摘要:介紹廢舊輪胎作土建材料的有關(guān)再利用,主要是廢舊輪胎在道路建設(shè)、邊坡加固、渠道工程、排水樁基礎(chǔ)以及在其他工程中的應(yīng)用形式和方法。并展望了其在土木工程中的應(yīng)用前景。

　　關(guān)鍵詞:廢舊輪胎;環(huán)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(yè)的發(fā)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(huán)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(huán)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(shè)中卻很好的解決了上述問題,且廢舊輪胎作為建材具有質(zhì)輕、減震、吸聲以及降低投資成本等優(yōu)點(diǎn)。粉煤灰、鋼鐵渣、廢舊輪胎作為土建材料利用,是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)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(guān)技術(shù)在較長時間內(nèi)也得到發(fā)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(yè)的迅猛發(fā)展、廢舊輪胎數(shù)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(fā)展。開發(fā)廢舊輪胎作土建材料的再利用,不僅減輕環(huán)境負(fù)擔(dān),同時還可使相應(yīng)成本大為下降,所以廢輪胎再利用的技術(shù)開發(fā)極為迫切。根據(jù)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(shè)中的應(yīng)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(jī)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(shè)中,雖然應(yīng)首先考慮有效利用產(chǎn)生土,但是,公路的某些部位,產(chǎn)生土無法滿足其性能要求。如填土層內(nèi)部的排水層、地下排水通道、防止凍脹等部位,傳統(tǒng)方法多靠外購碎石構(gòu)筑。然而隨著棄物再利用技術(shù)的不斷發(fā)展,從業(yè)者發(fā)現(xiàn)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(shè)路面

　　將廢舊輪胎橡膠粉應(yīng)用于公路建設(shè),國際上已有悠久的歷史。20世紀(jì)60年代,Charles. McDonald發(fā)明了廢舊輪胎橡膠粉改性瀝青,先后被應(yīng)用于道路的應(yīng)力吸收層、應(yīng)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(yīng)用經(jīng)驗(yàn)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?xì)夂蛴绊懙确矫婢哂忻黠@的優(yōu)勢。汽車在其上行駛具有平穩(wěn)、舒適、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。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(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),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(shè)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(jīng)過多年的探索和實(shí)踐,技術(shù)和設(shè)備水平都有了長足的進(jìn)步,并取得了良好的效果。[1]

　　2.3用作公路基層補(bǔ)強(qiáng)層

　　主要是用由金屬絲、簾線和橡膠三者構(gòu)成的胎緣圈作為加筋材料,作為基層補(bǔ)強(qiáng)層鋪設(shè)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(jié)構(gòu)中,先前的實(shí)驗(yàn)表明,鋪有粒料基層的柔性路面的主要缺點(diǎn)是路基下土墊層的抗剪強(qiáng)度低。而胎緣圈作為補(bǔ)強(qiáng)層具有剛性結(jié)構(gòu)特點(diǎn),能夠使荷載再分布,有效降低土中應(yīng)力,從而大大降低土中最大有效剪應(yīng)力。此法最大優(yōu)點(diǎn)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(jié)構(gòu)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(shè)盆形半邊輪胎;②粒狀體填充;③碾滾壓實(shí)。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(yùn)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(yīng)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(shù))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(fā)現(xiàn):①輪胎無有害物質(zhì)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(zhì)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(zhì)路堤邊坡的加固工程,而后,此法一直受到廣泛應(yīng)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(wěn)定的鏈鎖結(jié)構(gòu)。②然后,在半胎面組成的鏈鎖結(jié)構(gòu)層上鋪設(shè)一定厚度(46 cm～76 cm)的土壤并壓實(shí)(密實(shí)度不低于90 %),最終形成輪胎土壤復(fù)合層。③按臺階式重疊鋪筑相同輪胎土壤層到規(guī)定標(biāo)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(jié)在一體。此法既節(jié)約了水泥用量,又增強(qiáng)了邊坡表面的強(qiáng)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(qiáng)度和穩(wěn)定性。[3～4]

　　廢舊輪胎用于生態(tài)護(hù)坡工程。就是根據(jù)要加固邊坡有關(guān)尺寸及土質(zhì)參數(shù),在清理好的坡面鋪設(shè)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(xù)的輪胎加固面層,然后在輪胎腔內(nèi)填土、植草等所建成的生態(tài)護(hù)坡工程。其特點(diǎn)是邊坡加固與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào),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(jié),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(dāng)用產(chǎn)生土回填時凍脹系數(shù)大,故以往采用碎石回填抑制凍脹?？紤]到輪胎粗塊無凍脹性、輕質(zhì)性的特點(diǎn),故可以在工程的部分區(qū)段使用輪胎粗塊代替碎石料進(jìn)行回填。日本高速公路北海道分公司曾進(jìn)行過工程實(shí)踐,從其工后觀測結(jié)果發(fā)現(xiàn),輪胎粗塊區(qū)段與碎石區(qū)段的地中溫度分布大致相同,未發(fā)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?xí)r,往往壓密不好,強(qiáng)度不夠,致使坍塌破壞的情形屢有發(fā)生。為此,慢速施工的同時,可以根據(jù)輪胎碎塊特點(diǎn)取代碎石構(gòu)筑填土層內(nèi)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(shè)置在地層中,提高地層滲水性,抑制地震時砂層內(nèi)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(yīng)各種各樣的構(gòu)造物和設(shè)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(yīng)用

　　除上述工程應(yīng)用外,廢舊輪胎還可用于彈性防護(hù)墻、防撞擋壁、防滑墊排等的原材料。根據(jù)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(jù)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(chǔ)的減震材料等。[8～11]由于廢舊輪胎的原型利用可以節(jié)省輪胎的二次再加工工序,降低再利用投資成本等優(yōu)點(diǎn),可以用原型廢舊輪胎建造“人造地層和疊層構(gòu)造體”如輪胎樁、輪胎橋墩、輪胎擋土墻等。

　　7結(jié)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(huán)境造成的巨大壓力,又可取代昂貴的傳統(tǒng)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(qiáng)度、抗折性、抗凍性、吸聲、質(zhì)輕及減震等性能,使得廢舊輪胎在土工中的應(yīng)用更為廣闊。然而,理論研究與工程實(shí)際應(yīng)用之間還存在間隔性。如何進(jìn)一步加強(qiáng)理論研究、完善理論體系以便更好的指導(dǎo)工程實(shí)踐,成為今后廢舊輪胎能否被廣泛應(yīng)用于土工建設(shè)中的關(guān)鍵。

　　參考文獻(xiàn)

　　1 李榮華、彭 玲.做環(huán)保道路瀝青的先行者——記金邦科技發(fā)展有限公司[J].中國公路,2005(19):104～105

　　2 曹衛(wèi)東、王 超.廢舊輪胎在道路工程中的應(yīng)用綜述[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2005(6):78～82

　　3 曾玉珍.廢舊輪胎在國外道路工程中的應(yīng)用[J].國外公路,2000(1):39～41

　　4 陸兆峰、陳新軒等.廢舊輪胎在道路工程中的應(yīng)用[J].萬方數(shù)據(jù),1002-4786(2007)08-0178-04

　　5 韓 飛、李治琨.日本廢舊輪胎的再循環(huán)利用技術(shù)[J].綜合利用,2002(4)

　　6 東京工業(yè)廢棄物問題研究.工業(yè)廢棄物處理氣處理.電力新報社,1998.3