沥青路面施工产生的环境问题和防治策略

陈 剑1,王 栋2

(1.浙江正方交通建设有限公司,金华 321025; 2.浙江公路水运工程监理有限公司,杭州 310004)

沥青路面施工产生的环境问题和防治策略

陈 剑1,王 栋2

(1.浙江正方交通建设有限公司,金华 321025; 2.浙江公路水运工程监理有限公司,杭州 310004)

该文主要探讨了沥青路面施工过程给环境带来的危害,同时提出了相关的防治措施。

沥青路面; 施工; 环境; 防治

近年来,沥青路面广泛应用于高等级公路,据调查我国沥青路面占公路路面面层的80%之多,并且呈增长趋势。随着沥青路面的广泛使用,其施工过程产生的环境问题越来越引起人们的关注。

1 重视沥青使用引起的环境问题成为历史的必然

1.1 国家积极发展公路交通

21世纪初,我国交通部根据国家现代化发展的总体战略部署,制定出了符合现代社会发展的现代化发展战略。早日实现公路交通现代化,为人们的日常出行提供安全畅通的交通条件,满足社会发展和交通运输的需要,以支撑国家的现代化发展战略目标。

1.2 发展公路交通业已成为各界人士的共识

评价一个城市的经济实力和发展水平,可以通过公路交通的建设水平来考察,公路交通事业已经成为国家和社会各界人士的共识。

1.3 沥青是修建道路中普遍使用的材料

沥青是道路修建中常见的路面材料,石油沥青主要是由烃类和少量非烃化合物组成的。饱和芬、芳香芬、胶质和沥青质通过不同的比例构成了沥青胶体结构,沥青的理化特性也给环境带来了一定的危害。

2 沥青混凝土路面施工过程中对环境的影响

2.1 沥青加热过程中对大气环境的影响

2.1.1 沥青烟对环境的影响

沥青烟是沥青和石油煤炭等在高温下扩散到空气中的混合烟雾,在沥青路面施工过程中,施工温度可达120～160℃,部分有机物在高温环境下经过一系列的合成、裂解等化学反应而产生沥青烟。由于沥青的组成比较复杂,不同成分的沥青理化特性也有所差异。沥青烟由多种芳香烃和一定量的杂环化合物组合而成,其组成成分与沥青大致相同。沥青烟含有的咔唑、吡啶、吡咯、茚等损害人体健康,刺激人的皮肤和粘膜,长期接触可能导致咽喉炎、结膜炎、皮炎等疾病的发生,严重者引起中毒性肺炎,而且沥青烟会对植物的生长造成不利的影响。

2.1.2 沥青加热过程中产生二氧化碳等气体对大气环境的危害

沥青路面施工时,要采用大量的燃料对沥青进行加热,例如柴油、煤炭、天然气等都是加热沥青常用的燃料。考虑到燃料的经济性和运输储存条件等,通常采用煤炭对沥青进行加热。煤炭的燃烧会产生大量的二氧化碳、二氧化硫和一氧化氮等气体,二氧化碳含量的增加会导致温室效应,二氧化硫在大气中形成酸雨,这些气体给大气环境造成极大的负担,同时影响农业和生态环境。

2.2 沥青使用过程中对水环境的影响

虽然沥青具有不溶于水的性质,但是在一定的环境条件下,乙醇、三氯甲烷等易溶于水的有机溶剂和有毒溶剂会促进沥青在水中的溶解,一旦这些有害的物质进入水体,便会造成严重的水体污染。沥青分解的有害物质被某些微生物吞噬后会在其体内发生聚集,那么整条生物链都会受到危害。此外,公路运输中的油污染具有很大的危害,如汽油、柴油、机油等对沥青有溶解作用,来往的车辆会将剥离的沥青混合料带到污染区之外,雨水将残余的废油冲进鱼塘、河流、田地等,造成二次污染。

2.3 沥青使用过程中对土壤环境的影响

沥青路面施工和大型维修过程中废弃的沥青混合料也会对环境造成一定的危害。沥青路面施工对土壤环境的影响主要体现为以下方面:首先,作为有机物,沥青在一定条件下在土壤中能够被分解,具有提高土壤肥力的作用;同时由于沥青具有粘滞性,所以可以起到固沙的作用;但是,大量的废弃沥青混合料不仅造成极大的不可再生材料资源的浪费,而且容易造成水土流失、土壤板结等问题,对水资源造成一定的污染,不利于动植物的生长。此外,在路面的维护、改建时,清除掉的沥青混凝土会当作渣土遗弃掉,这样浪费掉大量的碎石、粗砂、石粉、沥青原浆等,同时对土壤造成严重污染。

3 防治对策

公路施工时,施工效率、公路质量和使用寿命是施工单位和研究人员的研究对象。对于沥青路面,学者们对其结构性能进行了大量的研究,以下主要针对沥青路面产生的环境问题做一些探讨。

3.1 针对大气污染的防治对策

根据上文中沥青对大气环境危害的分析,可以有针对性地采取防治措施。

3.1.1 采用改性沥青

随着交通运输业的不断发展,交通流量和行车频率迅速增长,对公路的抗压性、抗裂性、抗磨性、弹性等提出了更高的要求。针对沥青的结构特点和理化特性分析,研究出增强性能和节约资源的方法,在节能环保的前提下实现上述要求。通过加入添加剂的方法使沥青改性,有效减少对环境的污染。沥青改性剂品种繁多,例如DE改性沥青、橡胶改性沥青、乳化沥青等都是常见的改性沥青,可用于路面的铺装和公路网的养护和补强。

1)DE改性沥青

DE改性剂能够将沥青改性成DE改性沥青,在DE改性沥青混合料搅拌时可以吸收沥青散发的有毒气体,减少沥青烟的排放,降低沥青对人体健康的危害,减轻对大气环境的影响。制作DE沥青改性剂时,要求将沥青加热到160℃左右,加入一定量的DE改性剂,不断搅拌直至均匀即可。但是由于DE改性沥青的施工过程需要在较高温度下进行,而且为了保温需要多次加热,所以不够节能。

2)橡胶改性沥青

在沥青中加入一定比例的橡胶粉或者橡胶乳液,经过搅拌后形成橡胶改性沥青。橡胶改性沥青具有更高的稳定性,与基料间的黏度增大,能够起到抗磨、防滑的作用。橡胶粉中的硫化机、炭黑、抗氧剂等还可以增强沥青的吸附性,使其适应气候环境的变化。为了减少能源的消耗,通常采用废橡胶制作橡胶改性沥青,但是废橡胶粉的加工过程难度较大,不仅需要消耗大量能源,还会造成一定的环境污染。所以,橡胶粉的加工还需要经过深入的技术研究。

3)乳化沥青

乳化沥青具有施工方便,易于储存等优点。沥青在170～180℃条件下进行热熔,在机械作用下形成微小的颗粒后分散到含有乳化剂的水溶液中,将温度控制在120～140℃范围内,形成沥青乳液。乳化沥青能够降低温度、节约能源、减少沥青烟的产生,进一步减少对大气的污染。乳化沥青制成的各种常温路面与沥青加热混合路面有同样的路用性能,而且产生固体废弃物较少、节能环保,具有较大的应用空间。

3.1.2 采用环保、节能的沥青加热工艺

先进的沥青加热工艺是确保施工节能环保的关键。沥青的储存和使用过程需要做好保温工作,若储存方法不当,使其接触到阳光、氧气,或者温度过高就会导致沥青硬化,进而使沥青质增加、沥青延度降低,导致沥青的性能遭到破坏。因此,选用保温、密封的机械设备是节能环保的重要举措。此外,沥青烟是沥青路面施工过程中需要解决的主要问题,对沥青进行密封后加热,实现即热即提,避免了对沥青的反复加热,大大降低了沥青烟的产生。这样既节约了能源,又减少了有害气体的排放,改善了大气环境。

3.1.3 采用中温化沥青混合料

中温化沥青混合料是一种新型的节能环保热沥青混合料,利用中温化技术降低沥青混合料的搅拌、碾压以及摊铺温度,同时对其性能没有多大影响。中温化沥青混合料所需要的添加剂有发泡剂和发泡强化剂,这两种添加剂能够使沥青结构发生改变,产生一定的微气泡,有助于沥青性能的改善和提升。同时,该技术能够降低搅拌和碾压温度,经实验测定,中温化沥青混合料路面施工在能源消耗与二氧化碳的排放量方面比普通沥青混合料路面施工降低了30%,所以中温化沥青混合料具有良好的应用前景。

3.1.4 采用污染治理工艺

沥青烟是沥青路面施工中所要解决的重点和难点问题,沥青烟的防治尚且处于理论研究和试验阶段,一直以来只能缓解沥青烟的排放而没有有效的防治办法。燃烧法可以彻底解决沥青烟的污染,但是该技术尚不成熟,燃烧后的粉尘容易导致二次污染,而且需要较高的成本投入;电捕法是利用静电捕集器捕集沥青烟中的颗粒,此方法也需要较高的一次性投资,还需要加设污水处理设备;吸附法是通过吸附剂吸附沥青烟颗粒,此方法成本低,经济环保,不产生二次污染。但是从可持续发展角度出发,从根源上降低沥青烟的产生才是解决沥青烟污染的关键,所以要不断加强技术创新,改善加工工艺和污染治理工艺来实现沥青烟的有效治理。

3.1.5 采用环保的燃料

水煤浆燃料是一种新型的高技术产品,节能环保、负荷调节范围广、性能优越,具有较高的燃烧效率,而且易于储存,未来有较大的发展空间。气体燃料污染小,燃烧性能高,但是成本较高,所以今后要加强技术研发、降低成本、开发利用气体燃料。

3.2 减少水环境污染防治对策

沥青具有不溶于水的特性,只有在特定条件下或者其他物质作用下才会对水环境造成危害,所以要采取措施阻止外界因素的影响。首先,在公路运输过程中加强管理,避免危险品的泄漏,与沥青发生理化反应,影响沥青路面特性,造成水污染;其次,加强道路建设管理,禁止向水中投倒沥青,实行安全卫生填埋制度,禁止沥青的随意排放。

3.3 减少土壤环境污染防治对策

3.3.1 减少废物产生量

通过改进生产和施工工艺,采用改性沥青,减少沥青废弃物的产生量,同时提高公路的性能,延长道路使用寿命。

3.3.2 废物回收利用技术——旧路面再生技术

将所要翻修改造的旧沥青路面进行回收、破碎、筛分后,将沥青各个组分如再生剂、新集料、新沥青等适当配合,重新搅拌,从而得到性质不同的调和沥青。利用生产调和沥青的原理,将某种组分的低粘度再生剂或一定黏度的沥青加入到旧沥青中去,调配成黏度适宜、性能优越的再生沥青,这就是旧沥青的再生技术。旧沥青路面再生技术大大提高了路面维护的质量和效率,延长了道路使用寿命。旧沥青与新沥青在再生剂的作用下,调配成调和沥青。沥青路面施工中,每年都会有大量的沥青废弃物,如果能充分利用这些废弃料可以节省大量的沥青材料,同时有利于环境保护。旧路面再生技术又可以分为热再生和冷再生技术,二者都要对旧路面进行铣刨和回收,再添加适当的材料调制成再生沥青。由于冷再生技术是向旧沥青添加乳化沥青,环保效果更明显,符合可持续发展的要求,能够取得可观的经济效益和社会效益。所以,此项技术需要一定的政策支持,鼓励废旧沥青的再利用,还要加强旧沥青路面再生技术与施工工艺的技术研发和创新,实现设备与技术的同步创新、相互促进。此项技术已经在我国道路维修中得到了大量的试验和推广,例如沪宁高速公路上海段大中修工程采用了沥青路面现场热再生设备和技术进行表面作业,取得了较好的施工效果。2004年,中联重科研发了型号为LR4400的国产沥青路面加热机,实现了对沥青路面的充分高效加热和无烟雾排放,标志着我国在沥青路面维护领域进入了一个新时代。

4 结 语

沥青路面产生的环境污染是一个社会问题,其治理也是一个复杂的系统过程,需要政府部门和企业个人的共同努力。作为施工企业,在引进国外先进技术的同时需要不断加强技术创新、研发新设备、改进加热工艺,有针对性地采取有效措施来防治沥青路面对大气、土壤以及水源等产生的污染。政府部门应采取积极的政策支持,鼓励新型环保沥青材料在道路修建中的应用。

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Environmental Problems and Prevention Strategy of the Asphalt Pavement Construction

CHEN Jiɑn1,WANG Dong2
(1.Zhejiang Zhengfang Traffic Construction Co,Ltd,Jinhua 321025,China;2.ZheJiang Supervision on Highway and Waterway Transportation Construction Engineering Co,Ltd,Hangzhou 310004,China)

This paper mainly discusses the environment harm of asphalt pavement construction,and puts forward relevant prevention and control measures.

asphalt pavement; construction; environment; prevention

2014-06-10.

陈 剑(1979-),工程师.E-mail:43320263@qq.com

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.04.026