摘要:介紹廢舊輪胎作土建材料的有關再利用,主要是廢舊輪胎在道路建設、邊坡加固、渠道工程、排水樁基礎以及在其他工程中的應用形式和方法。并展望了其在土木工程中的應用前景。
關鍵詞:廢舊輪胎;環境;建筑;土工材料
1前言
“黑色污染”危害全世界。隨著汽車工業的發展,越來越多的廢舊輪胎形成的“黑色污染”正在威脅著全人類的生存環境。目前,各國對廢舊輪胎的回收再利用多以“二次再加工”為主,這種方法往往對環境造成二次污染,再利用成本也較高。而把廢舊輪胎作為建筑材料用于土工建設中卻很好的解決了上述問題,且廢舊輪胎作為建材具有質輕、減震、吸聲以及降低投資成本等優點。粉煤灰、鋼鐵渣、廢舊輪胎作為土建材料利用,是當前產業棄物再利用中最熱門的課題。廢舊輪胎作土建材料再利用的有關技術在較長時間內也得到發展。用廢舊輪胎作為土建材料從全球來看,在美國尤為盛行,主要用作回填材料、造地填土材料利用;其次是歐洲、加拿大、日本;香港則正在起步。近年來隨著我國汽車工業的迅猛發展、廢舊輪胎數量急劇增加,我國在利用廢舊輪胎作為土建材料方面也取得了很大的發展。開發廢舊輪胎作土建材料的再利用,不僅減輕環境負擔,同時還可使相應成本大為下降,所以廢輪胎再利用的技術開發極為迫切。根據利用廢舊輪胎的尺寸及外觀形狀可分為以下3種:①粗塊再利用;②碎塊再利用;③輪胎原樣再利用。
2廢舊輪胎在道路建設中的應用
2.1輪胎粗塊在公路特殊部位作為填料
所謂輪胎粗塊,就是用切削機切削廢橡膠輪胎得到的類似碎石狀的輪胎碎塊(形狀略帶扁平,尺寸為50 mm～300 mm)。
在高速公路的土工工程建設中,雖然應首先考慮有效利用產生土,但是,公路的某些部位,產生土無法滿足其性能要求。如填土層內部的排水層、地下排水通道、防止凍脹等部位,傳統方法多靠外購碎石構筑。然而隨著棄物再利用技術的不斷發展,從業者發現這些部位的碎石完全可用上述輪胎粗塊替代。
2.2輪胎制成膠粉后用于鋪設路面
將廢舊輪胎橡膠粉應用于公路建設,國際上已有悠久的歷史。20世紀60年代,Charles. McDonald發明了廢舊輪胎橡膠粉改性瀝青,先后被應用于道路的應力吸收層、應力吸收中間層,以及開級配、間斷級配等瀝青混合料中。美國的應用經驗表明:橡膠瀝青間斷級配路面在保持持久排水性能、抵抗重載交通、抗剪切和抵抗不良氣候影響等方面具有明顯的優勢。汽車在其上行駛具有平穩、舒適、噪聲低等優點。此外,膠粉與瀝青等混合材料鋪裝的道路具有耐磨、防凍、防滑、穩定性好等優點,這給在寒冷、多雨地方修筑道路提供了很好的解決辦法。我國嘗試使用膠粉鋪設瀝青路面始于1982年,主要在江西、遼寧、四川等地。到目前為止,經過多年的探索和實踐,技術和設備水平都有了長足的進步,并取得了良好的效果。[1]
2.3用作公路基層補強層
主要是用由金屬絲、簾線和橡膠三者構成的胎緣圈作為加筋材料,作為基層補強層鋪設在路基中。主要適用于日交通量不大(在1 000量左右)的柔性路面結構中,先前的實驗表明,鋪有粒料基層的柔性路面的主要缺點是路基下土墊層的抗剪強度低。而胎緣圈作為補強層具有剛性結構特點,能夠使荷載再分布,有效降低土中應力,從而大大降低土中最大有效剪應力。此法最大優點是投資成本低、施工速度快。[2]
2.4盆狀輪胎填土工法筑路
其施工結構示意圖如圖1所示。所謂盆狀輪胎填土工法,就是把輪胎從上面切開形成盆狀半邊輪胎的筑路方法。該工法的施工順序是:①鋪設盆形半邊輪胎;②粒狀體填充;③碾滾壓實。該工法輪胎無需豎直疊加,而是交錯梯形(上小底大)疊加(見圖1)。這種方法修筑的道路具有抗震性,大地震時可以確保一條急救車的運行通道。通常把中央一條車道線用該工法施工。選用這種工法時,應事先考慮廢輪胎的流通、管理流程。廢輪胎道路的耐久性(耐用年數)取決于輪胎的磨耗程度。Stuart A.等人通過對用磨耗不是特別顯著的輪胎所筑道路近20年的觀察發現:①輪胎無有害物質漏出;②輪胎的推估壽命至少200年。
3用于邊坡加固
主要用于土質邊坡的加固工程。這種加固方法能夠大大縮短施工工期,降低施工成本,防止邊坡坡面遭受雨水沖蝕破壞。最早始于1973年美國加利福尼亞州的一個土質路堤邊坡的加固工程,而后,此法一直受到廣泛應用。具體施工方法為:①先將廢舊輪胎沿輪胎外胎面縱向切割為盆形的兩部分,將盆形半胎面整齊排列并用尼龍繩和鐵絲捆綁、固定以形成穩定的鏈鎖結構。②然后,在半胎面組成的鏈鎖結構層上鋪設一定厚度(46 cm～76 cm)的土壤并壓實(密實度不低于90 %),最終形成輪胎土壤復合層。③按臺階式重疊鋪筑相同輪胎土壤層到規定標高,最終在邊坡表面筑起一座輪胎墻。此外,也可以把廢舊輪胎整齊的排列在路基邊坡表面,輪胎之間空隙用水泥澆筑填充,使廢舊輪胎牢固的粘結在一體。此法既節約了水泥用量,又增強了邊坡表面的強度。而在白俄羅斯則利用胎緣圈加固路基邊坡,此法加固邊坡可不用水泥,只用夾釘固定,然后在圈中填充碎石就能保證足夠的強度和穩定性。[3～4]
廢舊輪胎用于生態護坡工程。就是根據要加固邊坡有關尺寸及土質參數,在清理好的坡面鋪設輪胎(整個或去胎緣圈的都可以)并用繩子或鐵絲鏈接固定,以形成連續的輪胎加固面層,然后在輪胎腔內填土、植草等所建成的生態護坡工程。其特點是邊坡加固與生態環境相協調,增加自然景觀美。
4取代碎石作為渠道回填凍脹材料及排水層
在寒冷地帶,擋墻和渠道回填土的凍結,往往使土壓力增加、豎墻受損,所以須把一定范圍的回填用非凍脹性材料填充。當用產生土回填時凍脹系數大,故以往采用碎石回填抑制凍脹。考慮到輪胎粗塊無凍脹性、輕質性的特點,故可以在工程的部分區段使用輪胎粗塊代替碎石料進行回填。日本高速公路北海道分公司曾進行過工程實踐,從其工后觀測結果發現,輪胎粗塊區段與碎石區段的地中溫度分布大致相同,未發生凍脹,說明具有凍脹抑制作用。此外,由于用高含水率的黏土作快速填土時,往往壓密不好,強度不夠,致使坍塌破壞的情形屢有發生。為此,慢速施工的同時,可以根據輪胎碎塊特點取代碎石構筑填土層內部滲水性好的材料排水層。[5～7]
5制作輪胎碎塊排水樁用于抑制地層液化變形
碎石排水工法即把碎石等滲水性的材料設置在地層中,提高地層滲水性,抑制地震時砂層內超孔隙水壓力(u)的上升,緩解液化的工法。這里的排水材通常使用碎石和砂礫等天然材料,也有人提出使用后成樹脂和鋼管等人造材料,對應各種各樣的構造物和設計方法,研究過多種排水材料。而使用廢舊輪胎片狀碎塊(尺寸為10 mm～50 mm)替代碎石、砂礫等材料作排水樁來抑制地層的液化變形即為輪胎片狀碎塊排水工法。
6廢舊輪胎的其他工程應用
除上述工程應用外,廢舊輪胎還可用于彈性防護墻、防撞擋壁、防滑墊排等的原材料。根據輪胎良好的吸聲性能可用于建造隔絕交通噪音的隔音墻。根據輪胎本身所具有的高彈性、抗沖擊性、耐腐蝕性及減震性能,輪胎還可以用與鐵道枕木材料和建筑物基礎的減震材料等。[8～11]由于廢舊輪胎的原型利用可以節省輪胎的二次再加工工序,降低再利用投資成本等優點,可以用原型廢舊輪胎建造“人造地層和疊層構造體”如輪胎樁、輪胎橋墩、輪胎擋土墻等。
7結論及展望
廢舊輪胎作為建筑材料既可以減少“黑色污染”對環境造成的巨大壓力,又可取代昂貴的傳統建材,大大降低工程投資成本。最為重要的是由于輪胎及其衍生物(輪胎碎片或膠粉)具有高彈性、高強度、抗折性、抗凍性、吸聲、質輕及減震等性能,使得廢舊輪胎在土工中的應用更為廣闊。然而,理論研究與工程實際應用之間還存在間隔性。如何進一步加強理論研究、完善理論體系以便更好的指導工程實踐,成為今后廢舊輪胎能否被廣泛應用于土工建設中的關鍵。
參考文獻
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4 陸兆峰、陳新軒等.廢舊輪胎在道路工程中的應用[J].萬方數據,1002-4786(2007)08-0178-04
5 韓 飛、李治琨.日本廢舊輪胎的再循環利用技術[J].綜合利用,2002(4)
6 東京工業廢棄物問題研究.工業廢棄物處理氣處理.電力新報社,1998.3
