基于物質(zhì)減量化的公路工程

趙 康

(南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，南京210037)

公路網(wǎng)是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的基礎(chǔ)性設(shè)施和先導(dǎo)性設(shè)施，對經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展意義重大。

到2008年底，全國公路總里程已達(dá)368.4萬km(含村道168.9萬 km)，高速公路達(dá)6.03萬km。根據(jù)規(guī)劃，到2020年，全國公路總里程將達(dá)到300萬km以上 (不含村道)，其中高速公路10萬km左右［1］。公路工程點多、線長，影響范圍廣泛，是一項資源消耗多，環(huán)境影響大的工程。大規(guī)模的公路建設(shè)必然會對資源和環(huán)境產(chǎn)生較大的壓力，因此，公路建設(shè)是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的重要領(lǐng)域，是實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。

物質(zhì)減量化是工業(yè)生態(tài)學(xué)研究的一個重要領(lǐng)域，其基本思想是以最小的資源投入產(chǎn)出最大量的產(chǎn)品同時產(chǎn)生最小量的廢品，即在消耗同樣多的、甚至更少的物質(zhì)的基礎(chǔ)上獲得更多的產(chǎn)品和服務(wù)［2］。物質(zhì)減量化理論認(rèn)為:如果人類在世界人口增長迅速的情況下，既想享有高水平的生活，又想把對環(huán)境的影響降低到最小限度，那么只有在同樣多的、甚至更少的物質(zhì)基礎(chǔ)上獲得更多的產(chǎn)品與服務(wù)［3］。

盡管物質(zhì)減量化主要針對的是工業(yè)領(lǐng)域，但其所提供的基本思想和理念對公路工程領(lǐng)域也有較大的借鑒意義。

1 物質(zhì)減量化的基本理論

1.1 物質(zhì)減量化的概念

物質(zhì)減量化英文名稱為“dematerialization”，這個術(shù)語20世紀(jì)80年代被提出，意為非物質(zhì)化、去物質(zhì)化和物質(zhì)減量化，是指在生產(chǎn)過程中單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出所消耗的物質(zhì)材料或產(chǎn)生的廢棄物量的絕對(或相對)減少［2］。

物質(zhì)減量化實際包含了兩層意義，一是資源的節(jié)約;二是廢棄物的減少，廢棄物的減少也減輕了對環(huán)境的污染。因此，物質(zhì)減量化有助于實現(xiàn)資源節(jié)約和環(huán)境友好。

1.2 物質(zhì)減量化產(chǎn)生的背景

物質(zhì)減量化產(chǎn)生的主要推動力包括以下幾個原因。

(1)材料生產(chǎn)成本的持續(xù)上升。隨著資源短缺程度越來越嚴(yán)重，基本資源及材料的價格越來越高，而且其加工成本和能耗也越來越多，這些因素均造成材料成本的上升［2］。材料生產(chǎn)成本的上升促進(jìn)了物質(zhì)減量化的發(fā)展。

(2)來自環(huán)境影響的巨大壓力。水污染、土地酸化、大氣污染、溫室效應(yīng)等不良環(huán)境影響使人們越來越意識到環(huán)境問題已威脅到人類的健康和發(fā)展，而為了生存所必需的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)幾乎在每個環(huán)節(jié)都產(chǎn)生廢棄物，為解決這一矛盾，物質(zhì)減量化勢在必行。

(3)替代材料的產(chǎn)生。替代材料均有成本低、性能好等優(yōu)點，替代材料的產(chǎn)生推動了物質(zhì)減量化的進(jìn)程。

(4)服務(wù)業(yè)的發(fā)展。隨著服務(wù)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品的生命越來越長，消耗的產(chǎn)品量也越來越少，這必然減少了資源損耗和廢棄物數(shù)量，促進(jìn)了物質(zhì)減量化的發(fā)展。

以上四個原因推動了物質(zhì)減量化的發(fā)展。我國正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的階段，以上四個方面的問題尤為突出。就公路工程領(lǐng)域來說，由于資源的短缺，道路用材料的價格的上漲，公路里程和規(guī)模的擴(kuò)張，也帶來了一系列環(huán)境問題。但同時，許多替代材料被用于道路工程，減少了對天然資源的消耗;公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)的發(fā)展，延長了道路的使用壽命，也相對節(jié)約了資源的消耗。在此背景下，公路工程領(lǐng)域?qū)嵭形镔|(zhì)減量化應(yīng)該是一條值得探索的途徑。

1.3 實現(xiàn)物質(zhì)減量化的主要途徑

在工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)物質(zhì)減量化主要包括以下幾個途徑。

(1)提高資源利用效率。在相同或者甚至更少的物質(zhì)基礎(chǔ)上獲取最大的產(chǎn)品和服務(wù)，或者在獲取相同的產(chǎn)品和服務(wù)功能時，實現(xiàn)物質(zhì)和能量的投入最小化。在經(jīng)濟(jì)運行的輸入端最大限度地減少對不可再生資源的開采和利用［4］，這是物質(zhì)減量化的基本思想之一。

提高資源利用效率，特別是提高不可再生資源的利用效率，是實現(xiàn)物質(zhì)減量化的最主要手段。

(2)材料替代。盡可能多地開發(fā)利用替代性的資源，減少進(jìn)入生產(chǎn)過程的不可再生資源的物質(zhì)流和能源流［3］。通過尋找替代材料，可以減少對稀缺資源的消耗，特別是對不可再生資源的消耗，是物質(zhì)減量化的重要途徑之一。

(3)提高產(chǎn)品的耐久性。物質(zhì)減量化理論認(rèn)為，提高產(chǎn)品質(zhì)量有助于加速物質(zhì)減量化的進(jìn)程，高質(zhì)量的產(chǎn)品能夠提供高質(zhì)量的服務(wù)。從使用價值上講，減少了相對的資源消耗量，達(dá)到了物質(zhì)減量化的目的［2］。產(chǎn)品或工程構(gòu)筑物的使用壽命越長，其所提供的服務(wù)時間就越長，也就相對地減少了為生產(chǎn)和維修該產(chǎn)品或構(gòu)筑物所需要的資源量，間接地達(dá)到了物質(zhì)減量化的目的。

(4)廢棄物的產(chǎn)生和利用。廢物的產(chǎn)生和利用對物質(zhì)減量化的影響也很大。從工業(yè)生態(tài)學(xué)的角度出發(fā)，從產(chǎn)品生產(chǎn)的原材料開采到最終消費都要考慮產(chǎn)生廢棄物的問題，盡量使其最小化，而對于不可避免產(chǎn)生的廢棄物則要考慮綜合利用。

(5)能量再利用。物質(zhì)減量化理論認(rèn)為，能量的損失造成不得不使用越來越多的原料來彌補能源利用效率的不足，所以應(yīng)將這些損失的能量作為一種可收集的有價值的能源，供給其它生產(chǎn)使用。

能量再利用的概念也可以理解為對能源的節(jié)約，能源節(jié)約是物質(zhì)減量化的一個重要方面。

(6)提高信息服務(wù)水平。信息資源的暢通使實際生產(chǎn)部門從原材料的準(zhǔn)備、生產(chǎn)過程技術(shù)的采用、生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)都可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，這至少節(jié)約了在整個過程中過去必不可少的運輸環(huán)節(jié)，而運輸環(huán)節(jié)的減少，大大降低了能源資源的消耗。

信息的暢通可以使產(chǎn)品生產(chǎn)者更好地了解原材料的供應(yīng)情況，為物質(zhì)減量化提供了信息支持。例如:替代材料的采購、廢棄物的回收利用等，在信息暢通的條件下，都可以提高資源利用效率，達(dá)到物質(zhì)減量化的目的。

2 公路工程實現(xiàn)物質(zhì)減量化的途徑

公路工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)物質(zhì)減量化，可以根據(jù)物質(zhì)減量化的基本原則，從以下幾個方面入手。

2.1 提高公路工程的資源利用效率

公路工程最主要的資源消耗是對土地資源的占用和砂石料的開采，這兩項資源都是不可再生的，并且對生態(tài)環(huán)境的影響較大。按物質(zhì)減量化的理論，應(yīng)提高利用效率，最大限度地減少占用和開采。

我國人口多、山地多、平地少、人均耕地面積少。因此，交通運輸部明確提出:“集約節(jié)約利用土地資源，嚴(yán)格落實耕地保護(hù)政策，到2020年與2005年相比，公路單位運輸周轉(zhuǎn)量用地面積下降25%左右。”這與物質(zhì)減量化理論關(guān)于節(jié)約資源，特別是不可再生資源的思想是一致的。

解決公路工程對土地資源的占用和砂石料的消耗，提高資源利用效率，采取以下措施。

(1)可能的情況下，盡量降低路基高度，降低路基高度可以減少路基對土地資源的永久占壓，并且減少挖填方數(shù)量，減少對砂石料的消耗。

(2)可以利用旱橋和短隧道的場合，應(yīng)盡量采用，這樣可以減少對土地資源的占用，減少挖填方的數(shù)量。

(3)鼓勵工程建設(shè)中采取改地、造地、復(fù)墾等措施，節(jié)約利用土地資源。

(4)公路改建和擴(kuò)建應(yīng)盡量利用原有的舊路基，可以減少對土地資源的新增占壓和砂石料的開采。

(5)公路路線和線形設(shè)計應(yīng)盡量避免大的填挖，在符合線形標(biāo)準(zhǔn)的情況下，盡量擬合原地形，減少土石方開挖量。

(6)公路施工中需要臨時占用的土地，如施工便道，拌和場，料場，施工營地等，施工完成后均應(yīng)復(fù)耕，包括:整平、覆蓋耕作土，恢復(fù)植被等，最大限度地保護(hù)土地生產(chǎn)力。

(7)合理規(guī)劃，減少高等級公路服務(wù)區(qū)占地面積。

(8)公路選線中盡量少占耕地、林地、養(yǎng)殖水面等生產(chǎn)性土地。

減少了土地資源的占用和砂石料的開采，實際上也就減少了植被的破壞，保護(hù)了生態(tài)環(huán)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質(zhì)類似的材料替代，如工業(yè)固體廢棄物或建筑固體廢棄物。采用替代材料后，可以減少對天然砂石料的開采，同時減少了水土流失，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。例如:利用電石渣可代替石灰，以電石渣 (灰)穩(wěn)定土作道路基層，粉煤灰穩(wěn)定土 (粒料)也可作道路基層，煤矸石可用于路基填料，也可作為道路混凝土中的骨料，橡膠粉改性瀝青具有優(yōu)良的路用性能等［4］。

我國每年產(chǎn)生大量的建筑垃圾，主要成分是廢棄混凝土、碎磚塊、瓷磚碎片、玻璃碎片等，建筑垃圾經(jīng)破碎后的再生粒料可作為道路基層和底基層，也可用于瀝青混凝土的骨料生產(chǎn)瀝青混凝土，可以大量節(jié)約天然的砂石料資源。

2.3 提高公路工程質(zhì)量并采用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施

提高公路工程質(zhì)量，延長公路的使用壽命，就減少了公路養(yǎng)護(hù)和維修所需的資源消耗，直接和間接地節(jié)省了資源和能源。因此，提高公路施工質(zhì)量，加強預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是公路工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)物質(zhì)減量化的關(guān)鍵。

公路工程的質(zhì)量和壽命取決于路基和路面的施工質(zhì)量以及日常維護(hù)和保養(yǎng)。

路基作為公路的基本載體，其施工質(zhì)量對于公路質(zhì)量和耐久性有著重要的影響。路基施工中應(yīng)特別注意對特殊路基的處理。特殊路基地基處理主要包括:過濕土地基處理、軟土地基處理、膨脹土地基處理、濕陷性黃土地基處理、永久性凍土地基處理等［5］。

對于路面材料，使用高性能的路面材料可以起到延長路面壽命，減少資源消耗的目的。例如:高性能道路水泥澆注路面達(dá)到強度要求的水泥用量比普通水泥澆注降低15%左右，可以利用少量優(yōu)質(zhì)水泥替代大量低質(zhì)水泥，從而降低水泥對資源的消耗。節(jié)約大量的資源和能源［6］。

公路的日常維護(hù)和保養(yǎng)對延長道路的使用壽命和節(jié)約資源有重要意義，特別是預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施可以延長道路使用期限，減少養(yǎng)護(hù)和維修的資源消耗，起到節(jié)約資源的目的。

路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的目的是為了防止路面過早出現(xiàn)嚴(yán)重的早期損壞，阻止大中修、重建活動的提前到來，延長路面使用壽命。通過預(yù)防性養(yǎng)護(hù)可以極大地節(jié)約道路養(yǎng)護(hù)和維修的資源消耗。

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)涵蓋了路面日常養(yǎng)護(hù)、小修保養(yǎng)以及根據(jù)路面性能及時地實施一些專項養(yǎng)護(hù)措施，包括:霧封層、稀漿封層、石屑封層、熱瀝青混合料薄層罩面、微表處等［7］。為推進(jìn)公路領(lǐng)域的物質(zhì)減量化，應(yīng)大力推廣公路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。

2.4 提高公路工程廢棄物的利用水平

公路工程中不可避免地會產(chǎn)生大量廢棄物。尤其是養(yǎng)護(hù)和大修活動中會產(chǎn)生對環(huán)境有污染的廢舊路面材料。

對于公路工程產(chǎn)生的廢棄物應(yīng)遵循“減量化、再利用、資源化”的原則，大力開展路面材料、廢舊材料等資源的再生、循環(huán)和綜合利用，實現(xiàn)對資源的少用、用好、循環(huán)用。例如:在水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)維修中，可將破碎板全部集中回收，作為儲備石料，再將其用于硬質(zhì)路肩、護(hù)肩帶、擋土墻、安保工程和軟基路段基礎(chǔ)處理等適合使用回收石料的工程。也可用于路面基層，填方等。

在廢舊路面的再生利用方面，瀝青路面的再生利用在資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)方面有較好的代表性。瀝青路面再生技術(shù)包括:就地?zé)嵩偕偷乩湓偕瑥S拌熱再生，廠拌冷再生等。

瀝青路面的再生技術(shù)，是將舊瀝青路面經(jīng)過翻挖、回收、破碎、篩分后，與再生劑、新瀝青材料、新集料等按一定比例重新拌和成混合料，使之能夠滿足一定的路用性能并用其重新鋪筑路面的一套工藝技術(shù)［8］。許多發(fā)達(dá)國家的瀝青路面廢舊材料的再生利用率已接近100%［9］。它具有節(jié)約道路原材料消耗、緩解道路耗用資源的壓力、降低工程成本，保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點。因為舊料的利用大大減少了新材料的開采量，從而大大減少了新材料的用量，保護(hù)了資源［10］，實現(xiàn)了物質(zhì)減量化。

2.5 公路工程中的能源節(jié)約

節(jié)約能源消耗也是物質(zhì)減量化的主要內(nèi)容，一般說，有物質(zhì)流就有能量流，在工業(yè)體系中大部分能量流都是由運輸和加工活動所產(chǎn)生的。因此，減少能量消耗的最有效方法之一就是物質(zhì)減量化戰(zhàn)略。

實現(xiàn)了資源的減量化利用就可以大幅度減少公路工程中用于原材料的加工和運輸所消耗的能源。

在公路工程中推廣低能耗的施工和養(yǎng)護(hù)技術(shù)，也是減少能耗的主要途徑。如:瀝青路面的冷再生技術(shù)，溫伴瀝青混合料技術(shù)，冷補瀝青混合料技術(shù)，泡沫瀝青混合料技術(shù)等［11－13］。這些施工工藝都可以在較低的溫度下進(jìn)行，因而能節(jié)能降耗。

2.6 提高公路工程信息服務(wù)水平

物質(zhì)減量化理論認(rèn)為，對某些用戶來說已毫無價值的東西，對另一個用戶卻可能是有用的，這就是一種再利用的形式，但這涉及到十分復(fù)雜的信息交換，傳統(tǒng)的報紙廣告是無法滿足這種要求的，信息化服務(wù)將在物質(zhì)減量化方面發(fā)揮巨大作用［14］。

通過在公路工程中發(fā)展信息化服務(wù)，可以有利于各公路施工單位更好地利用資源和廢棄物，提高資源的利用率和節(jié)約材料的運輸費用，達(dá)到物質(zhì)減量化的目標(biāo)。

3 結(jié)束語

我國的經(jīng)濟(jì)正處于高速發(fā)展階段，作為基礎(chǔ)設(shè)施的公路網(wǎng)建設(shè)也在快速推進(jìn)。我國的資源和環(huán)境條件決定了公路網(wǎng)建設(shè)必須建立在資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)上，提高資源利用率，最大限度地減少污染。物質(zhì)減量化理論對實現(xiàn)這一目標(biāo)有重要的借鑒意義，其所提出的提高資源利用效率、發(fā)展替代材料、減少廢棄物產(chǎn)生和再利用、提高產(chǎn)品耐久性、降低能耗、發(fā)展信息服務(wù)等觀點，對公路工程建設(shè)有較好的借鑒意義。

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