日新月異的城市，每一刻都在發(fā)生著變化。

建筑工地上，轟隆隆的機器塑造著一棟棟高樓大廈；施工路面上，黝黑的瀝青鋪筑出四通八達的交通新版圖；冶煉車間里，粗礪礦物搖身變成構(gòu)建城市的銅墻鐵壁。

與新變化相伴相生的，是快速增長的各類固體廢棄物垃圾。

而如何將這些垃圾變成“寶貝”，北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院院長季節(jié)三十多年來為之鉆研。

幾多耕耘，幾多收獲。她的科技成果先后獲得國家科學(xué)技術(shù)進步二等獎、教育部科技進步一等獎、北京市科學(xué)技術(shù)進步一等獎等。近日，北京市委宣傳部、北京市科協(xié)等部門首次聯(lián)合開展北京最美科技工作者學(xué)習(xí)宣傳活動，季節(jié)被遴選為2021年北京“最美科技工作者”。

讓更多的無用之物盡其所用，季節(jié)步履不停。
 

季節(jié)（右一）與同事就建筑垃圾再利用進行討論。（受訪者供圖）

給廢舊瀝青“補鈣”

1988年，國務(wù)院政府工作報告提出，必須加快交通運輸發(fā)展。1992年，交通部批準“五縱七橫”國道主干線規(guī)劃，總里程3.5萬公里。

自此，我國道路建設(shè)按下快進鍵。

四通八達的交通網(wǎng)絡(luò)將人們的腳步帶向遠方，其壽命也在風(fēng)吹日曬、歲月侵襲中不斷被損耗。不同等級的道路壽命不盡相同。一般來說，等級最高的高速公路的使用壽命在12至15年。

2000年前后，我國第一批投入使用的高速路陸續(xù)迎來大修。道路大修時，要先鏟除原有的路面，之后再重新鋪筑新的材料——大量的廢舊瀝青混合料由此產(chǎn)生。對這些壽終正寢的垃圾，傳統(tǒng)的方式是一埋了之，但填埋的弊端漸顯：一方面，可供填埋的空間變得越來越少；另一方面，直接填埋可能導(dǎo)致土壤和水環(huán)境的污染。

彼時，正在同濟大學(xué)攻讀博士學(xué)位的季節(jié)，敏感地關(guān)注到了廢舊道路材料的再生利用問題。當時，業(yè)內(nèi)已經(jīng)有了對這些廢舊材料進行再生利用的嘗試，不過成本十分昂貴，采用的國外進口再生劑價格每噸在5萬元以上；對于國內(nèi)每年產(chǎn)生的幾百萬噸廢舊瀝青混合料來說，這樣的價格顯然讓再生之路走得頗為艱難。

“中國的難題，我們一定能用自己的辦法解決好。”季節(jié)默默立下了誓言。

她從根源入手。瀝青為什么會有“生老病死”？雨打風(fēng)吹、車輛碾軋下，瀝青的哪些性能發(fā)生了改變？季節(jié)打了個通俗的比方，她將瀝青材料的老化過程比作人的衰老過程，“人老了，鈣就會流失，骨折的風(fēng)險也會變大；而紫外線的照射等各種因素，也會讓瀝青中的芳香酚不斷流失，缺少了這種成分，瀝青就容易變硬變脆，容易裂開，而道路最怕的就是裂縫。”

治療的原理不難：對癥下藥，缺什么補什么。“人可以提前吃鈣片預(yù)防缺鈣，瀝青也可以提前補點‘再生劑’，使它的性能得以恢復(fù)。”

難的是怎么補。瀝青老化到什么程度要使用再生劑？再生劑中芳香酚材料的最佳比例是多少？再生劑用量如何確定？

攻讀博士學(xué)位的五年，季節(jié)不辭辛勞地奔波在工地與實驗室之間，為的就是找到這些問題的答案。

在確定再生劑的配方時，季節(jié)要解決的一大難題就是再生劑與老化瀝青的相容問題。“就像我們在做拿鐵時，肯定是希望奶和咖啡能完美地融合在一起；再生劑只有在和老化瀝青相容時，才能最大限度發(fā)揮作用。”而兩者是否相容，則取決于主要成分芳香酚與不同助劑材料的配合。為此，季節(jié)不僅要在多種助劑中選出最合適的幾種，還要確定不同助劑材料的最佳配比。

“這個實驗量是非常大的，五年博士沒干別的，都用來做實驗了。”季節(jié)解釋，實驗不僅量大，過程還特別復(fù)雜：首先得從工地上取回路面，將混合料燃燒處理后進行抽提，這樣才能得到進行實驗的老化瀝青，這一過程就要花上兩天左右。接下來，她還要為老化瀝青設(shè)置不同的實驗條件，觀察加入再生劑后瀝青的各項指標。“這是一個反復(fù)試錯的過程，最多的時候一個實驗要重復(fù)上百次。”

不同瀝青的老化程度決定了再生劑的使用方式。骨密度測試可以判斷人的鈣質(zhì)流失程度，瀝青的老化如何判斷？季節(jié)創(chuàng)新性地提出了一套分類體系，通過黏度、針入度、延度等綜合指標為瀝青“把脈”，將其分為輕度、中度和重度等不同老化級別，通過使用不同的配方讓其重新煥發(fā)青春容顏。

然而，實驗室的成功并不是終點。從實驗室到實際落地，還有一段漫長的路程。

“真正在道路上使用的時候，我們不可能把瀝青先抽提出來再加工，而是將混有瀝青、砂石的混合料噴上再生劑，再跟鋪路的新料進行混合。”新舊材料摻配的比例是季節(jié)面臨的新問題：既要最大化對原有廢舊混合料加以利用，又不能影響新舊混合料的性能。于是，新一輪的實驗開始了。最終，季節(jié)實現(xiàn)了廢舊瀝青混合料摻配比例高達45%以上的技術(shù)突破。這樣一來，鋪路使用的每噸料可以在原有成本基礎(chǔ)上節(jié)約10到15元。

這一成果先后在京沈高速公路輔路大修工程、河北遷曹線大修工程等10余項工程中成功應(yīng)用，后又逐步推廣到全國10個省市國家及省級重點工程及海外道路工程中，累計實現(xiàn)經(jīng)濟效益近2億元。該技術(shù)的推廣應(yīng)用，不僅節(jié)約了成本，還有效降低了北京及周邊地區(qū)對天然石料資源的開采，對改善城市生態(tài)環(huán)境、降低大氣污染都起到了推動作用。

值得一提的是，季節(jié)不僅讓廢舊瀝青變廢為寶，其“美容”過程也更加綠色、環(huán)保，而這得益于其團隊研發(fā)的溫拌再生瀝青技術(shù)。

一般來說，瀝青要在150℃至160℃才能流動起來，與砂石等進行混合，形成鋪筑路面的混合材料。這一過程需要消耗極大的能量，國際上一般采用溫拌技術(shù)，也就是通過外加材料使瀝青混合料在降低溫度后也能流動起來，以節(jié)省能量損耗。

此前，業(yè)界面臨著溫拌劑種類繁多、作用機理不清楚、溫拌效果差等多項挑戰(zhàn)，季節(jié)帶領(lǐng)團隊開發(fā)了乳化類、有機蠟類和廢舊塑料類三大系列溫拌瀝青材料。實踐顯示，這些材料可使施工溫度降低30℃以上，從而減少二氧化碳排放30%以上、節(jié)能40%以上，打破了國外產(chǎn)品壟斷我國市場的局面。
 

2019年夏天，季節(jié)（左）對建筑垃圾處理設(shè)備進行現(xiàn)場調(diào)研。 （受訪者供圖）

發(fā)現(xiàn)殘渣潛在價值

煤炭，被人們譽為“黑色的金子”。在適當?shù)膲毫?、溫度、催化劑和氫氣作用下?ldquo;黑色的金子”變身為流動的液體燃料，再經(jīng)過多次反應(yīng)后，成為各類油品，化身現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的“血液”。

煤直接液化技術(shù)作為煤制油技術(shù)的代表，是優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)的有效途徑之一。目前，世界上只有我國具有商業(yè)化生產(chǎn)線，年生產(chǎn)油品達100萬噸。但不可避免的是，這一工藝每年會帶來約70萬噸的煤直接液化殘渣。

目前，人們對煤直接液化殘渣的基礎(chǔ)性應(yīng)用研究十分有限。事實上，殘渣內(nèi)含有大量的瀝青烯、前瀝青烯等瀝青類物質(zhì)，具有用作道路瀝青改性劑得天獨厚的條件。十多年前，季節(jié)就關(guān)注到殘渣的利用潛力，開始帶領(lǐng)團隊進行技術(shù)攻關(guān)。

正在讀博士二年級的王哲是團隊成員之一。從讀碩士研究生起，他就跟著季節(jié)在這個領(lǐng)域內(nèi)不斷探索。他介紹，業(yè)內(nèi)通常以針入度、延度、軟化點三個維度來判斷瀝青的性能：針入度反映的是瀝青的軟硬程度和稠度，數(shù)值越小，說明瀝青越硬；延度越大，瀝青的可塑性越好；而軟化點則與溫度有關(guān)，軟化點越高，瀝青的溫度穩(wěn)定性越好，說明瀝青耐熱性越好。

“我們不僅要觀察加入殘渣后瀝青的性能變化，還要觀察加入殘渣后的瀝青與砂石混合后的性能變化，并確定出最佳的摻量。”王哲說。

實驗發(fā)現(xiàn)，加入殘渣之后，瀝青的軟化點提高，反映到瀝青混合料上，混合料的高溫性能得到極大改善，“如果高溫性能不佳，路面在溫度升高的情況下容易變軟，車輛經(jīng)過時也更容易留下車轍；這一功能的升級意味著，新的混合料耐車轍的能力更強。”然而，與之相對的是，加入殘渣后的瀝青延度并沒有明顯改善，甚至有一定程度的下降，而這又直接影響了混合料低溫抗開裂能力。

如何在一優(yōu)一劣間尋找到一個最佳的平衡點，讓高低溫性能得以協(xié)同優(yōu)化，團隊成員費盡周折。“實驗中涉及到的因素非常多，比如殘渣的摻入量，瀝青加入殘渣后的反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度等，都對最終的實驗結(jié)果有影響。”王哲說，有時候?qū)嶒灲Y(jié)果與預(yù)期南轅北轍，那就要推倒重來。每周一次的例會上，分析原因、調(diào)整方案是季節(jié)和學(xué)生們的主要議題。

好在經(jīng)過反復(fù)實驗，最終改性瀝青低溫脆性大、改性瀝青混合料高低溫性能相互牽制等“卡脖子”難題被一一破解。近年來，這一成果在北京、寧夏、重慶、內(nèi)蒙古、山東等10個省、市、自治區(qū)近500公里的道路工程中應(yīng)用。初步估計，新的混合料可以降低50%以上的車轍，延長使用壽命40%以上。

團隊對于煤直接液化殘渣的利用并沒有就此止步。將殘渣用作瀝青的改進劑，其用量僅為瀝青用量的十分之一左右；對于龐大的殘渣產(chǎn)出來說，這種消耗速度并不“解渴”。

殘渣的用途還能不能再拓展？眼下，季節(jié)團隊已經(jīng)有了新思路：以殘渣替換瀝青混合料中的細集料。王哲解釋，鋪筑路面的瀝青混合料中，除了瀝青之外，還摻有各種粗細不等的集料。“煤直接液化殘渣本身就是煤炭加工后的一種產(chǎn)物，具有先天的條件和潛力。”至于以細集料身份“出場”的殘渣，對于整個混合料性能會產(chǎn)生怎樣的影響，實驗還在緊鑼密鼓地進行中。

瀝青，有毒，有味兒，是常人避之不及的有害物，季節(jié)卻對它有著別樣的感情。在她看來，兩者是彼此成就：她研究瀝青，發(fā)現(xiàn)其獨特的美，喚醒其潛在的價值；而瀝青也讓她不斷發(fā)現(xiàn)著自己職業(yè)的魅力，給她一方施展才能的舞臺。

把論文寫在工地上

無論是道路廢舊材料還是煤直接液化殘渣，都是固體廢棄物垃圾的一小部分。季節(jié)的眼光看得更遠，視野也更寬廣。于是，更多類別垃圾的再利用進入她的研究范圍。

2019年6月，入夏的北京，暑意漸濃。陽光最熾烈的日子里，朝陽、海淀、延慶、房山……各大建筑工地上，時不時會躍動著一個瘦小的女性身影——季節(jié)正帶著她的學(xué)生試圖為全市的建筑垃圾治理摸清家底，為建筑垃圾的下一步治理提供參考。

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國目前建筑垃圾存量高達200多億噸，且每年還在快速增長。在季節(jié)看來，這些建筑垃圾是城市建設(shè)的寶藏。她給出一組數(shù)據(jù)：使用建筑垃圾制成1.5億塊再生磚，可消耗建筑垃圾40多萬噸，減少取土24萬立方米，節(jié)約耕地約180畝，同時可節(jié)約堆放建筑垃圾的土地約80畝，兩項合計節(jié)約土地260畝；可節(jié)約標準煤270萬噸，減少二氧化碳排放約130萬噸。

然而，受法律、法規(guī)等管理體系不完善和技術(shù)水平的限制，北京乃至全國的建筑垃圾資源化利用率不足40%，遠低于歐盟發(fā)達國家的90%以及日本的97%，并已成為制約我國城鎮(zhèn)高水平治理體系和治理能力建設(shè)的“絆腳石”。

為此，季節(jié)確定了新的研究課題，就是要為建筑垃圾的再利用畫出藍圖。

“別看季老師年紀比我們大，可比起走路速度來，我們這些年輕人還真趕不上。”當時正在讀碩士研究生的王顥翔參與了項目的全過程，他介紹，通過現(xiàn)場調(diào)研，項目組了解了建筑垃圾從產(chǎn)生到初步處理、運輸、回收、資源化利用的整個過程，梳理存在的問題，根據(jù)垃圾產(chǎn)生量為建筑垃圾處置設(shè)施科學(xué)布局。

每天早上7時從學(xué)校出發(fā)，季節(jié)是領(lǐng)隊，也是司機。路途最遠的工地，要連續(xù)開上四五個小時的車才能到，下了車她依然精神抖擻。除了工地，垃圾處理點也是項目組關(guān)注的重點。每到一處，季節(jié)不僅要細細問、認真聽，還會要求工作人員進行垃圾處理的現(xiàn)場演示，了解真實的處理場景，比較各個處理廠家儀器設(shè)備的異同。“季老師不只看機器的參數(shù)，而且要看處理的結(jié)果，通過結(jié)果去反推不同參數(shù)的實際意義。”一個細節(jié)讓王顥翔印象深刻：季節(jié)有時甚至?xí)H自上手，直接扒拉開垃圾堆查看處理情況。

炎炎烈日、風(fēng)雨雷電都見證了他們的腳步。“整個暑假黑了一圈，每天的步數(shù)是3萬起步，卻是特別有收獲的一個假期。”王顥翔說。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘，綜合相關(guān)部門提供的數(shù)據(jù)，團隊發(fā)現(xiàn)，目前建筑垃圾的處理缺乏頂層設(shè)計，《北京市城市總體規(guī)劃》《北京市環(huán)境衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等相關(guān)文件中均缺乏建筑垃圾治理專項內(nèi)容。此外，各區(qū)建筑垃圾產(chǎn)生量差別較大，區(qū)域協(xié)調(diào)治理能力欠缺，各部門之間聯(lián)動力度不足。建筑垃圾資源化能力參差不齊，導(dǎo)致再生產(chǎn)品質(zhì)量有待提高，消納場處理能力和設(shè)施數(shù)量也存在不足。

根據(jù)北京現(xiàn)有資源化利用廠的分布情況及處理能力，季節(jié)團隊提出，北京可以采用“N+X”即“固定+臨時”的布局模式：在各區(qū)（除東城區(qū)、西城區(qū)外）分別布置1到2處固定式設(shè)施（N）和臨時設(shè)施（X），裝修垃圾資源化利用廠與拆除垃圾資源化利用廠要協(xié)同建設(shè)。根據(jù)實地調(diào)研情況，團隊對每個設(shè)施的位置也都進行了詳細的規(guī)劃。

在今年的北京市“兩會”上，作為政協(xié)委員的季節(jié)提出建議，為提高建筑垃圾綜合治理水平，北京可率先建立“城鎮(zhèn)固廢處置與資源化利用”科研大平臺，系統(tǒng)研究建筑工程評價、規(guī)劃設(shè)計、綠色施工、建筑垃圾分類處置、資源化利用、環(huán)境評估與控制、監(jiān)測與精準管控等綠色關(guān)鍵技術(shù)，并借助管理政策研究將技術(shù)嵌入整個城市治理體系，為北京乃至全國建筑垃圾處置與資源化利用提供技術(shù)支撐。

季節(jié)帶領(lǐng)的團隊同時還是住建部全國35個建筑垃圾治理試點城市的技術(shù)支撐小組，在為期2年的項目期內(nèi)，團隊成員分批、分組深入35個試點城市，收集與掌握第一手資料，建立了全國第一個建筑垃圾數(shù)據(jù)庫與管理平臺，為全國建筑垃圾治理工作提供了全方位的科學(xué)保障。

斗轉(zhuǎn)星移，越來越多“放錯了位置的資源”煥發(fā)新生；它們在美麗的季節(jié)里恣意綻放，吐露芬芳。