摘要：簡(jiǎn)要介紹環(huán)境材料的概念，從提高材料性能、節(jié)約天然資源、充分利用廢棄物以及凈化環(huán)境方面討論道路建筑材料與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)性;提出采用生命周期評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)道路建筑材料與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

　　關(guān)鍵詞： 環(huán)境材料,環(huán)境協(xié)調(diào)性,生命周期評(píng)價(jià)

　　隨著我國(guó)公路事業(yè)的迅猛發(fā)展，道路建筑材料作為公路及其構(gòu)筑物的物質(zhì)基礎(chǔ)得到了大量的使用。而道路建筑材料原材料的采集會(huì)導(dǎo)致資源的枯竭;道路建筑材料的制造要消耗能量，產(chǎn)生與地球溫室效應(yīng)和酸雨相關(guān)的污染;公路的改建和擴(kuò)建又產(chǎn)生大量的建筑垃圾等。因此思考道路建筑材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性是非常必要的，其關(guān)系到人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展和人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

　　一、環(huán)境材料

　　自然環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。但人類對(duì)自然平衡的干預(yù)已超過(guò)了自然界的再生能力和自我調(diào)節(jié)能力，使不同水平的自然平衡都已瀕臨自我修復(fù)的極限，從而引出了如資源枯竭、能源短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題[1]。

　　在此背景下, 20世紀(jì)90年代初, 日本學(xué)者山本良一等人首次提出了環(huán)境材料的概念, 受到世界各國(guó)材料工作者的積極響應(yīng)。

　　環(huán)境材料英文名稱為Ecomaterials(Environmentally Conscious Materials或Ecological Materials)，可以解釋為具有環(huán)境意識(shí)的材料或生態(tài)學(xué)材料，強(qiáng)調(diào)的是材料在具有優(yōu)良的使用性能的前提下還具有最佳的環(huán)境協(xié)調(diào)性。環(huán)境材料應(yīng)該具備3個(gè)主要特征：在保證良好的使用性能的前提下，首先要節(jié)約資源和能源;減少環(huán)境污染，避免溫室效應(yīng)和臭氧層的破壞;容易回收和再利用。

　　二、提高道路建筑材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性

　　目前, 國(guó)內(nèi)外道路建筑材料主要有混凝土、水泥、瀝青，一些回收再利用的廢棄物也用作道路建筑材料。按照環(huán)境材料的定義[2] , 道路建筑材料對(duì)環(huán)境的協(xié)調(diào)性的含義應(yīng)是在滿足道路交通要求的前提下，更注重環(huán)境因素，能減輕對(duì)地球的環(huán)境負(fù)荷，有利于節(jié)約資源和保持生態(tài)平衡。

　　因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)道路建筑材料的科學(xué)技術(shù)研究，提高其對(duì)環(huán)境的協(xié)調(diào)性。

　　1、 提高材料性能，減少資源消耗

　　高性能水泥和高性能混凝土由于其性能優(yōu)越，使用壽命延長(zhǎng)，減少了維護(hù)和重建所需水泥和混凝土，節(jié)約大量資源和能源。因此，高性能水泥和高性能混凝土均體現(xiàn)出對(duì)環(huán)境的協(xié)調(diào)性[3]。

　　(1)高性能道路水泥

　　高性能道路水泥是具備高抗折強(qiáng)度、高耐久性、高耐疲勞極限、極低的f-CaO含量及低變形性能的一種新型膠凝材料[3]。

　　使用高性能道路水泥澆注路面，達(dá)到強(qiáng)度要求的水泥用量比普通水泥澆注降低15 %左右。同時(shí)，用高性能道路水泥修建的水泥混凝土路面剛度大、擴(kuò)散荷載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)，減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

　　吳中偉教授[4]認(rèn)為，高性能道路混凝土應(yīng)具備優(yōu)良工作性、高抗折強(qiáng)度、高耐疲勞極限、小變形性質(zhì)、高耐久性，耐磨性等。

　　實(shí)現(xiàn)道路混凝土的高性能，除了要使用高性能道路水泥外，還須摻足夠數(shù)量的活性細(xì)摻料與復(fù)合高效外加劑。大量應(yīng)用以工業(yè)廢液，尤其是紙漿黑液為原料改性制造的減水劑，以及在此基礎(chǔ)上研制的其他復(fù)合外加劑 [3]。

　　2、 廢棄物用做道路建筑材料的生產(chǎn)原料或燃料

　　廢棄物生產(chǎn)道路建筑材料，有兩種方式：一種是用作水泥原料或混合材以及煅燒水泥時(shí)的燃料，生產(chǎn)道路水泥;另一種是用作混凝土的活性摻料和混凝土的骨料，生產(chǎn)道路混凝土。

　　(1)用廢棄物生產(chǎn)道路水泥

　　廢棄物生產(chǎn)道路水泥主要有以下兩種方式： 一是利用其他工業(yè)廢渣或固體垃圾用作水泥的原料或混合材，減少甚至避免對(duì)自然資源石灰石和粘土的消耗，解決了大量溫室氣體CO2 的排放;二是利用可燃廢料作為生產(chǎn)道路水泥的燃料，節(jié)約了能源。水泥混合材利用的工業(yè)廢渣的數(shù)量最多，目前在我國(guó)水泥混合材中已經(jīng)占到20 %左右[5] 。

　　(2)用廢棄物生產(chǎn)道路混凝土

　　道路混凝土主要組分水泥在生產(chǎn)時(shí)排放出大量溫室CO2 氣體等有害氣體與粉塵;混凝土體積的70 %～80 %為砂石骨料，大量粘土、石灰石和砂石等的開(kāi)采，破壞自然環(huán)境和山川地貌，造成水土流失、河流改道等嚴(yán)重后果[3]。

　　在道路混凝土的生產(chǎn)中盡量多地?fù)郊訌U棄物，在保證路用性能的前提下，可更多的節(jié)約熟料水泥，降低對(duì)資源和能源的消耗以及對(duì)環(huán)境的污染。

　　3 、廢棄物直接作為道路建筑材料

　　廢棄物本身也可以直接作為道路建筑材料鋪筑道路 [3]。

　　(1)經(jīng)過(guò)加工后作為一種新膠凝材料替代水泥或?yàn)r青。如武漢水利電力大學(xué)侯浩波等利用工業(yè)礦渣、高鈣粉煤灰等為主要原料，加入高效活化劑，研制出一種新型水硬性膠凝材料;纖維素廢料用在瀝青混凝土中代替部分瀝青，其使用性能與普通的瀝青無(wú)明顯差異等。

　　(2)加工后作為一種新型混凝土。如生活垃圾經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理后得到的一種路用材料——固體生活垃圾混凝土;還有用下水道污泥和城市垃圾的焚燒灰與粉煤灰混合配制一種輕質(zhì)混凝土等。

　　(3)作為混凝土集料用于道路基層。如玻璃、高爐爐渣、飛灰(粉煤灰) 等可用做基層穩(wěn)定材料。

　　(4)舊的道路混凝土再生。再生的水泥混凝土料，可用作非穩(wěn)定基層性集料、穩(wěn)定基層集料，還可用作面層新混凝土混合料的集料，碾碎后還可做瀝青混合料、基層和底基層的集料;回收的舊瀝青混凝土可以在加熱后與瀝青和石料重新拌和生產(chǎn)新的瀝青混合料，也可磨細(xì)成均勻的混合料，與一定的乳化瀝青、水泥拌和做基層;另外，利用再生集料鋪設(shè)的道路混凝土還可以再利用，且“重新利用再生集料”的混凝土能達(dá)到需的性能。

　　4 具有凈化汽車尾氣功能的道路建筑材料

　　汽車尾氣已經(jīng)成為一個(gè)嚴(yán)重的大氣污染源，開(kāi)發(fā)具有凈化汽車尾氣功能的道路建筑材料，是建設(shè)環(huán)保型道路的需要。

　　光催化劑二氧化鈦可以在太陽(yáng)光的照射下將汽車尾氣中的NOX、CO 和碳?xì)浠�合�?CH) 等氧化成HNO3、CO2 和H2O，而達(dá)到凈化空氣的效果。日本已經(jīng)率先利用這一原理開(kāi)發(fā)出具有光催化作用的混凝土和一種具有光催化作用的路面材料[3]。

　　三、科學(xué)系統(tǒng)地評(píng)價(jià)道路建筑材料與環(huán)境的協(xié)調(diào)性

　　道路建筑材料與環(huán)境的協(xié)調(diào)性強(qiáng)調(diào)的是一個(gè)系統(tǒng)的概念，不能只看生產(chǎn)或使用過(guò)程中的某一個(gè)環(huán)節(jié)。如果沒(méi)有系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)出的道路建筑材料就有可能在一個(gè)方面反映出綠色，而在其它方面則是黑色，評(píng)價(jià)時(shí)難免失之偏頗甚至誤導(dǎo)。

　　作為評(píng)價(jià)和解決環(huán)境問(wèn)題的有效工具，生命周期評(píng)價(jià)(Life Cycle Assessment，簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)CA)可以用來(lái)評(píng)價(jià)道路建筑材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性。LCA 是對(duì)材料從制造、使用到回收、廢棄物處理的全過(guò)程中，進(jìn)行環(huán)境污染、能源和資源消耗與環(huán)境影響大小評(píng)價(jià)的一種方法，由定義目標(biāo)與確定范圍、清單分析、影響評(píng)價(jià)和改善評(píng)價(jià)4個(gè)相互聯(lián)系的有機(jī)部分組成[6]。LCA經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展已經(jīng)成為一種比較成熟的分析方法，其應(yīng)用已覆蓋整個(gè)工業(yè)社會(huì)，涉及到工業(yè)產(chǎn)品及生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、改善和環(huán)境政策制訂等諸多方面。在道路建筑材料領(lǐng)域建立生命周期評(píng)價(jià)的理論和方法體系，可為道路建筑材料的可持續(xù)發(fā)展以及與環(huán)境相協(xié)調(diào)性的評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)和方法。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述，我們應(yīng)當(dāng)更加注意人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)道路建筑材料的科學(xué)技術(shù)研究，有效地提高和科學(xué)系統(tǒng)地評(píng)價(jià)其與環(huán)境的協(xié)調(diào)性，從而實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn):

　　[ 1 ] 段聯(lián)合,曹勝斌. 科學(xué)技術(shù)哲學(xué)教程[ M ] . 北京: 科學(xué)出版社,2003-9.

　　[ 2 ] 山本良一, 著, 王天民, 譯. 環(huán)境材料[ M ] . 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1997-1.

　　[ 3 ] 趙聯(lián)芳 , 傅大放 , 錢春香. 論道路建筑材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性[ J ] . 公路交通科技, 2003 , 20(4) : 12 - 15.

　　[ 4 ] 吳中偉. 高性能混凝土(HPC) 的發(fā)展趨勢(shì)與問(wèn)題[ J ] . 建筑技術(shù), 1998 , 29 (1) : 8 - 13.

　　[ 5 ] 高長(zhǎng)明. 水泥工業(yè)與環(huán)境保護(hù)[ J ] . 新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào), 1996 , 2(3) : 3 - 6.

　　[ 6 ] 楊建新. 面向產(chǎn)品的環(huán)境管理工具: 產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)[ J ] .環(huán)境科學(xué), 1999 , 20 (1) : 100 - 103.

　　本文選自《科學(xué)技術(shù)與工程》。  《科學(xué)技術(shù)與工程》是中國(guó)科協(xié)主管，中國(guó)技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)會(huì)主辦的學(xué)術(shù)性期刊。2001年創(chuàng)刊，半月刊，期刊號(hào)：CN11-4688/T，ISSN1671-1815。