道路建設固廢利用技術研究現狀及發展淺析

張 艷

（廣州眾誠電科檢測技術有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

20世紀50年代，隨著火力發電的副產物粉煤灰廢料逐漸增多，研究人員開始進行粉煤灰固廢（固體廢棄物的簡稱）利用的基礎研究。綜合環境效應和經濟價值，粉煤灰已經在水泥、墻材、陶粒中得到廣泛的利用，并形成了多種成熟的利用體系[1]，尤其在瀝青路面結構中是很好的基層材料，成為交通領域內道路建設利用固廢的典型。固廢利用的理念一直在交通領域內延續，近年來隨著“綠色”發展理念及“碳達峰、碳中和”目標的陸續提出，綠色低碳道路的建設將進入快速發展階段[2]，深入開展道路建設固廢利用創新技術的研究，是該領域內重大的技術需求。除廠拌熱再生、廠拌冷再生、就地熱再生、就地冷再生四種有效利用廢舊路面材料的再生技術外，利用廢舊輪胎加工后作為改性路用瀝青、利用鋼渣作為路面面層、利用建筑垃圾作為路基和路面基層這三種技術是目前道路建設固廢利用技術研究的熱點。本文主要介紹這三種固廢利用技術的特點，并分析各技術未來的發展趨勢。

1 廢舊輪胎加工后用于改性路用瀝青

廢舊輪胎作為固體廢棄物堆放在露天環境下，常被稱作黑色污染，它的回收利用已成世界性難題。廢舊輪胎的主要成分為廢舊橡膠，是一種自然狀態下數百年都難以降解的高分子彈性材料。橡膠具有良好的高彈、高黏性能，加工成膠粉后能夠用于改性路用瀝青。該處理方法在有效減少黑色污染的同時，賦予瀝青路面更好的高溫穩定性、抗老化、抗疲勞等優良性能[3]。

實現廢舊輪胎改性路用瀝青的關鍵是明確膠粉與瀝青的作用機理。研究表明二者之間的相互作用是較為復雜的過程，可大體分為物理共混、化學共混、網絡填充三大改性機理[3]，也有可能存在多種機理共存的情況。普通膠粉改性瀝青在高溫、高速攪拌的狀態下，膠粉吸收瀝青中的輕質組分發生體積膨脹，即膠粉在基質瀝青中發生溶脹，多數為單一的物理共混改性[4]。而膠粉復合改性瀝青在化學助劑的作用下，膠粉顆粒能夠快速脫硫降解并重新交聯，物理共混改性與化學共混改性同時發生，使整個體系形成致密交聯的網狀結構，分子間更加牢固，表現出膠粉復合改性瀝青較好的高低溫性能。

總結近年來膠粉改性瀝青的研究方向主要包含兩點：高摻量膠粉改性瀝青與膠粉復合改性瀝青。從本質來說，該技術研究目的是消耗大量堆放的廢舊輪胎，故在保證路面路用性能優良的前提下，摻量越高才越能達到保護環境的效果。20%以內膠粉摻量的改性瀝青技術如今已較好地應用于實際工程中，高摻量（可認為膠粉摻量≥20%）或超高摻量（可認為膠粉摻量≥50%）膠粉改性瀝青正在被研究人員通過對廢舊膠粉的降解、表面活化處理、超聲等物理法、接枝等化學法[1]，增加膠粉與瀝青的相容性，從而提高摻量。此外，在高摻量技術的創新研究中，研究人員也在探索應用松香、SBS等高分子聚合物、生物油、納米蒙脫土等對其復合改性從而大大提高路用性能。與此同時，上述過程中采用紅外光譜、電鏡掃描等儀器；對瀝青膠漿和瀝青砂漿等進行微觀的、多尺度的改性機理分析的趨勢也在增加[5-6]。未來會進一步掌握該技術的功能特性與應用價值，為利用廢舊輪胎改性路用瀝青推廣應用提供技術支持。

2 鋼渣用于路面面層

鋼渣為煉鋼過程中產生的熔渣，其產量以及儲存量隨著我國鋼鐵工業的不斷發展呈遞增趨勢[7-8]。鋼渣主要成分包含鐵、硅、磷等元素氧化后形成的氧化物以及造渣材料、爐襯材料等雜質，傳統處理方式為堆放或掩埋，占用土地的同時極易造成環境污染。國外發達國家早在20世紀初就已開展鋼渣綜合利用技術的研究。我國也參考其他國家的研究成果，在交通領域內將鋼渣替代集料應用于公路建設，解決施工過程中原材料短缺問題的同時，可以減少鋼渣對環境造成的負面影響。

1997年我國首條鋼渣瀝青路面試驗段在上海市鋪筑完成，受當時工藝與設備等條件限制，早期生產的鋼渣品質較差，導致路面試驗段存在較多的質量問題。隨著工藝的不斷進步以及研究的不斷深入，鋼渣的品質有了較大的提升。根據煉鋼工藝可將鋼渣分為轉爐鋼渣、電爐鋼渣以及平爐鋼渣三類[9]。研究表明轉爐鋼渣更適合替代天然集料，作為粗集料是更為合理的。轉爐鋼渣表面孔隙較多、孔徑較大，多呈圓形或橢圓形結構，與傳統的石灰巖或玄武巖相比具有更高的黏附性、磨光值、吸水率、浸水膨脹率，表現出優良的堅固耐磨特性；且較低的密度降低了單位體積混合料的攤鋪用量從而減少成本，較高的堿活性提高了自身與瀝青的黏附性。在瀝青配合比設計時，考慮到鋼渣特有的多孔結構，與傳統瀝青混合料相比需增加瀝青用量。應用瀝青浸漬法實測混合料的最大理論相對密度、按照體積比進行相關參數的確定，最終滿足路用性能的要求，較傳統道路性能還具有一定的提升效果[10]。

但利用鋼渣作為路面面層的固廢利用技術仍有待進一步研究。筆者總結以下兩點主要研究方向：第一，統一鋼渣的處理方式，完善鋼渣質量控制體系，提升鋼渣利用率。鋼渣瀝青混合料性能雖普遍優于傳統瀝青混合料，但因鋼渣內部游離氧化鎂、游離氧化鈣的存在，與水接觸后反應生成氧化物導致鋼渣體積迅速膨脹，很大程度會影響混合料性能。目前預處理鋼渣仍以自然陳化方式為主，但處理周期較長，得到的鋼渣變異性較大，各地區鋼渣的品質達不到統一，國家雖已發布《道路用鋼渣GB/T 25824-2010》和《耐磨瀝青路面用鋼渣GB/T 24765-2009》等規范，但鋼渣的質量控制體系仍需進一步完善，處理方式以及其中的處理機理亟待研究，以更進一步提升鋼渣固廢利用率。第二，探究作為自愈合路面材料使用的可行性。隨著道路設施的屬性及功能不斷發生變化，功能性路面推動了路面工程技術的發展。其中，提高自我修復能力，延長道路使用壽命的自愈合路面尤其引發研究學者關注。自愈合路面的主要機理是當微波穿過吸波材料時，其內部發生分子振動，損耗的微波能轉換為熱能，從而愈合混凝土內部的微裂縫[11]。而鋼渣中較高含量的鐵元素存在，外加特有的多孔結構，能夠使微波在其孔腔內多次反射損耗，是目前不可多得的吸波材料。綜上，鋼渣固廢利用特性在未來道路施工中的應用是極具潛力的。

3 建筑垃圾用于路基與路面基層

拆遷、建設、裝修、修繕等建筑業的生產活動中產生的渣土、廢舊混凝土、廢舊磚石及其他廢棄物統稱為建筑垃圾。與前文提到的鋼渣固廢利用背景相似，隨著近年來我國城鎮化建設發展的加快，每年產生的建筑垃圾高達數億噸，常規的露天堆放或填埋處理方式會造成土地資源占用與環境污染問題。將建筑垃圾應用于道路工程，既能解決上述問題，又能緩解道路建設中原材料緊缺的矛盾。

考慮到建筑垃圾中廢磚的離散性大、壓碎值高、本身強度有限，同時需要保證道路穩定與安全，故建筑垃圾在應用前，多數經分選、除雜、破碎、篩分等工藝后形成不同粒徑的集料，成為建筑垃圾再生骨料，可細分為磚骨料和混凝土骨料。實際工程應用中，將磚骨料和混凝土骨料在不摻加任何外加劑條件下按比例進行混合，或二者配合碎石或二灰作為道路路基[12]；將磚骨料和混凝土骨料部分替代或全部替代天然集料可做水泥穩定類、石灰粉煤灰穩定類、水泥粉煤灰穩定類等道路基層或底基層[13-15]。

2021年《公路工程利用建筑垃圾技術規范JTG/T 2321-2021》[16]行業規范由交通運輸部正式發布。該規范基于合理、全面、先進、實用的原則，全面吸收了國內外建筑垃圾在公路工程領域的最新應用成果及規范標準，在借鑒和總結建筑垃圾在公路工程中的應用和工程實踐經驗的基礎上編制而成。其中詳細給出了目前建筑垃圾再生材料的技術要求與應用范圍、生產加工設備場地規定以及應用于路基或路面基層的質量驗收條件。未來，可重點考慮建筑垃圾固廢利用能否加強生產加工能力，提高分選水平，也可探索在混凝土骨料品質控制上得到進一步的提升，或輔助其他處理措施，在經濟合理的情況下，使其滿足瀝青路面下面層的應用指標，從而促進建筑垃圾在道路工程中的多元化應用。

4 結束語

綜上所述，通過對交通領域內道路建設固廢利用技術的研究可知：（1）廢舊輪胎加工成膠粉后能夠用于改性路用瀝青。需要進一步研究高摻量膠粉改性瀝青與膠粉復合改性瀝青技術，在有效減少黑色污染的同時，賦予瀝青路面更好的高溫穩定性、抗老化、抗疲勞等優良路用性能。（2）鋼渣經安定化處理后可用于制備瀝青混合料。未來主要是統一鋼渣的處理方式，完善鋼渣質量控制體系，提升鋼渣利用率；利用鋼渣中較高鐵含量的特性探究應用自愈合功能性道路的可行性。（3）建筑垃圾可作道路的路基及路面基層。未來應進一步加強混凝土骨料的品質，輔助其他處理方式，使其能夠應用于道路下面層。

總之，我國還需加快構建交通領域固廢循環利用體系，通過全方位剖析固廢用于道路的綜合性能與工程經濟性，完善相關施工標準，加快配套政策的發布和實施，促進固廢利用技術的推廣與應用，真正貫徹綠色道路建設理念，對推進我國道路工程實現低環境負荷、低資源消耗具有重大意義。