超酷的“三全”路 河南能否来一条?

2024-10-23 14:13:08

  如何破解?大河财立方记者此前采访了解到,一些项目或利用建筑垃圾填筑路基,或借由与沿线高标准农田建设、河道治理、坑塘整治相结合等措施,创新办法解决取土困难。

  还有更好的办法吗?日前,在建乌(海)玛(沁)高速公路宁夏石嘴山段(下称乌玛北高速),迎来全国20多个省份交通业者观摩,一场固废道路资源综合利用技术交流会也同步召开。

  作为交通运输部“大宗工业固废道路资源化综合利用科技示范工程”的依托工程,这条长57公里的高速,除了13公里桥涵段,实现了“全路段、全断面、全层位”利用工业固废,节约砂石、骨料量380万吨,节约水泥用量8万吨……

  据悉,交通运输部部属有关单位、各省交通运输厅、省级交投(交控、高速)集团等单位代表,从事固废利用的建设、管理及研究的企业和高校等代表,有关部科技示范工程实施单位以及自治区有关单位代表参会。本次会议由宁夏交通运输厅主办。

  金秋十月,天蓝地阔。贺兰山下,乌玛北高速,等待着一场观摩。近百位参会的专家代表来自25+个省份,涵盖交通运输行业管理部门、领军企业、科研机构、重点高校。

  步入项目高庙湖服务区,科普基地内一座大宗工业固废高速公路全结构层应用模型,“剖”开高速显露它的“内在”——

  路基是粉煤灰填筑的,底基层使用固废胶材稳定炉渣碎石,再往上是固废胶材稳定钢渣基层、钢渣沥青混凝土、钢渣橡胶沥青混凝土。

  也就是说,固废的使用上,涵盖了路基填筑、路面基层、路面面层、软土地基处理、附属工程等道路全结构层。

  粉煤灰、炉渣、钢渣,是可以安全利用或处置的一类工业固体废物,在乌玛北高速变废为宝。

  这造就乌玛北高速超高的“含绿量”。“全线%实现了固废资源综合利用,工业固废利用量超300万吨。”讲解人员介绍,工业固废资源化利用总结起来就是“三全”,即实现了“全路段、全断面、全层位”利用。

  乌玛北高速,因而成为全国在建工程中利用固废种类最多、结构层位应用最全、固废掺量比例高且固废利用规模最大的高速公路建设项目。

  对比大宗工业固废道路资源化综合利用科技示范工程的预期目标,比如实现固废替代面层集料量80%以上,替代基层碎石量50%以上,节约砂石、骨料量不少于200万吨……讲解人员介绍,由于实现了“三全”利用,最终超额完成各项目标。

  “乌玛北高速固废资源化利用能做到‘三全’,天时、地利、人和三者缺一不可。河南高速公路将从大规模建设阶段转换运维管养阶段,它的许多探索和经验,也值得河南高速公路借鉴。”参与观摩的河南交投集团工程技术部高级工程师杨朝旭告诉大河财立方记者。

  作为来自设计咨询单位的行业人士,河南省中工设计研究院集团股份有限公司(以下简称设研院)工程技术研究院高级工程师张晓果在观摩后感慨地说:“固废是放错地方的资源,开展固废道路资源化大规模利用,要解放思想,大胆假设、小心求证,通过科学合理的技术手段资源化、绿色化和安全化利用,变废为宝。”

  “理念上,我认为它不应该被称为废料,而是新建筑材料。”10月12日下午,在宁夏银川召开的固废道路资源综合利用技术观摩暨交流会上,同济大学教授孙立军表示,要实现从废料到材料的身份转变,需要利用技术,让它达到和“原料”相当的性能。

  如何实现从废料到材料的身份转变?在活动的第三个观摩点,乌玛高速宁夏石嘴山段固废基胶凝材料产业化生产基地,提供了一个直观的观察窗口——让固废材料摇身一变成为“绿色水泥”。

  根据水泥的定义,它是一种粉状水硬性无机胶凝材料。固废基胶凝材料,就是用固废生产的水泥。

  大河财立方记者注意到,固废基凝胶材料研发及产业化,是上述示范工程的任务之一。资料显示,该基地由宁夏交建集团、上海百奥恒新材料有限公司以及宁夏石嘴山市矿业(集团)有限公司3家公司合建。

  “在产品应用端,固废基胶凝材料实现了对传统硅酸盐水泥的等量化替代。”观摩现场,负责讲解的宁夏交建集团交通科技研究院副院长贾小龙介绍,基于宁夏工业固废特性,固废基凝胶材料以高炉矿渣、工业副产石膏、粉煤灰等工业固废为主要原料,外加少量激发剂,混磨而成新型水硬性胶凝材料。

  观摩现场展示的数据,乌玛高速宁夏石嘴山段利用固废基胶凝材料道路化应用技术,开展全线路面基层、固废基小型预制构件推广应用,共消纳各类工业固废共计15万吨,降低碳排放量5.4万吨……

  据介绍,降碳,主要在于相比传统水泥的“两磨一烧”生产制备过程,“绿色水泥”省去了“一磨一烧”工艺环节,“最终实现工业固废利用率95%、碳减排90%、降低能耗85%,经济、社会、生态环境效益显著。”

  对于观摩人士尤为关心的技术指标问题,从现场展示指标数据来看,几乎都要优于传统水泥。

  贾小龙接受大河财立方记者采访时表示,能在乌玛高速宁夏石嘴山段实现全固废胶凝材料的研发和产业化,得益于项目占据了天时、地利、人和。

  ——无论是美丽中国建设还是实现“双碳”目标,都提出要从强化固废治理和循环利用着力,全固废胶凝材料的研发落地,符合国家政策。同时,这也是基于企业自身的内在需求。

  “我们做的,就是水泥的新质生产力。”贾小龙说,针对这项技术,宁夏交建集团做了系统研究,“围绕能不能用、怎么用、如何用好,先后开展了室内小试、中试验证、低等级公路规模化推广,在条件成熟的基础上才开始在乌玛北高速公路的全线推广,并成功实现产业化落地,它经历了一个反复验证和确认的过程。”

  为何宁夏要在固废道路资源综合利用上大做文章,又如何成为全国示范?这是不少与会人士的疑问。

  一位宁夏交通系统人士告诉大河财立方记者,乌玛北高速所在的石嘴山市号称“塞上煤城”,是全国首批12个资源枯竭转型城市试点之一,工业固废种类多、产量大、综合利用率低。同时,域内筑路资源严重匮乏。

  “可能在大家的印象中,西北地区国土面积大,固废非常容易处置。但事实是,近年来用于处理固废的填埋场逐渐饱和。”该人士说。

  于是,在国家固废利用导向之下,乌玛高速宁夏石嘴山段结合交通强国建设试点任务和沿线区域特点,积极开展工业固废道路资源化利用与探索。

  2022年12月,宁夏交投集团申报的“乌玛高速宁夏石嘴山段大宗工业固废道路资源化综合利用科技示范工程”获得交通运输部的立项批复,实现了宁夏科技示范工程零的突破。

  按照“因地制宜、能用尽用、环境协调、经济合理”原则,宁夏围绕钢渣、粉煤灰、煤矸石、炉渣、脱硫石膏等工业固废,开展大宗工业固废在路基、路面、附属工程等应用场景的技术创新和应用示范。

  “宁夏形成了可复制、可推广的技术成果和‘宁夏经验’,将为全国交通行业推广工业固废道路规模化综合利用提供典型示范。”在观摩中,宁夏交通行业人士表示。

  复制推广的需求是真切的。会议次日,记者再次见到贾小龙。他说,宁夏交建作为乌玛北高速的建设方,这两日已经有不少公司与宁夏交建集团接洽,或讨论技术落地,或讨论开展产能合作。

  “作为交通运输部的科技示范工程,它探索和形成的经验,是要向全国进行推广复制的。”贾小龙说,就全固废胶凝材料这项技术而言,宁夏先行先试,形成了成功的经验。从全国来看,具有很好的发展前景。针对区域固废的差异性,还是要“粗粮细吃”,针对不同地区的固废特性,做系统化研究和分析,形成成熟技术再去推广,这样应该会有很好的应用前景。

  哪些可以进行资源综合利用?据介绍,主要是一类工业固废,包括高炉渣、钢渣、粉煤灰、废石膏等。

  统计数据显示,2022年,全国一般工业固体废物产生量41.1亿吨。产生量排名上,山西、内蒙古、河北、辽宁、山东排名前五位,河南紧随其后。

  工业固废道路资源化综合利用,河南的情况如何?大河财立方记者从河南省交通运输厅了解到,在积极推广建筑垃圾再利用之外,河南同时在加快工业固体废弃物再利用。

  近三年,河南省交通运输行业积极推广在建、已建项目在路基、路面、混凝土结构等使用煤矸石、煤渣、钢渣、粉煤灰等工业固体废弃物,已累计使用工业固体废弃物514.83万方。

  河南省交通运输厅科技处副处长刘国宏介绍,这条高速全长148.8公里,原设计7个标段均采用水泥或石灰处治路基填土,后经设计变更,部分标段采用工业固废绿色低碳土壤固化材料替代水泥或石灰,进行路基填土土质改良,累计消纳工业固废约4.6万吨,改良路床26.1公里,占该分项工程的17.5%左右。

  张晓果介绍,近年来,积极研发推广固废基土壤固化改良技术、多源废胎胶粉复合改性沥青技术等。其中,固废基土壤固化改良技术,已在上罗高速、许信高速、沈皖高速等累计应用8万余吨,应用效果良好,相关发明专利获第四届河南省专利奖二等奖。

  而多源废胎胶粉复合改性沥青技术已在河南省内武云高速、机西高速二期、尧栾高速、息邢高速、周南高速、济阳高速、上罗高速、阳新高速濮阳段一期工程等新建项目以及许平南、省交投集团南阳分公司沪陕高速等养护项目中推广应用里程近1000公里,研究成果获河南省科技进步二等奖。

  值得注意的是,2023年12月,河南印发《河南省固体废物综合利用产业绿色低碳高质量发展行动方案》,提出到2025年,产业规模稳定扩大,固体废物综合利用产业规模超过1500亿元,年均增长10%以上。

  就工业固体废物,文件提出,要提高工业固体废物产业化、高值化水平,到2025年,工业固体废物综合利用产业规模达到500亿元左右,打造国内先进的工业固体废物综合利用产业基地。

  就建设创新引领型研发平台,文件提出,支持黄淮实验室建设低碳绿色循环先进技术国家实验室和科技创新中心。

  在发展路径上,拓宽煤矸石、粉煤灰、工业副产石膏应用领域,研发煤矸石联产钾硅肥、土壤改良增肥等技术,推动利用工业副产石膏生产保温隔声凝胶材料等高附加值产品,提高其在绿色建材和路基材料中的应用比例。

  同时,今年5月,2024年河南省科技活动周上,主场展览现场,参展单位带来了固废材料道路工程循环利用等一系列、新技术及新装备成果。

  观摩现场信息显示,在该项目固废综合利用成果之一的固废基凝胶材料的工程应用层面,河南沿黄高速YHSG-1段稳定土路基上,也有应用该项技术。

  同时,在产业化布局层面,今年4月底,河南焦作基地一期50万吨产能已经投产。

  大河财立方记者了解到,该基地是由黄淮实验室科技成果转化落地的典范。河南加快建设国家创新高地和重要人才中心,离不开高能级创新平台的支撑。省实验室,就是河南高能级创新平台的“第一梯队”。

  据悉,黄淮实验室是省委省政府批准的唯一聚焦生态环境保护与绿色低碳循环领域的省实验室。2024年4月,黄淮实验室与上海百奥恒有限公司在北京中国环境科学研究院签署了合作协议,共同成立“黄淮实验室百奥恒绿色低碳新材料研究中心”,中心专注于低碳地质聚合物胶凝材料的研发及应用,并提供新型城市服务及工业固废整体解决方案。

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  焦作基地负责人林士伟告诉大河财立方记者,依托黄淮实验室百奥恒绿色低碳新材料研究中心在低碳地质聚合物胶凝材料的持续探索与核心技术,在焦作投产的首条百万吨赤泥基低碳胶凝材料项目,是目前全球范围内在低碳水泥当中单条产线产量最大的案例。

  “无论是固废基胶凝材料,还是工业固废协同水化胶凝材料,我们都统称为低碳地质聚合物胶凝材料,简单来说就是利用各种工业固废制造新型的低碳建筑材料,以替代传统使用的水泥和石灰。”他介绍。

  黄淮实验室主任助理张敬申介绍:“不同于传统水泥的制备过程,低碳地质聚合物胶凝材料不使用碳酸盐原料,没有高温烧结工艺,从而大幅度降低能耗和碳排放。新的低碳材料也改变了传统水泥的一个通用型材料打天下的方式,根据应用场景的不同提供系列的产品组合,我们采用多固废协同激发的方案,可以生产适应多个应用场景的低碳地质聚合物胶凝材料。相比于普通水泥,低碳地质聚合物胶凝材料可以降低80%的碳排放,并降低20%~30%的成本。”

  这项技术,还将应用于在建长垣至修武高速公路封丘至修武段。目前,这条高速已经成为河南省交通运输绿色低碳试点项目。

  根据项目建设内容,这条高速将围绕基于工业固废协同水化胶凝作用的粉砂土改良技术等进行应用,项目选取适合路段采用工业固废协同水化胶凝材料代替水泥进行路基土改良,用量约1.5万吨。

  “在长修高速之前,这项技术已经应用在部分农村公路、市政道路等方面,但还没有大规模应用。”林士伟向大河财立方记者表示,希望通过宁夏的示范,可以在河南、在全国对低碳地质聚合物胶凝材料进行更大范围的规模化应用。“这项技术在生产端已经非常成熟,标准、碳标签、碳方法论都齐备了,可以大规模应用。”

  根据新的《国家公路网规划》,到2035年,国家公路网总规模约46.1万公里,其中高速约16.2万公里。

  同时,各省提出2035年省道路网规划,为工业固废道路规模化综合利用,提供了广阔的应用场景和现实需求支撑。

  “全路段、全断面、全层位”利用固废,修建一条高速公路,看起来很酷。面对现实需求,河南要不要也来一条?

  从条件来看,河南仍有大量在建高速公路,这为固废道路大规模资源化利用提供了工程条件;河南固废种类多样、来源广泛,具备开展多维度资源化协同利用的资源条件。

  从技术和标准层面来看,河南也在不断加大固废材料道路工程循环利用技术研究。特别是2021年河南省科技厅批复依托设研院成立河南省固废材料道路工程循环利用重点实验室,2023年省委省政府批准设立了黄淮实验室,这些高能级创新平台的科技支撑开展了多场景应用研究,具备固废资源道路工程应用的技术支撑条件。

  同时,河南持续推进固废材料循环利用研发成果标准固化,编制发布相关地方标准,完善了固废资源规模化应用的标准条件。

  “下一步,河南需要学习宁夏经验,拓展不同类型固废资源在道路工程的综合应用场景,丰富成果转化应用途径,打造具有河南特色的固废资源集成应用示范工程,推进固废资源的规模化转化应用。”张晓果告诉大河财立方记者。

  应用单位怎么看?对于宁夏此行所见所闻,杨朝旭认为,河南交投集团目前正在推进实施“1+5+3+9”科技创新发展战略,以求让科技创新“关键变量”成为高质量发展“最大增量”。

  在他看来,乌玛北高速的道路固废资源综合利用,也为河南高速公路建设、养护提供了有益的参考。

  比如,河南用于高速上面层的玄武岩资源较为匮乏,之前甚至跨省用材,宁夏在全层位利用钢渣的做法,相信未来也会更大范围在河南高速使用;固废基胶凝材料的使用,可以应用在水泥不便取得的路段……

  “通过科技创新,提升高速公路固废综合利用比例,达到消纳固废、降低工程造价的目的,这是一场双向奔赴。”杨朝旭认为,高速公路的建设和后期养护,有大量的应用场景,在安全的大前提下,因地制宜,综合考虑成本、资源优化配置、技术适用性等因素,相信未来会有更多固废资料应用在河南高速公路建养上。

  不过,正如观摩交流活动上宁夏方面所介绍的,在乌玛北高速的应用的这些技术,在推广上也存在诸多制约因素——比如,原材料价格波动较大,成本管控较难;经济运距受限,运距成本升高;施工工艺相对复杂,导致施工成本增加;行业技术规范不全,控制指标缺乏。

  交流会上,大河财立方记者注意到,交通运输部科学研究院相关负责人表示,在固废资源综合利用的实践中,需要做到能用、敢用、想用。

  其中,能用指向科技者,需要发挥材料特性,科学合理利用;因地制宜原则,减少工程造价;解决特殊问题,提高技术价值。

  敢用指向建设者,需要做到材料稳定,能够大规模批量化生产和利用;环境安全,消除固废材料对生态环境影响;标准规范,全面推动固废资源化推广应用。

  想用指向管理者,需要出台政策引导,创造良好的环境和条件;政府推动,大力实施典型示范工程;多方联动,建立路用协同解决方案。

  河南能否拥有一条实现全固废利用高速公路?天时、地利、人和,三者显然缺一不可。


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