工程。大规模的公路建设必然会对资源和环境产生较大的压力，因此，公路建设是建设资源节约型、环境友好型社会的重要领域，是实现经济和社会可持续发展的重要组成部分。

物质减量化是工业生态学研究的一个重要领域，其基本思想是以最小的资源投入产出最大量的产品同时产生最小量的废品，即在消耗同样多的、甚至更少的物质的基础上获得更多的产品和服务［2］。物质减量化理论认为:如果人类在世界人口增长迅速的情况下，既想享有高水平的生活，又想把对环境的影响降低到最小限度，那么只有在同样多的、甚至更少的物质基础上获得更多的产品与服务［3］。

尽管物质减量化主要针对的是工业领域，但其所提供的基本思想和理念对公路工程领域也有较大的借鉴意义。

1 物质减量化的基本理论

1.1 物质减量化的概念

物质减量化英文名称为“dematerialization”，这个术语20世纪80年代被提出，意为非物质化、去物质化和物质减量化，是指在生产过程中单位经济产出所消耗的物质材料或产生的废弃物量的绝对(或相对)减少［2］。

物质减量化实际包含了两层意义，一是资源的节约;二是废弃物的减少，废弃物的减少也减轻了对环境的污染。因此，物质减量化有助于实现资源节约和环境友好。

1.2 物质减量化产生的背景

物质减量化产生的主要推动力包括以下几个原因。

(1)材料生产成本的持续上升。随着资源短缺程度越来越严重，基本资源及材料的价格越来越高，而且其加工成本和能耗也越来越多，这些因素均造成材料成本的上升［2］。材料生产成本的上升促进了物质减量化的发展。

(2)来自环境影响的巨大压力。水污染、土地酸化、大气污染、温室效应等不良环境影响使人们越来越意识到环境问题已威胁到人类的健康和发展，而为了生存所必需的经济发展和工业生产几乎在每个环节都产生废弃物，为解决这一矛盾，物质减量化势在必行。

(3)替代材料的产生。替代材料均有成本低、性能好等优点，替代材料的产生推动了物质减量化的进程。

(4)服务业的发展。随着服务业的发展，产品的生命越来越长，消耗的产品量也越来越少，这必然减少了资源损耗和废弃物数量，促进了物质减量化的发展。

以上四个原因推动了物质减量化的发展。我国正处于经济快速发展的阶段，以上四个方面的问题尤为突出。就公路工程领域来说，由于资源的短缺，道路用材料的价格的上涨，公路里程和规模的扩张，也带来了一系列环境问题。但同时，许多替代材料被用于道路工程，减少了对天然资源的消耗;公路养护技术的发展，延长了道路的使用寿命，也相对节约了资源的消耗。在此背景下，公路工程领域实行物质减量化应该是一条值得探索的途径。

1.3 实现物质减量化的主要途径

在工程领域实现物质减量化主要包括以下几个途径。

(1)提高资源利用效率。在相同或者甚至更少的物质基础上获取最大的产品和服务，或者在获取相同的产品和服务功能时，实现物质和能量的投入最小化。在经济运行的输入端最大限度地减少对不可再生资源的开采和利用［4］，这是物质减量化的基本思想之一。

提高资源利用效率，特别是提高不可再生资源的利用效率，是实现物质减量化的最主要手段。

(2)材料替代。尽可能多地开发利用替代性的资源，减少进入生产过程的不可再生资源的物质流和能源流［3］。通过寻找替代材料，可以减少对稀缺资源的消耗，特别是对不可再生资源的消耗，是物质减量化的重要途径之一。

(3)提高产品的耐久性。物质减量化理论认为，提高产品质量有助于加速物质减量化的进程，高质量的产品能够提供高质量的服务。从使用价值上讲，减少了相对的资源消耗量，达到了物质减量化的目的［2］。产品或工程构筑物的使用寿命越长，其所提供的服务时间就越长，也就相对地减少了为生产和维修该产品或构筑物所需要的资源量，间接地达到了物质减量化的目的。

(4)废弃物的产生和利用。废物的产生和利用对物质减量化的影响也很大。从工业生态学的角度出发，从产品生产的原材料开采到最终消费都要考虑产生废弃物的问题，尽量使其最小化，而对于不可避免产生的废弃物则要考虑综合利用。

(5)能量再利用。物质减量化理论认为，能量的损失造成不得不使用越来越多的原料来弥补能源利用效率的不足，所以应将这些损失的能量作为一种可收集的有价值的能源，供给其它生产使用。

能量再利用的概念也可以理解为对能源的节约，能源节约是物质减量化的一个重要方面。

(6)提高信息服务水平。信息资源的畅通使实际生产部门从原材料的准备、生产过程技术的采用、生产过程各环节的协调都可通过网络进行，这至少节约了在整个过程中过去必不可少的运输环节，而运输环节的减少，大大降低了能源资源的消耗。

信息的畅通可以使产品生产者更好地了解原材料的供应情况，为物质减量化提供了信息支持。例如:替代材料的采购、废弃物的回收利用等，在信息畅通的条件下，都可以提高资源利用效率，达到物质减量化的目的。

2 公路工程实现物质减量化的途径

公路工程领域实现物质减量化，可以根据物质减量化的基本原则，从以下几个方面入手。

2.1 提高公路工程的资源利用效率

公路工程最主要的资源消耗是对土地资源的占用和砂石料的开采，这两项资源都是不可再生的，并且对生态环境的影响较大。按物质减量化的理论，应提高利用效率，最大限度地减少占用和开采。

我国人口多、山地多、平地少、人均耕地面积少。因此，交通运输部明确提出:“集约节约利用土地资源，严格落实耕地保护政策，到2020年与2005年相比，公路单位运输周转量用地面积下降25%左右。”这与物质减量化理论关于节约资源，特别是不可再生资源的思想是一致的。

解决公路工程对土地资源的占用和砂石料的消耗，提高资源利用效率，采取以下措施。

(1)可能的情况下，尽量降低路基高度，降低路基高度可以减少路基对土地资源的永久占压，并且减少挖填方数量，减少对砂石料的消耗。

(2)可以利用旱桥和短隧道的场合，应尽量采用，这样可以减少对土地资源的占用，减少挖填方的数量。

(3)鼓励工程建设中采取改地、造地、复垦等措施，节约利用土地资源。

(4)公路改建和扩建应尽量利用原有的旧路基，可以减少对土地资源的新增占压和砂石料的开采。

(5)公路路线和线形设计应尽量避免大的填挖，在符合线形标准的情况下，尽量拟合原地形，减少土石方开挖量。

(6)公路施工中需要临时占用的土地，如施工便道，拌和场，料场，施工营地等，施工完成后均应复耕，包括:整平、覆盖耕作土，恢复植被等，最大限度地保护土地生产力。

(7)合理规划，减少高等级公路服务区占地面积。

(8)公路选线中尽量少占耕地、林地、养殖水面等生产性土地。

减少了土地资源的占用和砂石料的开采，实际上也就减少了植被的破坏，保护了生态环境。

2.2 公路工程中采用替代材料

公路工程中耗用的砂石料可以采用其它物理性质类似的材料替代，如工业固体废弃物或建筑固体废弃物。采用替代材料后，可以减少对天然砂石料的开采，同时减少了水土流失，保护了生态环境。例如:利用电石渣可代替石灰，以电石渣 (灰)稳定土作道路基层，粉煤灰稳定土 (粒料)也可作道路基层，煤矸石可用于路基填料，也可作为道路混凝土中的骨料，橡胶粉改性沥青具有优良的路用性能等［4］。

我国每年产生大量的建筑垃圾，主要成分是废弃混凝土、碎砖块、瓷砖碎片、玻璃碎片等，建筑垃圾经破碎后的再生粒料可作为道路基层和底基层，也可用于沥青混凝土的骨料生产沥青混凝土，可以大量节约天然的砂石料资源。

2.3 提高公路工程质量并采用预防性养护措施

提高公路工程质量，延长公路的使用寿命，就减少了公路养护和维修所需的资源消耗，直接和间接地节省了资源和能源。因此，提高公路施工质量，加强预防性养护是公路工程领域实现物质减量化的关键。

公路工程的质量和寿命取决于路基和路面的施工质量以及日常维护和保养。

路基作为公路的基本载体，其施工质量对于公路质量和耐久性有着重要的影响。路基施工中应特别注意对特殊路基的处理。特殊路基地基处理主要包括:过湿土地基处理、软土地基处理、膨胀土地基处理、湿陷性黄土地基处理、永久性冻土地基处理等［5］。

对于路面材料，使用高性能的路面材料可以起到延长路面寿命，减少资源消耗的目的。例如:高性能道路水泥浇注路面达到强度要求的水泥用量比普通水泥浇注降低15%左右，可以利用少量优质水泥替代大量低质水泥，从而降低水泥对资源的消耗。节约大量的资源和能源［6］。

公路的日常维护和保养对延长道路的使用寿命和节约资源有重要意义，特别是预防性养护措施可以延长道路使用期限，减少养护和维修的资源消耗，起到节约资源的目的。

路面预防性养护的目的是为了防止路面过早出现严重的早期损坏，阻止大中修、重建活动的提前到来，延长路面使用寿命。通过预防性养护可以极大地节约道路养护和维修的资源消耗。

预防性养护涵盖了路面日常养护、小修保养以及根据路面性能及时地实施一些专项养护措施，包括:雾封层、稀浆封层、石屑封层、热沥青混合料薄层罩面、微表处等［7］。为推进公路领域的物质减量化，应大力推广公路预防性养护。

2.4 提高公路工程废弃物的利用水平

公路工程中不可避免地会产生大量废弃物。尤其是养护和大修活动中会产生对环境有污染的废旧路面材料。

对于公路工程产生的废弃物应遵循“减量化、再利用、资源化”的原则，大力开展路面材料、废旧材料等资源的再生、循环和综合利用，实现对资源的少用、用好、循环用。例如:在水泥混凝土路面养护维修中，可将破碎板全部集中回收，作为储备石料，再将其用于硬质路肩、护肩带、挡土墙、安保工程和软基路段基础处理等适合使用回收石料的工程。也可用于路面基层，填方等。

在废旧路面的再生利用方面，沥青路面的再生利用在资源节约和环境保护方面有较好的代表性。沥青路面再生技术包括:就地热再生，就地冷再生，厂拌热再生，厂拌冷再生等。

沥青路面的再生技术，是将旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分后，与再生剂、新沥青材料、新集料等按一定比例重新拌和成混合料，使之能够满足一定的路用性能并用其重新铺筑路面的一套工艺技术［8］。许多发达国家的沥青路面废旧材料的再生利用率已接近100%［9］。它具有节约道路原材料消耗、缓解道路耗用资源的压力、降低工程成本，保护环境等优点。因为旧料的利用大大减少了新材料的开采量，从而大大减少了新材料的用量，保护了资源［10］，实现了物质减量化。

2.5 公路工程中的能源节约

节约能源消耗也是物质减量化的主要内容，一般说，有物质流就有能量流，在工业体系中大部分能量流都是由运输和加工活动所产生的。因此，减少能量消耗的最有效方法之一就是物质减量化战略。

实现了资源的减量化利用就可以大幅度减少公路工程中用于原材料的加工和运输所消耗的能源。

在公路工程中推广低能耗的施工和养护技术，也是减少能耗的主要途径。如:沥青路面的冷再生技术，温伴沥青混合料技术，冷补沥青混合料技术，泡沫沥青混合料技术等［11－13］。这些施工工艺都可以在较低的温度下进行，因而能节能降耗。

2.6 提高公路工程信息服务水平

物质减量化理论认为，对某些用户来说已毫无价值的东西，对另一个用户却可能是有用的，这就是一种再利用的形式，但这涉及到十分复杂的信息交换，传统的报纸广告是无法满足这种要求的，信息化服务将在物质减量化方面发挥巨大作用［14］。

通过在公路工程中发展信息化服务，可以有利于各公路施工单位更好地利用资源和废弃物，提高资源的利用率和节约材料的运输费用，达到物质减量化的目标。

3 结束语

我国的经济正处于高速发展阶段，作为基础设施的公路网建设也在快速推进。我国的资源和环境条件决定了公路网建设必须建立在资源节约和环境保护的基础上，提高资源利用率，最大限度地减少污染。物质减量化理论对实现这一目标有重要的借鉴意义，其所提出的提高资源利用效率、发展替代材料、减少废弃物产生和再利用、提高产品耐久性、降低能耗、发展信息服务等观点，对公路工程建设有较好的借鉴意义。

［1］李立寒，王太鑫，袁 坤.泡沫沥青稳定碎石混合料强度特征的试验研究［J］.建筑材料学报，2009(5):549－553.

［2］李素芹.工业生态学［M］.北京:冶金工业出版社，2007.

［3］袁增伟，毕 军.产业生态学［M］.北京:科学出版社，2010.

［4］杨丙龙.废渣在公路建设中的利用现状与发展［J］.路基工程，2010，152(5):39 －40.

［5］张克林.高速公路路基施工技术发展浅析［J］.交通世界，2008，(11):80－81.

［6］赵联芳.论道路建筑材料的环境协调性［J］.公路交通科技，2003，20(4):93 －95.

［7］王立新.高速公路路面的预防性养护及其特点［J］.交通世界，2010，(9):94 －96.

［8］董 磊，葛折圣.资源节约、环境友好型沥青路面材料与技术综述［J］.市政技术，2010，28(1):140 －148.

［9］吕华彬，张 华，张伟先.沥青路面再生技术在道路养护的应用［J］.科协论坛，2010，(5):16 －17.

［10］白旭升.高等级公路沥青路面冷再生技术［J］.交通世界，2010，(8):94 －95.

［11］于天龙，方 冉，栾英泉，等.浅谈沥青路面冷再生技术及其研究现状［J］.北方交通，2009(11):12－14.

［12］陈 鸿.沥青路面冷补材料的应用［J］.科技咨询导报，2007(3):59.

［13］迟银波.沥青路面冷补材料试验研究［J］.森林工程，2007，23(3):55－57.

［14］邓南圣，吴 峰.工业生态学［M］.北京:化学工业出版社，2002.