破“垃圾围城”之困，基建与固废的“双向奔赴”

 

数十年来，我国经济高速发展，工业化、城镇化进程加快，城市、交通等基础设施建设步伐提速。在经济社会繁荣发展的背后，不可忽视自然资源需求的不断增长，以及“垃圾围城”埋下的隐患。  

有数据显示，我国仅固废垃圾现有600亿吨的堆积体量、每年超过50亿吨的增量、40%的被丢弃量。随着“双碳”目标的逐步推进，   建筑垃圾、道路垃圾、工业尾矿、冶炼废渣等固体废弃物资源化利用，已然成为我国探索绿色低碳发展之路上一道绕不开的坎 。  

如何实现固废资源化？需要在资源与固废“此消彼长”中找到供需契合性。2019年，国家重点研发计划“固废资源化”重点专项——“长江中游典型城市群多源无机固废集约利用及示范”项目（简称“固废集约利用及示范项目”）落地湖南，为双方合作找到了许多新的答案，并开启了一场       绿色与发展的“双向奔赴” 。    

这项“国字号”重点研发计划花落湖南建设投资集团（原湖南交水建集团），由湖南省交通科研院有限公司（简称湖南交科院）主导，联合北京大学、湖南大学、中国建筑材料科学研究总院、中建五局等10家单位承担。

“废料”巧变“原料”

   

   

技术加持让固废找到“归宿”

湖南素有“有色金属之乡”美称，与生俱来的资源禀赋是经济发展的底气，但矿产冶炼、工业废渣等产出堆放也成为压在绿色发展头上的一座“大山”。  

以钢渣为例，湖南每年钢渣产出量近400万吨。放眼全国，中国钢渣产量现已达到1.6亿吨，累计存储量已达12亿吨，综合利用率仅约10%，大量被堆弃、填埋，占用土地、破坏环境等系列问题接踵而至。  

“钢渣力学性能优良，具有坚固、耐磨、针片状含量小等特点，适用于沥青混合料中碎石的替代，合理利用能够节省大量的天然石料。”湖南交科院国家重点研发计划项目团队科研带头人陈宇亮博士介绍，因此，团队选择将钢渣的变废为宝，作为一个重点攻坚方向。  

钢渣材料

由于钢渣多孔隙、大密度，直接用于路面其稳定性、耐久性较差。为解决这个问题，湖南交科院团队在固废集约利用及示范项目推进过程中，通过蓝光3D扫描实验，定量测定钢渣表面的多孔特性，揭示了无效沥青胶浆与混合料路用性能的相关性， 首次在国内提出了钢渣“无效沥青胶浆”概念 。  

“通过优化施工工艺，延长钢渣沥青湿拌时间10-15秒，确保了沥青胶浆有效填满钢渣的开口孔隙，可以防止水分进入，大幅提升了沥青混合料的路用性能。”湖南交科院国家重点研发计划项目团队成员黄毅解释，采用无效沥青胶浆工法，使得钢渣得以顺利替代玄武岩、辉绿岩等优质天然石料，应用于沥青路面表面层，大大提升了钢渣的利用价值。      

道路垃圾“变身”基建原料，湖南交科院团队通过添加再生剂和再生混合料改性剂，对老化沥青和再生混合料进行双重改性，将改性沥青混合料中RAP（沥青回收料）占比从30%左右提高到50%以上，使复杂来源的RAP中的旧沥青可以100%再生利用。“双改性”概念的提出在国内尚属首次，其研究成果被中国公路建设行业协会评为“国际先进”。    

钢渣沥青路面摊铺

围绕海绵城市“渗、滞、净、用、排”多功能需求，团队攻克了多源固废制备生态陶粒中重金属固化、孔结构与物相定向调控等科学技术难题，研发了具有“高效吸水、高效储水、强力净水、缓慢释水”四大特征的生态陶粒。该技术入选国家生态环境部《国家先进污染防治技术目录（固体废物和土壤污染防治领域）》。  

系列技术难题被攻克，打通了固废垃圾的“重生”之路。  

基于“海绵城市”建设特点，湖南交科院等10家单位在固废集约利用及示范项目推进过程中，联合研发了吸声降噪透水沥青、再生骨料透水混凝土、有机-无机复合透水材料、生态陶粒等新产品、新技术和新装备19种，道路垃圾原位再生替代碎石等新技术和新装备6套，申请了专利43件，标准规范、图集等32部，工法10部。  

陈宇亮介绍，这些研究成果解决了“海绵城市”建设过程中材料功能单一、寿命短等瓶颈问题，为“海绵城市”建设提供了高性能、高寿命、高价值产品。  

试验场走向应用场

   

   

固废“新生”赋能基建行业

固废集约利用及示范项目解决的远不止技术研发的问题，作为这个“国字号”专项实施的重要一环，就是   研究成果必须要走出实验室，走向应用场，确保可利用、可推广、可复制   。  

旧水泥混凝土路面经共振碎石装备碾过，厚重的水泥板被完整破碎，在上面铺筑沥青，一条美观耐用的崭新道路几天时间就建好了！道路垃圾就地利用，湖南交科院与山东兴路重工科技有限公司联手，实现了旧水泥混凝土路面100%就地利用替代碎石，破解了国内道路垃圾原位资源化核心装备的“卡脖子”问题。  

建筑垃圾再生骨料生产现场

目前，道路垃圾原位再生替代碎石基层在衡枣高速大修工程等工程中应用示范，面积达120万平方米，兼具经济效益与社会效益。在衡枣大修工程中，共振碎石化方案的实施，相较于连续配筋复合式路面方案约节省9106万元。  

钢渣化身铺路石，建筑垃圾制成再生石料……6种新技术、新产品应用于洞庭湖环线高速——平益高速，示范面积达52.5万平方米，路况运营状况整体良好。  

值得一提的是，平益高速还首次应用并建立全省首个固废路面结构长期性能监测站，首次针对建筑垃圾再生骨料、再生沥青等固废，在海绵城市建设中应用时的碳排放进行了核算。  

平益高速示范工程沥青排水路面施工

以高掺量再生沥青混合料为例，1000立方米高掺量再生沥青混合料在建设全过程中，二氧化碳的碳排放为176.9吨，远低于改性沥青混合料的263.4吨，减排效率为32.8%，经济效益、社会效益、环境效益兼具。  

项目研究成果不仅在交通领域落地，道路垃圾、建筑垃圾等被制成透水、蓄水建筑材料被广泛应用于城市建设、广场绿化、环境治理之中。  

陆生植物错落有致，草木丰盈，生态陶粒收集、净化水质，常德生态智慧城成为一座会“呼吸”的雨水花园。  

常德生态智慧城鸟瞰图

河道内流水潺潺，两岸郁郁葱葱，长沙圭塘河海绵公园以科技+自然的力量重塑河道生态，打造“水体无黑臭、小雨不积水、大雨无内涝”的海绵城市公园样板。

“目前，基于‘长江中游典型城市群多源无机固废集约利用及示范’项目研发的技术、装备和产品，已在省内外20多条高速公路、地方公路进行了示范应用。”陈宇亮介绍，这其中包括了长沙圭塘河海绵公园、常德生态智慧城、平益高速公路新建工程、衡枣高速公路大修工程等示范工程，示范总面积高达281.8万平方米，涵盖了建筑与小区、城市绿地与广场、城市道路、国省干线公路、城市水系等基建行业的五类应用场景。

  圭塘河示范基地旧貌（上图）和新貌（下图）

价值链延伸产业链

   

   

固废资源化开出新“药方”

据灼策咨询预测，2025年，我国工业固废处置行业产值将达1.3万亿元，工业固废处置行业迈向万亿规模，成为新的经济增长点。从“长江中游典型城市群多源无机固废集约利用及示范”项目应用成果便可一窥全貌。

湖南交科院团队对长江中游三省调查数据显示，湖南省、湖北省、江西省平均每年分别产生道路垃圾约100万立方米、140万立方米、80万立方米，产生建筑垃圾19008万吨、22397万吨、14172万吨左右，产生花岗岩边角料等固废52.3万吨、330.9万吨、3.7万吨。  

“化废物为资源、变‘包袱’为效益，巨大的固废垃圾产量，也孕育着庞大的固废处理产业市场空间。”湖南交科院主要负责人郑长安表示，随着多源固废制备生态化建材技术的进一步推广应用，根据长江中游城市群现有固废存量和固废利用的效益进行测算，   固废集约利用及示范项目开展的多源固废资源化利用预计年均可实现产值将80亿元， 经济效益 十分显著 。  

不仅如此，该项目研发的新材料、新技术通过工程示范，累计减少天然石料13330吨，实现了道路垃圾、建筑垃圾等多源固废高附加值利用，预计   年均可以减少山体开挖200万立方米，减少固废堆放的场地近8万平方米，具有非常显著的 社会效益 。同时， 多源固废资源化利用每年可减碳60万吨， 环境效益 也十分突出 。  

基于多源固废集约利用的现有价值链，项目团队探索向业务范围深度和广度延伸，集聚向上延伸到产废企业，向下到应用企业，横向扩张到互补产品的相关企业，形成一条完整的产学研用产业链，结合固废特性与价值潜力实现梯级消纳，在“海绵城市”道路、公园、环境治理等多场景利用，有效推动“优质固废高值利用、低值固废增值利用、难消纳固废有效利用”的利用方案实施与商业化运行。  

固废利用的商业模式

从一个资源消耗体，变为一个将消耗转化为资源的循环体，长江中游典型城市群多源无机固废集约利用及示范项目显然为“垃圾围城”困局、多源固废难以规模化利用的行业难题，找到了新的解决思路。  

国家重点研发计划项目助跑，湖南交科院凭借深厚的基础优势与科研积淀，在固废资源化领域树立起科技自立自强的湖南旗帜！

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