基于绿色理念导引的公路材料发展分析

黄成福

（甘肃交通职业技术学院，兰州 730070）

1 引言

绿色公路是基于能源和资源节约的公路类型，绿色公路的理念贯穿规划设计、建设施工、运营维护的全过程，绿色公路是强调统筹资源利用，实现集约节约并注重生态保护的可持续发展的低碳环保型公路。在绿色公路建设中，材料费占工程成本的50%以上，因此，采用绿色低碳的公路材料在绿色公路的建设中占有最重要的比例。

1.1 相关政策背景

如何在“双碳”背景下进行绿色公路建设是交通运输业面临的重要问题。“十四五”时期，我国生态文明建设进入了以降碳为重点战略方向，推动减污降碳协同增效，促进经济社会发展全面绿色转型，实现生态环境质量改善由量变到质变的关键时期。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出：“壮大节能环保、清洁生产、清洁能源、生态环境、基础设施绿色升级、绿色服务等产业”，绿色公路建设有了政策依据。

2016年，交通运输部印发了《关于实施绿色公路建设的指导意见》（交办公路〔2016〕93号），明确了基于绿色理念的公路建设发展思路和建设目标。指导意见在主要任务中提出“统筹资源利用，实现集约节约”，主要内容包括“大力推行废旧材料再生循环利用，积极推行废旧沥青路面、钢材、水泥等材料再生和循环利用。推广粉煤灰、煤矸石、矿渣、废旧轮胎等工业废料的综合利用。开展建筑垃圾的无害化处理与利用。积极应用节水、节材施工工艺，实现资源高效利用。”基于绿色理念导引的道路材料发展有了具体的实施路径。

1.2 绿色公路建设的必要性和紧迫性

根据国际能源署的统计，2020年，全球碳排放主要来自能源发电与供热、交通运输、制造业与建筑业，交通运输业碳排放比重大，是实现“双碳”目标的重点方向。2020年全社会经营性客运量分运输方式构成中，公路运输量占71.3%（见图1），全社会经营性货运量分运输方式构成中，公路运输量占73.8%，公路运输方式皆占比最大（见图2），因此，推进绿色公路建设能够取得良好的节能减碳的效果。

图1 2020年全社会营业性客运量分运输方式构成

图2 2020年全社会营业性货运量分运输方式构成

随着城市之间交通联系越来越密切，城市建设和市政基础设施建设的投入不断加大，公路总里程数不断增加，目前，我国公路总里程已达5.28×106km，形成了以高速公路为骨架、普通干线为脉络、农村公路为基础的全国公路网。大规模的公路建设对道路材料的使用量很大。中国承诺实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和，时间紧，任务重，对于推动绿色公路建设，推行废旧材料再生循环利用，关系到实现“双碳”目标，具有时代的紧迫性。

2 绿色公路建设现状

绿色公路是交通运输行业推进生态文明建设的重要战略举措。随着我国公路建设的飞速发展，绿色公路建设取得了显著的成效，目前已经开展了33条绿色公路典型示范工程建设，建成了20条绿色公路主题性试点工程。我国首条低碳环保高速公路——重庆至成都高速公路重庆段，被交通运输部列为“节能减排绿色低碳高速公路”试点项目。这条公路仅采用废旧轮胎来生产橡胶沥青路面一项，就使有害气体沥青烟的排放减少90%，减少温室气体排放近50%。

现有形成的绿色低碳公路建设技术体系中，主要通过构建绿色低碳全周期全要素的技术体系和框架，建立技术清单和产品目录，建立全周期碳排放评价体系和推进绿色低碳替代材料来实现，因此，推行使用以绿色低碳理念为导引的公路材料，是推动绿色公路建设实现节能减排目标的重要一环。

3 基于绿色理念的公路材料的应用

3.1 废旧材料再生循环利用的绿色道路材料

道路工程中使用的材料如何将绿色理念植入，这是当今基建中一个重要课题。道路材料需要高强度、寿命长、用量大、适应广的方向发展，同时在现有资源情况下，使用废旧材料再生循环利用也是一种趋势。按照废旧材料来源的不同，可以分为冶金废料、轻工业废料、道路旧料以及建筑垃圾等。

3.1.1 冶金废料的应用

钢渣等冶金废料在欧美、日本等发达国家的循环再利用中，约60%被利用进行公路建设。冶金废料主要是指钢渣、高炉矿渣、粉煤灰等。随着我国工业的发展，冶金废料大量产生，每年的钢渣产量大约达到1×108t。相对于欧美、日本等工业发达国家，我国对冶金废料的综合利用率不高，因此，利用冶金废料进行公路建设有着巨大的潜力。钢渣表面粗糙，质地坚硬，是一种较好的沥青混合料粗骨料。钢渣也具有良好的水硬活性和体积稳定性，在基层中加入适量的钢渣，可以增强基层的水稳定性，提高基层的强度及路面的使用性能，延长路面的使用寿命。高炉矿渣含有大量的CaO，同时孔隙率较大，具有较强的吸水性，经碾压后易形成的板体具有较好的整体强度，因此，高炉矿渣适合做基层材料。粉煤灰是冶金矿渣中使用最为广泛的材料，在公路中也得到了广泛的应用，例如，粉煤灰基层、粉煤灰混凝土路面、粉煤灰钢渣混凝土等。

3.1.2 其他工业废料的应用

其他工业废料主要包括废橡胶粉、废玻璃和废塑料等。在沥青中加入橡胶粉，使沥青橡胶混合料的路面面层具有较好的抗高温变形和低温开裂的性能，在路基中有着优秀的抗剪性能，可提高路基的亮度和韧性。将回收后的废旧轮胎加工成橡胶粉，可以用于生产改性沥青或作为沥青混合料中的细集料。例如，交通运输部确定的6条“节能减排低碳高速公路”试点项目中第一条建成通车的渝蓉高速公路，路面摊铺采用废旧轮胎作原料生产橡胶沥青，比传统生产技术节能40%。废玻璃研磨成玻璃粉后加入沥青中，可以提高路面的耐磨性和反光性，有利于夜间车辆行驶的安全。以废塑料作为辅助材料制成的改性沥青混合料能够提高沥青混合料的抗疲劳性、低温抗裂性和谁稳定性。废旧塑料混合的沥青混合料，可以降低针入度，使沥青具有较高的温度稳定性，改善沥青的低温柔韧度，因此，使沥青混合料具有良好的物理和化学性能。

3.1.3 建筑垃圾

在公路建设过程中，尤其在城乡建成区范围内，会因建筑物拆除产生大量的建筑垃圾，建筑垃圾主要包括砖瓦碎块、渣土、废砂浆、废塑料、混凝土块、废金属料以及废竹木等。建筑垃圾分为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、混凝土碎块、砂浆、建筑拆除垃圾主要有砖块、瓦、混凝土碎块、碎玻璃、木料等。建筑垃圾再利用需要根据建筑材料含量和组成不同，将建筑垃圾筛选后，按照一定的比例和级配与砂石、混凝土和水进行混合，配置成新的混凝土，回收的建筑垃圾作为路基的替代集料，充分压实后可以提高路面的弹性模量和抗变形性，适用于一般道路的基层。

3.1.4 旧路废旧材料

旧路在改造过程中产生了大量的废旧材料，如沥青路面碎料、挡土墙、市政管道等，这些材料具有强度高、水稳定性好等优点，同时与新材料具有较好的融合度。道路进行翻新时通常是将道路废旧材料去除后用新料替换，旧路废旧材料数量大，充分利用可以节约改造原材料的需求量，旧路废料的再生利用能够解决资源浪费的问题。旧路废料再生循环利用技术，主要有乳化沥青冷拌再生技术、路面基层就地冷再生技术等。

旧路废料的再利用是通过专用处理设备，将旧路废旧材料按一定比例与新沥青、新集料进行混合搅拌成新的沥青混合料浇筑路面。原有废旧料需要远距离运输处理，如进行再生循环利用，减少了物料在运输过程中的碳排放。在实际施工中采用泡沫沥青再生技术、伴热再生技术等对路面材料回收，其实际利用率更是达到了80%以上。乳化沥青拌冷再生技术，将原有沥青路面铣刨料运送到拌和站进行破碎和筛分处理，并掺入适当比例的新集料、再生结合料、再生剂、活性填料等进行常温拌和，然后再将混合料运送到施工现场摊铺、碾压，实现对旧沥青路面的再生利用。路面基层就地冷再生技术，在公路大修工程中，将路面铣刨材料回收，对路面基层材料进行取样分析后，按照配合比设计要求，添加适当新料，然后再采用专门的路面基层就地冷再生设备进行施工，可以实现对旧料100%再利用。

4 推行绿色公路材料的相关支持

绿色新材料是各行业实现“双碳”目标的重要基础，绿色新材料的研发不仅是传统产业提升效率、降低排放的基础，还是解决资源能源短缺的重要手段。对于推行以绿色理念为导向的公路材料利用，需要从技术、政策、科研等方面提供相应支持。

绿色公路建设标准和评估体系已基本建立，形成设计—施工—养护全周期，以及结构—工艺—装备全要素的节能绿色核心技术框架，公路绿色材料的应用，还需要形成配套的技术及标准体系。

绿色公路材料的推广需要良好的政策支持和制度保障，从设计建设、运营管理、资金保障和绩效考核等方面建立和完善绿色公路建设制度体系。将绿色公路理念落实到具体项目中，推进绿色公路材料研发。

绿色公路材料的研发，需要构建产-学-研协同创新机制，推进绿色新材料产业集群的发展，鼓励企业加强相关材料的研发，推进新材料新技术的应用落地。实现科研成果转化的良性循环。

5 展望

绿色公路建设面临诸多问题和挑战，作为一项系统性工程，涉及范围广，持续周期长，因此，在建设过程中需要根据现实条件和技术水平选择适宜的绿色公路材料。采用废旧材料再利用、旧路面利用等基于绿色理念的材料和技术，是推进绿色公路实施的一个重要环节和方法。基于绿色理念的道路材料应用和发展是绿色公路建设的重要内容，通过打造更多的绿色公路项目，可以促进绿色公路材料的研发和应用，推动公路建设健康可持续发展和“双碳”目标的实现。