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浅谈如何处理好道路建筑材料与环境之间的协调性论文

  摘要:简要介绍环境材料的概念,从提高材料性能、节约天然资源、充分利用废弃物以及净化环境方面讨论道路建筑材料与环境之间的协调性;提出采用生命周期评价方法评价道路建筑材料与环境的协调性。

  关键词: 环境材料,环境协调性,生命周期评价

  随着我国公路事业的迅猛发展,道路建筑材料作为公路及其构筑物的物质基础得到了大量的使用。而道路建筑材料原材料的采集会导致资源的枯竭;道路建筑材料的制造要消耗能量,产生与地球温室效应和酸雨相关的污染;公路的改建和扩建又产生大量的建筑垃圾等。因此思考道路建筑材料的环境协调性是非常必要的,其关系到人与自然的协调发展和人类社会的可持续发展。

  一、环境材料

  自然环境是人类赖以生存和发展的基础。但人类对自然平衡的干预已超过了自然界的再生能力和自我调节能力,使不同水平的自然平衡都已濒临自我修复的极限,从而引出了如资源枯竭、能源短缺和环境污染等问题[1]。

  在此背景下, 20世纪90年代初, 日本学者山本良一等人首次提出了环境材料的概念, 受到世界各国材料工作者的积极响应。

  环境材料英文名称为Ecomaterials(Environmentally Conscious Materials或Ecological Materials),可以解释为具有环境意识的材料或生态学材料,强调的是材料在具有优良的使用性能的前提下还具有最佳的环境协调性。环境材料应该具备3个主要特征:在保证良好的使用性能的前提下,首先要节约资源和能源;减少环境污染,避免温室效应和臭氧层的破坏;容易回收和再利用。

  二、提高道路建筑材料的环境协调性

  目前, 国内外道路建筑材料主要有混凝土、水泥、沥青,一些回收再利用的废弃物也用作道路建筑材料。按照环境材料的定义[2] , 道路建筑材料对环境的协调性的含义应是在满足道路交通要求的前提下,更注重环境因素,能减轻对地球的环境负荷,有利于节约资源和保持生态平衡。

  因此,应加强对道路建筑材料的科学技术研究,提高其对环境的协调性。

  1、 提高材料性能,减少资源消耗

  高性能水泥和高性能混凝土由于其性能优越,使用寿命延长,减少了维护和重建所需水泥和混凝土,节约大量资源和能源。因此,高性能水泥和高性能混凝土均体现出对环境的协调性[3]。

  (1)高性能道路水泥

  高性能道路水泥是具备高抗折强度、高耐久性、高耐疲劳极限、极低的f-CaO含量及低变形性能的一种新型胶凝材料[3]。

  使用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。同时,用高性能道路水泥修建的水泥混凝土路面刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好,使用寿命长,减少返修所需的水泥和混凝土的用量 [3]。

  (2)高性能道路混凝土

  吴中伟教授[4]认为,高性能道路混凝土应具备优良工作性、高抗折强度、高耐疲劳极限、小变形性质、高耐久性,耐磨性等。

  实现道路混凝土的高性能,除了要使用高性能道路水泥外,还须掺足够数量的活性细掺料与复合高效外加剂。大量应用以工业废液,尤其是纸浆黑液为原料改性制造的减水剂,以及在此基础上研制的其他复合外加剂 [3]。

  2、 废弃物用做道路建筑材料的生产原料或燃料

  废弃物生产道路建筑材料,有两种方式:一种是用作水泥原料或混合材以及煅烧水泥时的燃料,生产道路水泥;另一种是用作混凝土的活性掺料和混凝土的骨料,生产道路混凝土。

  (1)用废弃物生产道路水泥

  废弃物生产道路水泥主要有以下两种方式: 一是利用其他工业废渣或固体垃圾用作水泥的原料或混合材,减少甚至避免对自然资源石灰石和粘土的消耗,解决了大量温室气体CO2 的排放;二是利用可燃废料作为生产道路水泥的燃料,节约了能源。水泥混合材利用的工业废渣的数量最多,目前在我国水泥混合材中已经占到20 %左右[5] 。

  (2)用废弃物生产道路混凝土

  道路混凝土主要组分水泥在生产时排放出大量温室CO2 气体等有害气体与粉尘;混凝土体积的70 %~80 %为砂石骨料,大量粘土、石灰石和砂石等的开采,破坏自然环境和山川地貌,造成水土流失、河流改道等严重后果[3]。

  在道路混凝土的生产中尽量多地掺加废弃物,在保证路用性能的前提下,可更多的节约熟料水泥,降低对资源和能源的消耗以及对环境的污染。

  3 、废弃物直接作为道路建筑材料

  废弃物本身也可以直接作为道路建筑材料铺筑道路 [3]。

  (1)经过加工后作为一种新胶凝材料替代水泥或沥青。如武汉水利电力大学侯浩波等利用工业矿渣、高钙粉煤灰等为主要原料,加入高效活化剂,研制出一种新型水硬性胶凝材料;纤维素废料用在沥青混凝土中代替部分沥青,其使用性能与普通的沥青无明显差异等。

  (2)加工后作为一种新型混凝土。如生活垃圾经过简单处理后得到的一种路用材料——固体生活垃圾混凝土;还有用下水道污泥和城市垃圾的焚烧灰与粉煤灰混合配制一种轻质混凝土等。

  (3)作为混凝土集料用于道路基层。如玻璃、高炉炉渣、飞灰(粉煤灰) 等可用做基层稳定材料。

  (4)旧的道路混凝土再生。再生的水泥混凝土料,可用作非稳定基层性集料、稳定基层集料,还可用作面层新混凝土混合料的集料,碾碎后还可做沥青混合料、基层和底基层的集料;回收的旧沥青混凝土可以在加热后与沥青和石料重新拌和生产新的沥青混合料,也可磨细成均匀的混合料,与一定的乳化沥青、水泥拌和做基层;另外,利用再生集料铺设的道路混凝土还可以再利用,且“重新利用再生集料”的混凝土能达到需的性能。

  4 具有净化汽车尾气功能的道路建筑材料

  汽车尾气已经成为一个严重的大气污染源,开发具有净化汽车尾气功能的道路建筑材料,是建设环保型道路的需要。

  光催化剂二氧化钛可以在太阳光的照射下将汽车尾气中的NOX、CO 和碳氢化合物(CH) 等氧化成HNO3、CO2 和H2O,而达到净化空气的效果。日本已经率先利用这一原理开发出具有光催化作用的混凝土和一种具有光催化作用的路面材料[3]。

  三、科学系统地评价道路建筑材料与环境的协调性

  道路建筑材料与环境的协调性强调的是一个系统的概念,不能只看生产或使用过程中的某一个环节。如果没有系统工程的观点,设计生产出的道路建筑材料就有可能在一个方面反映出绿色,而在其它方面则是黑色,评价时难免失之偏颇甚至误导。

  作为评价和解决环境问题的有效工具,生命周期评价(Life Cycle Assessment,简称为LCA)可以用来评价道路建筑材料的环境协调性。LCA 是对材料从制造、使用到回收、废弃物处理的全过程中,进行环境污染、能源和资源消耗与环境影响大小评价的一种方法,由定义目标与确定范围、清单分析、影响评价和改善评价4个相互联系的有机部分组成[6]。LCA经过30多年的发展已经成为一种比较成熟的分析方法,其应用已覆盖整个工业社会,涉及到工业产品及生产工艺的设计、评价、改善和环境政策制订等诸多方面。在道路建筑材料领域建立生命周期评价的理论和方法体系,可为道路建筑材料的可持续发展以及与环境相协调性的评价提供科学依据和方法。

  四、结束语

  综上所述,我们应当更加注意人与自然的协调发展,加强对道路建筑材料的科学技术研究,有效地提高和科学系统地评价其与环境的协调性,从而实现人类社会的可持续发展。

  参考文献:

  [ 1 ] 段联合,曹胜斌. 科学技术哲学教程[ M ] . 北京: 科学出版社,2003-9.

  [ 2 ] 山本良一, 著, 王天民, 译. 环境材料[ M ] . 北京: 化学工业出版社, 1997-1.

  [ 3 ] 赵联芳 , 傅大放 , 钱春香. 论道路建筑材料的环境协调性[ J ] . 公路交通科技, 2003 , 20(4) : 12 - 15.

  [ 4 ] 吴中伟. 高性能混凝土(HPC) 的发展趋势与问题[ J ] . 建筑技术, 1998 , 29 (1) : 8 - 13.

  [ 5 ] 高长明. 水泥工业与环境保护[ J ] . 新世纪水泥导报, 1996 , 2(3) : 3 - 6.

  [ 6 ] 杨建新. 面向产品的环境管理工具: 产品生命周期评价[ J ] .环境科学, 1999 , 20 (1) : 100 - 103.

  本文选自《科学技术与工程》。  《科学技术与工程》是中国科协主管,中国技术经济学会主办的学术性期刊。2001年创刊,半月刊,期刊号:CN11-4688/T,ISSN1671-1815。
 

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