聚苯乙烯泡沫塑料在公路路基中的應(yīng)用

聚苯乙烯泡沫塑料在公路路基中的應(yīng)用

苯乙烯泡沫塑料（ep）是一種性能優(yōu)良的泡沫塑料。具有重量輕、抗壓縮性小、吸水性小、隔熱性好、絕緣性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，它可以應(yīng)用于道路建設(shè)項(xiàng)目，可以解決各種特殊的土地條件問題，如防止軟土基沉降。降低坡度和橋梁站的差異，減少或解決橋梁的沉降。避免冷地區(qū)的基礎(chǔ)凍脹。自1972年挪威首次在路堤中填筑EPS材料獲得成功后,EPS材料應(yīng)用于公路建設(shè)在加拿大、瑞典、日本等國(guó)迅速推廣發(fā)展起來,我國(guó)目前也已有應(yīng)用實(shí)例,如同三高速公路上海港新段大泖港橋南橋橋頭引道中,在減小了橋頭沉降差異問題時(shí),就采用了EPS路堤技術(shù)。在公路建設(shè)中,EPS材料除了具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能,從環(huán)境友好的角度來看,路用EPS材料也是環(huán)境友好材料。1道路采用異質(zhì)環(huán)境友好譜分析1.1節(jié)約資源(1)路基土方高度在公路建設(shè)中,用EPS填筑路堤,可以節(jié)約大量的土地資源。一般情況下,路基和路面的工程數(shù)量十分可觀,微丘陵區(qū)的三級(jí)公路土石方數(shù)量約為8000～16000m3/km,山嶺、重丘區(qū)的三級(jí)公路可達(dá)20000～60000m3/km,對(duì)于高速公路,數(shù)量更大。我國(guó)高速公路在平原區(qū)的路基土方高度一般在3m左右,如西臨高速公路路基平均填土高度為2.3m;滬寧高速公路路基平均高度3.7m,最高達(dá)12m。而我國(guó)是一個(gè)土地資源并不十分豐富的國(guó)家,目前又處于發(fā)展建設(shè)時(shí)期,大量的土建、公路項(xiàng)目都在實(shí)施,應(yīng)用EPS作為路堤填料,可以節(jié)約大量寶貴土地資源。(2)試驗(yàn)材料的選擇EPS材料是一種發(fā)泡塑料,一般工程中使用的EPS密度在15～30kg/m3,材料的98%是空氣。單位體積的原料用料很少,相對(duì)來說是比較節(jié)省石油資源的。EPS是一種相當(dāng)穩(wěn)定的材料,具有非常優(yōu)良的耐久性。如挪威的關(guān)于EPS在土中的耐久性觀測(cè)表明:使用12年的EPS,總沉降量為80mm,以后則幾乎不發(fā)生沉降,其壓縮試驗(yàn)的強(qiáng)度幾乎等于施工時(shí)的強(qiáng)度。由于EPS性能非常穩(wěn)定,因而延長(zhǎng)了其使用壽命。對(duì)于一般材料講,也許可降解對(duì)于環(huán)境來說更環(huán)保;對(duì)于工程材料來講,材料穩(wěn)定則可降低其更新速度,在使用周期內(nèi),提高了使用效率,相對(duì)來說節(jié)省了EPS用量,也節(jié)省了石油等原材料資源。1.2水蒸汽加熱回用乙烯和苯制造苯乙烯,EPS珠粒生產(chǎn)過程中排污易達(dá)標(biāo)準(zhǔn),EPS泡沫塑料生產(chǎn)過程一般是水蒸汽加熱,冷卻水回用,基本不產(chǎn)生污染。EPS制造過程中的添加劑主要是戊烷等發(fā)泡劑,在加工、貯存過程中可能會(huì)釋放出少量的戊烷,在采用電熱絲切割過程中,也會(huì)釋放出少量的苯乙烯和發(fā)泡劑,而這些氣體不會(huì)造成人們所關(guān)心的臭氧層破壞、酸化、富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問題。1.3施工、管理工藝小、施工環(huán)境護(hù)具小在生產(chǎn)實(shí)踐中,EPS泡沫塑料生產(chǎn)、加工中未見有危害人們的身體健康。EPS路堤的施工非常方便,相對(duì)于一般道路建筑,不需要大型建筑機(jī)械,施工噪音振動(dòng)較小;EPS加工簡(jiǎn)單,可按設(shè)計(jì)任意切割成型;僅用人工即可搬運(yùn)施工,且施工工期比較短。施工環(huán)境,操作條件對(duì)施工人員是比較安全的。因此,應(yīng)該說EPS材料無論是在制造、還是施工都是對(duì)職業(yè)健康影響較小的一種材料。以上只是定性的對(duì)路用EPS材料進(jìn)行了環(huán)境友好性分析,但若要對(duì)EPS的環(huán)境友好性做科學(xué)全面的分析,則可用生命周期評(píng)價(jià)方法(LCA)來評(píng)價(jià)。2環(huán)境評(píng)價(jià)的研究程序生命周期評(píng)價(jià)(LifeCycleAssessment,LCA)是一種對(duì)產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝以及活動(dòng)對(duì)環(huán)境的壓力進(jìn)行評(píng)價(jià)的一種方法,考慮包括原材料的提取與加工;產(chǎn)品制造、運(yùn)輸及銷售;產(chǎn)品的使用、再利用和維護(hù);廢物循環(huán)和最終廢物棄置。用LCA觀點(diǎn)來評(píng)價(jià)材料的環(huán)境友好性,可以避免“只見樹木,不見森林”的片面性。生命周期評(píng)價(jià)的主要步驟是:目的與范圍的確定、清單分析、影響評(píng)價(jià)和改善評(píng)價(jià)或結(jié)果解釋。(1)定義目標(biāo)與確定范圍:這是生命周期評(píng)價(jià)的第一步,它直接影響到整個(gè)評(píng)價(jià)工作程序和最終的研究結(jié)論。定義目標(biāo)即清楚的說明開展此項(xiàng)生命周期評(píng)價(jià)的目的、原因和研究結(jié)果可能應(yīng)用的領(lǐng)域。研究范圍的確定應(yīng)保證能滿足研究目的,包括定義所研究的系統(tǒng)、確定系統(tǒng)邊界、說明數(shù)據(jù)要求、指出重要假設(shè)和限制等。(2)清單分析:對(duì)一種產(chǎn)品、工藝和活動(dòng)在其整個(gè)生命周期內(nèi)的能量與原材料需要量、以及對(duì)環(huán)境的排放(包括廢氣、廢水、固體廢棄物及其它環(huán)境釋放物)進(jìn)行以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的客觀量化過程。該分析評(píng)價(jià)貫穿于產(chǎn)品的整個(gè)生命周期,即原材料的提取、加工、制造和銷售、使用和用后處理。(3)影響評(píng)價(jià):對(duì)清單分析階段所識(shí)別的環(huán)境影響壓力進(jìn)行定量或定性的表征評(píng)價(jià),即確定產(chǎn)品系統(tǒng)的物質(zhì)和能量交換對(duì)其外部環(huán)境的影響。這種評(píng)價(jià)應(yīng)考慮對(duì)生態(tài)系統(tǒng)、人體健康以及其它方面的影響。根據(jù)ISO14042的原則,丹麥大學(xué)提出了EDIP環(huán)境影響類型分類體系,即根據(jù)環(huán)境影響的空間尺度,將環(huán)境影響分為全球性影響、區(qū)域性影響和局地性影響,又根據(jù)影響對(duì)象和影響途徑分為環(huán)境污染、資源消耗和職業(yè)健康。如表1。(4)改善分析:系統(tǒng)地評(píng)價(jià)在產(chǎn)品、工藝或活動(dòng)的整個(gè)生命周期內(nèi)削減能源消耗、原材料使用以及環(huán)境釋放的需求與機(jī)會(huì)。這種分析包括定量和定性的改進(jìn)措施,例如:改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu),重新選擇原材料,改變制造工藝和消費(fèi)方式以及廢棄物管理等。3為物體路堤和土壤路堤的生命周期矩陣評(píng)估3.1路堤生命周期各階段的劃分由于LCA方法需要大量數(shù)據(jù)支持,在很多情況下一時(shí)不能找到足夠的數(shù)據(jù),這里,采用一種半定量的方法即簡(jiǎn)式生命周期矩陣評(píng)價(jià)法。簡(jiǎn)式生命周期評(píng)價(jià)矩陣是將生命周期各階段與環(huán)境影響類型進(jìn)行簡(jiǎn)化組合后組成的二維矩陣。評(píng)定者為每一階段的環(huán)境影響評(píng)定分值,其中,對(duì)環(huán)境影響的最大值設(shè)為N,最小可取0。對(duì)多個(gè)評(píng)定者給出的評(píng)定分值,以算術(shù)平均值計(jì)。最后對(duì)矩陣中每個(gè)元素分值進(jìn)行累加求和,作為生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)的依據(jù)。本文中,由于路堤修筑與一般產(chǎn)品的生產(chǎn)有所不同,生命周期的劃分不再分為一般產(chǎn)品四個(gè)階段,而是根據(jù)路堤修筑的特點(diǎn),將路堤的生命周期分為三個(gè)主要階段:資源的開采和提取;材料的加工和運(yùn)輸以及路堤的現(xiàn)場(chǎng)施工。這主要是因?yàn)楣沸蕹珊?一般除了路面的平時(shí)修護(hù),可以使用很長(zhǎng)時(shí)間,所以不考慮公路的廢棄。因此,本文選取3×3矩陣。矩陣的縱列為EPS路堤和土壤路堤的生命周期的三個(gè)階段,橫行則根據(jù)表1的EDIP環(huán)境影響類型分類體系選取資源能源消耗、環(huán)境污染和職業(yè)健康三項(xiàng)環(huán)境要素。設(shè)各項(xiàng)環(huán)境影響的最大值為10,最小值為0,根據(jù)路堤修筑的有關(guān)資料對(duì)各項(xiàng)評(píng)分賦值,得到簡(jiǎn)式生命周期評(píng)價(jià)矩陣,如表2。表中,資源的開采和提取:EPS路堤主要指石油的開采及加工,土壤路堤指近區(qū)土地的開挖取土;材料的加工和運(yùn)輸:EPS路堤主要指從乙烯和苯生產(chǎn)苯乙烯開始,到EPS泡沫塑料的生產(chǎn)銷售(這里考慮一步法生產(chǎn)EPS),土壤路基指近區(qū)土壤的運(yùn)輸;路堤的現(xiàn)場(chǎng)施工:EPS路堤主要指從EPS路堤的修筑,土壤路堤則是指土壤路堤的修筑。資源能源消耗:EPS路堤主要指石油的消耗及能源消耗,主要指土地資源的消耗及機(jī)械能源消耗;環(huán)境污染:EPS路堤主要指EPS生產(chǎn)中產(chǎn)生了一些廢氣、廢水、廢渣,土壤路堤主要指公路修筑中產(chǎn)生的飛灰塵土及固體廢棄物;職業(yè)健康主要指各材料生產(chǎn)階段以及兩種路堤修筑過程中對(duì)操作工人產(chǎn)生的健康損害。另外,在不影響兩種路堤比較結(jié)果的前提下,文中未對(duì)兩種路堤修筑過程中操作工序基本相同的部分進(jìn)行評(píng)分比較,如路堤修筑前的排水處理,路堤使用中的維護(hù)維修等。3.2環(huán)境影響因素的加權(quán)和權(quán)重由表2已經(jīng)初步可以看出EPS材料和土壤路堤的環(huán)境影響,但表2是把三種環(huán)境影響要素看作同等重要的,實(shí)際上由表1EDIP環(huán)境影響類型分類體系可以看出各個(gè)環(huán)境影響因素的影響范圍是不同的,其重要程度也是不同的,如不可再生資源的消耗是全球性的影響,它所占的權(quán)重比其余兩類環(huán)境影響要大,應(yīng)對(duì)其進(jìn)行加權(quán)處理。這里,采用有限個(gè)方案多目標(biāo)決策問題的方法給各個(gè)環(huán)境影響因素進(jìn)行加權(quán)。有限個(gè)方案多目標(biāo)決策問題的加權(quán)法,是一種解決有限個(gè)方案,而決策變量有多個(gè)的決策方法。這種方法中,決策者根據(jù)每個(gè)目標(biāo)的重要程度,分別設(shè)定加權(quán)數(shù)ω1,ω2,ω3,……ωn,且它們滿足ωi>0。然后對(duì)每個(gè)方案求各個(gè)屬性的加權(quán)和,對(duì)第i個(gè)方案有式中Zij(i=1,…m;j=1,…n)——是第i個(gè)方案的第j個(gè)屬性規(guī)范值。如果決策問題的屬性值越大越優(yōu),則是最優(yōu)方案。此處,可看作是兩個(gè)方案(EPS路堤和土壤路堤)的三目標(biāo)(資源能源消耗、環(huán)境污染和職業(yè)健康)決策問題。各個(gè)方案的權(quán)重確定可以根據(jù)相對(duì)權(quán)值表進(jìn)行確定,如表3。根據(jù)表1中各類環(huán)境影響的空間尺度和表3中的相對(duì)權(quán)值構(gòu)造環(huán)境影響類型相對(duì)權(quán)重判斷矩陣,如表4。求加權(quán)系數(shù)的方法比較多,不同方法求得的值相差不大,這里選擇簡(jiǎn)單易算的和法:3.3影響環(huán)境的因素用各權(quán)重系數(shù)修正表2,得到新的矩陣,如表5。由計(jì)算可知相對(duì)于土壤路堤,在整個(gè)生命周期中,EPS材料對(duì)于環(huán)境的影響較小;且二者對(duì)環(huán)境影響的主要因素均為資源和能源消耗。在生命周期的各階段,EPS對(duì)環(huán)境的影響主要在生命周期的材料加工和運(yùn)輸階段,而土壤路堤主要在生命周期的資源開采和提取階段。要提高EPS材料的環(huán)境友好性可從EPS產(chǎn)品制造、運(yùn)輸著手?？梢钥闯?EP