公路工程应用建筑垃圾碳减排效果研究

引言

我国每年产生建筑垃圾超 20 亿吨，综合利用率不足 10% ，而公路建设每年消耗数十亿立方米砂石料，形成 " 垃圾围城 " 与 " 资源紧缺 " 的双重矛盾。在 " 双碳 " 战略背景下，交通运输部 2021 年颁布《公路工程利用建筑垃圾技术规范》，推动建筑垃圾在路基填筑、路面基层等领域的规模化应用。研究表明，建筑垃圾再生利用不仅能消纳固废，更能通过替代天然集料、减少开挖运输等环节实现显著碳减排。

1 碳减排的三重作用机制

1.1 原材料替代效应

每立方米再生砖制品可减少 482kg 固体废弃物填埋，同时避免天然石料开采的碳排放。宁波案例显示，再生骨料生产过程的碳足迹较天然骨料降低34% ，单位减排量达 173.45kgCO₂/m³ 。

1.2 能源消耗节约

西咸北环线项目通过再生材料应用，节省生石灰 17 万吨、燃煤 3.2 万吨，相当于减少4000 万立方米 CO₂ 排放，印证了" 减碳即节能" 的协同关系。

1.3 运输半径优化

建筑垃圾就近加工利用可缩短运输距离。陕西项目数据显示，再生集料平均运输半径 15 公里，较外购石料减少 60% 运距，按重卡单位能耗计算，每吨公里可减排 0.12kgC0∗Ω

2 公路工程应用建筑垃圾碳减排效果

2.1 再生骨料用于路面基层和底基层

将建筑垃圾经过破碎、筛分等处理后制成再生骨料，可用于公路路面基层和底基层铺设。如水泥稳定再生骨料基层，具有一定的强度和稳定性，能替代部分天然碎石骨料。

2.2 减少翻灰工艺碳排放

节省工艺流程减少能源消耗产生的碳排放是在路基填筑施工工艺过程中，使用建筑垃圾再生材料相比其替代的灰土填筑减少了掺灰翻拌工序。

2.3 生命周期评价方法

采用“摇篮到大门”模型（Cradle-to-Gate）核算碳排放，边界涵盖：建筑垃圾清运：按 20t 卡车单位能耗 0.15L/km 计算；再生加工：破碎（8kWh/ 吨）、筛分（2kWh/ 吨）、活化处理（ 5kWh/ 吨）；材料运输：区分公路（ 0.12kgCO₂/ 吨・km）与水路（ 0.035kgCO₂/ 吨 ⋅km ）模式；替代减排：按 70% 替代率计算天然集料与水泥的隐含碳减少量。引入“动态排放因子”修正区域差异：西部干旱地区因集料含水率低，压实能耗减少 25% ，单位减排量提高 12% ；湿润地区需考虑额外干燥能耗，减排效益降低 8%-10% 。

2.4 政策实施的减排潜力

2025 年新版《建筑垃圾治理意见》提出的 50% 资源化率目标，若在公路工程领域落实，可产生显著减排效果：按全国公路年建设里程 1.2 万公里计算，每年可消纳建筑垃圾1.8 亿吨，替代天然骨料1.5 亿吨，减少碳排放约230 万吨，相当于种植 1.3 亿棵树的固碳量。新疆等地的实施方案进一步明确，到 2025 年高速公路沥青路面材料循环利用率需达 95% ，这将使西北干旱地区的公路工程碳排放量降低 18%-22%. 。政策激励机制对减排效果至关重要。

2.5 环境风险与协同效益

再生材料的环境风险主要体现在重金属浸出。美国公路研究显示，使用底灰替代天然骨料时，虽然能减少铅、汞等有害物质排放，但可能增加癌症风险的人体毒性潜能（HTP）。我国南方某高速的监测数据表明，再生骨料路基经20 年使用后，地下水中镉、铬等污染物浓度仍低于国家标准限值，但在酸性土壤地区需增加防渗层设计。除碳减排外，建筑垃圾再生利用还具有显著的协同效益：西咸北环线项目通过再生利用恢复垃圾场占用土地3000 亩，替代取土减少土地开挖 1000 余亩；天津项目节省占地 15.4 万平方米，相当于 21 个标准足球场。这些效益在土地资源紧张的东部地区尤为重要。

3 三维推广路径

3.1 技术创新方向

推广“三级破碎 + 磁选除杂”工艺，将再生集料压碎值控制在 26% 以内；研发纳米碳酸钙改性技术，提升再生混凝土低温抗裂性，使 -15℃冻融循环次数从 200 次提升至 300 次；建立再生材料碳足迹数据库，开发 BIM 集成的碳排放动态核算工具，精度控制在 ±5% 以内。

3.2 激励机制方面

扩大碳补贴范围，对再生材料用量超过 30% 的公路项目给予每吨 CO₂30- 50 元的补贴，这一政策能有效提高企业应用再生材料的积极性。具体实施时，需明确补贴的申请条件、审核流程和发放方式。申请条件应包括项目中再生材料的实际用量占比证明、碳排放核算报告等。审核工作可由交通部门联合环保部门共同开展，确保数据的真实性和准确性。补贴资金可从地方财政专项资金中列支，也可申请国家相关环保基金的支持。以一个年碳减排量为 1000 吨的公路项目为例，按照每吨 40 元的补贴标准，可获得 4 万元的补贴，这对于企业来说是一笔不小的收益，能在一定程度上弥补应用再生材料可能增加的成本。建立再生材料碳交易机制，允许企业将减排量纳入区域碳市场交易，为企业提供了另一种收益渠道。首先要建立统一的再生材料碳减排量核算方法，确保不同企业的减排量具有可比性。企业可将通过应用再生材料获得的碳减排量在区域碳市场上进行挂牌交易，其他需要减排指标的企业可进行购买。天津泡沫沥青冷再生项目在这方面做出了有益尝试，其通过碳核算模型获得的碳减排量若能进入碳市场交易，将为项目带来额外的经济收益，进一步激发企业参与建筑垃圾再生利用的热情。

3.3 风险管理方面

要求对再生材料进行重金属含量检测，是防范环境风险的基础环节。检测项目应包括铅、镉、铬、汞等常见重金属元素。检测方法可采用原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法等精确的检测手段。对于检测结果超标的再生材料，严禁用于公路工程，尤其是与土壤、地下水接触密切的部位。在生态敏感区和饮用水源保护区实施“再生材料环境影响评价强制制度”，需要在项目立项阶段就对再生材料的应用可能产生的环境影响进行全面评估。评估内容包括再生材料中有害物质的浸出可能性、对周边土壤和水源的影响等。若评估结果表明存在较大环境风险，应禁止在该区域使用再生材料，或要求采取严格的防范措施。推广防渗层和淋滤液收集技术，能有效防止再生材料中的有害物质渗透到土壤和地下水中。防渗层可采用高密度聚乙烯膜、复合土工膜等材料，其渗透系数应小于 10^-7cm/s_⨀ 。淋滤液收集技术则通过在再生材料层下方设置排水系统，将可能产生的淋滤液收集并进行处理，避免其直接污染环境。

综上所述，建筑垃圾在公路工程中的规模化应用，是破解 " 垃圾过剩 " 与" 资源短缺 " 矛盾的有效路径。全生命周期评价表明，其碳减排效果具有显著的多重协同性：既体现在原材料替代的直接减排，也包含能源节约的间接效益，更有服役期碳吸收的长期补偿。未来发展需突破标准不统一、技术碎片化等瓶颈，通过 " 动态排放因子 + 全链条建模 " 提升核算精度，依托碳交易市场激活减排动力。

参考文献

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