摘要:介绍废旧轮胎作土建材料的有关再利用,主要是废旧轮胎在道路建设、边坡加固、渠道工程、排水桩基础以及在其他工程中的应用形式和方法。并展望了其在土木工程中的应用前景。
关键词:废旧轮胎;环境;建筑;土工材料
1前言
“黑色污染”危害全世界。随着汽车工业的发展,越来越多的废旧轮胎形成的“黑色污染”正在威胁着全人类的生存环境。目前,各国对废旧轮胎的回收再利用多以“二次再加工”为主,这种方法往往对环境造成二次污染,再利用成本也较高。而把废旧轮胎作为建筑材料用于土工建设中却很好的解决了上述问题,且废旧轮胎作为建材具有质轻、减震、吸声以及降低投资成本等优点。粉煤灰、钢铁渣、废旧轮胎作为土建材料利用,是当前产业弃物再利用中最热门的课题。废旧轮胎作土建材料再利用的有关技术在较长时间内也得到发展。用废旧轮胎作为土建材料从全球来看,在美国尤为盛行,主要用作回填材料、造地填土材料利用;其次是欧洲、加拿大、日本;香港则正在起步。近年来随着我国汽车工业的迅猛发展、废旧轮胎数量急剧增加,我国在利用废旧轮胎作为土建材料方面也取得了很大的发展。开发废旧轮胎作土建材料的再利用,不仅减轻环境负担,同时还可使相应成本大为下降,所以废轮胎再利用的技术开发极为迫切。根据利用废旧轮胎的尺寸及外观形状可分为以下3种:①粗块再利用;②碎块再利用;③轮胎原样再利用。
2废旧轮胎在道路建设中的应用
2.1轮胎粗块在公路特殊部位作为填料
所谓轮胎粗块,就是用切削机切削废橡胶轮胎得到的类似碎石状的轮胎碎块(形状略带扁平,尺寸为50 mm～300 mm)。
在高速公路的土工工程建设中,虽然应首先考虑有效利用产生土,但是,公路的某些部位,产生土无法满足其性能要求。如填土层内部的排水层、地下排水通道、防止冻胀等部位,传统方法多靠外购碎石构筑。然而随着弃物再利用技术的不断发展,从业者发现这些部位的碎石完全可用上述轮胎粗块替代。
2.2轮胎制成胶粉后用于铺设路面
将废旧轮胎橡胶粉应用于公路建设,国际上已有悠久的历史。20世纪60年代,Charles. McDonald发明了废旧轮胎橡胶粉改性沥青,先后被应用于道路的应力吸收层、应力吸收中间层,以及开级配、间断级配等沥青混合料中。美国的应用经验表明:橡胶沥青间断级配路面在保持持久排水性能、抵抗重载交通、抗剪切和抵抗不良气候影响等方面具有明显的优势。汽车在其上行驶具有平稳、舒适、噪声低等优点。此外,胶粉与沥青等混合材料铺装的道路具有耐磨、防冻、防滑、稳定性好等优点,这给在寒冷、多雨地方修筑道路提供了很好的解决办法。我国尝试使用胶粉铺设沥青路面始于1982年,主要在江西、辽宁、四川等地。到目前为止,经过多年的探索和实践,技术和设备水平都有了长足的进步,并取得了良好的效果。[1]
2.3用作公路基层补强层
主要是用由金属丝、帘线和橡胶三者构成的胎缘圈作为加筋材料,作为基层补强层铺设在路基中。主要适用于日交通量不大(在1 000量左右)的柔性路面结构中,先前的实验表明,铺有粒料基层的柔性路面的主要缺点是路基下土垫层的抗剪强度低。而胎缘圈作为补强层具有刚性结构特点,能够使荷载再分布,有效降低土中应力,从而大大降低土中最大有效剪应力。此法最大优点是投资成本低、施工速度快。[2]
2.4盆状轮胎填土工法筑路
其施工结构示意图如图1所示。所谓盆状轮胎填土工法,就是把轮胎从上面切开形成盆状半边轮胎的筑路方法。该工法的施工顺序是:①铺设盆形半边轮胎;②粒状体填充;③碾滚压实。该工法轮胎无需竖直叠加,而是交错梯形(上小底大)叠加(见图1)。这种方法修筑的道路具有抗震性,大地震时可以确保一条急救车的运行通道。通常把中央一条车道线用该工法施工。选用这种工法时,应事先考虑废轮胎的流通、管理流程。废轮胎道路的耐久性(耐用年数)取决于轮胎的磨耗程度。Stuart A.等人通过对用磨耗不是特别显著的轮胎所筑道路近20年的观察发现:①轮胎无有害物质漏出;②轮胎的推估寿命至少200年。
3用于边坡加固
主要用于土质边坡的加固工程。这种加固方法能够大大缩短施工工期,降低施工成本,防止边坡坡面遭受雨水冲蚀破坏。最早始于1973年美国加利福尼亚州的一个土质路堤边坡的加固工程,而后,此法一直受到广泛应用。具体施工方法为:①先将废旧轮胎沿轮胎外胎面纵向切割为盆形的两部分,将盆形半胎面整齐排列并用尼龙绳和铁丝捆绑、固定以形成稳定的链锁结构。②然后,在半胎面组成的链锁结构层上铺设一定厚度(46 cm～76 cm)的土壤并压实(密实度不低于90 %),最终形成轮胎土壤复合层。③按台阶式重叠铺筑相同轮胎土壤层到规定标高,最终在边坡表面筑起一座轮胎墙。此外,也可以把废旧轮胎整齐的排列在路基边坡表面,轮胎之间空隙用水泥浇筑填充,使废旧轮胎牢固的粘结在一体。此法既节约了水泥用量,又增强了边坡表面的强度。而在白俄罗斯则利用胎缘圈加固路基边坡,此法加固边坡可不用水泥,只用夹钉固定,然后在圈中填充碎石就能保证足够的强度和稳定性。[3～4]
废旧轮胎用于生态护坡工程。就是根据要加固边坡有关尺寸及土质参数,在清理好的坡面铺设轮胎(整个或去胎缘圈的都可以)并用绳子或铁丝链接固定,以形成连续的轮胎加固面层,然后在轮胎腔内填土、植草等所建成的生态护坡工程。其特点是边坡加固与生态环境相协调,增加自然景观美。
4取代碎石作为渠道回填冻胀材料及排水层
在寒冷地带,挡墙和渠道回填土的冻结,往往使土压力增加、竖墙受损,所以须把一定范围的回填用非冻胀性材料填充。当用产生土回填时冻胀系数大,故以往采用碎石回填抑制冻胀。考虑到轮胎粗块无冻胀性、轻质性的特点,故可以在工程的部分区段使用轮胎粗块代替碎石料进行回填。日本高速公路北海道分公司曾进行过工程实践,从其工后观测结果发现,轮胎粗块区段与碎石区段的地中温度分布大致相同,未发生冻胀,说明具有冻胀抑制作用。此外,由于用高含水率的黏土作快速填土时,往往压密不好,强度不够,致使坍塌破坏的情形屡有发生。为此,慢速施工的同时,可以根据轮胎碎块特点取代碎石构筑填土层内部渗水性好的材料排水层。[5～7]
5制作轮胎碎块排水桩用于抑制地层液化变形
碎石排水工法即把碎石等渗水性的材料设置在地层中,提高地层渗水性,抑制地震时砂层内超孔隙水压力(u)的上升,缓解液化的工法。这里的排水材通常使用碎石和砂砾等天然材料,也有人提出使用后成树脂和钢管等人造材料,对应各种各样的构造物和设计方法,研究过多种排水材料。而使用废旧轮胎片状碎块(尺寸为10 mm～50 mm)替代碎石、砂砾等材料作排水桩来抑制地层的液化变形即为轮胎片状碎块排水工法。
6废旧轮胎的其他工程应用
除上述工程应用外,废旧轮胎还可用于弹性防护墙、防撞挡壁、防滑垫排等的原材料。根据轮胎良好的吸声性能可用于建造隔绝交通噪音的隔音墙。根据轮胎本身所具有的高弹性、抗冲击性、耐腐蚀性及减震性能,轮胎还可以用与铁道枕木材料和建筑物基础的减震材料等。[8～11]由于废旧轮胎的原型利用可以节省轮胎的二次再加工工序,降低再利用投资成本等优点,可以用原型废旧轮胎建造“人造地层和叠层构造体”如轮胎桩、轮胎桥墩、轮胎挡土墙等。
7结论及展望
废旧轮胎作为建筑材料既可以减少“黑色污染”对环境造成的巨大压力,又可取代昂贵的传统建材,大大降低工程投资成本。最为重要的是由于轮胎及其衍生物(轮胎碎片或胶粉)具有高弹性、高强度、抗折性、抗冻性、吸声、质轻及减震等性能,使得废旧轮胎在土工中的应用更为广阔。然而,理论研究与工程实际应用之间还存在间隔性。如何进一步加强理论研究、完善理论体系以便更好的指导工程实践,成为今后废旧轮胎能否被广泛应用于土工建设中的关键。
参考文献
1 李荣华、彭 玲.做环保道路沥青的先行者——记金邦科技发展有限公司[J].中国公路,2005(19):104～105
2 曹卫东、王 超.废旧轮胎在道路工程中的应用综述[J].交通标准化,2005(6):78～82
3 曾玉珍.废旧轮胎在国外道路工程中的应用[J].国外公路,2000(1):39～41
4 陆兆峰、陈新轩等.废旧轮胎在道路工程中的应用[J].万方数据,1002-4786(2007)08-0178-04
5 韩 飞、李治琨.日本废旧轮胎的再循环利用技术[J].综合利用,2002(4)
6 东京工业废弃物问题研究.工业废弃物处理气处理.电力新报社,1998.3
