废弃的轮胎还能用来铺路?不仅能铺,效果还挺好

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如今越来越多的家庭拥有小汽车,轮胎作为基础耗材,每隔一段时间就要定期更换。但当我们在街道驰骋时,可曾想过:自己很可能正驾驶在废旧轮胎上。

变废为宝的美国先河

一日,一个中年男人正对着脚下翻浆破损的柏油马路凝望失神。他是一位供职于美国西弗吉尼亚大学的土木工程教授,除此外他还有一个身份:注册土木工程师

废弃的轮胎还能用来铺路?不仅能铺,效果还挺好

本来沥青破裂的路面在任何一个现代国家都是再平常不过的事情。但是出于专业的本能和敏感,这个男人依然不禁在脑中思考延长公路使用寿命的方法。此时路边的景物却为其心中的难题贡献解决方法。

原来男人无意中看到街边有很多废旧轮胎。在美国街边有些轮胎也不稀奇,难得的是,这些轮胎一个个摞在一起,结构却出奇的稳定。即便周围有巨大的震动,这些“轮胎塔”也不会倒塌。

轮胎塔十分稳定的结构给这名叫塞谬尔·博纳索的男人巨大的启发。在他看来轮胎是种结构稳定,有一定减震功效的优质建材。如果可以把轮胎当做柏油马路的“地基”,是否可以延长公路的使用寿命?

塞缪尔这种想法并非“天方夜谭”。路面在结构上分为面层,基层和垫层。面层即是我们常见的沥青层,往下是承重隔水的水稳层,即基层。再下是主要由优质水泥制成的垫层,负责排水隔温承重。

有时候很多公路的破损并非是因为沥青层不耐磨,而是在长时间的重量冲击后,底下的水稳层和水泥层产生破损,导致沥青层底部没有承重支撑或发生渗水,进而导致沥青层翻浆破裂

所以延长公路的使用寿命,除却研制更优质的水泥和沥青之外,引入新结构,提升基层和垫层的抗冲击强度,也一直是重点研究方向。无疑是那些轮胎给予塞谬尔·博纳索重大灵感。

获得“电光火石”般灵感的塞谬尔回到学校后立即开始实验。经过在实验室和施工现场的多次尝试后,终于让他探寻到用废轮胎铺公路的工艺方法。

所谓的轮胎铺路并非简单地在轮胎上铺沥青层或者用轮胎皮做路基。而是将轮胎平放在土基上,将其作为支撑路面结构的骨架,再用砂石填满缝隙,用轮胎结构做路面的垫层

待“轮胎垫层”铺设完毕后,再在上面铺设水稳层和沥青层。最终由沥青,水泥,轮胎和砂石共同构成的新型公路便修建而成。而且这“轮胎公路”可以说是集“百家所长”。

其一,因为用砂石填充轮胎层空隙,使“新垫层”拥有足够的承压能力。这保证“轮胎公路”拥有最基本的使用寿命。

其二,因为有轮胎结构做支撑,使得整个路面结构拥有一定“弹性”,极大增加公路的抗冲击性,避免基层垫层提前损坏的状况。

根据塞谬尔·博纳索在施工现场的实验结果显示,轮胎路面承重能力提升到每平米150吨。一段“轮胎公路”的路面,即便是每天承受上百次重型货车的反复行驶,也极少出现路面破损的情况。

而且得益于轮胎公路的独特结构,在修建公路时更多使用砂石“奠基”,而不是单纯依靠水泥和鹅卵石,这使得水泥和石头的消耗大量减少。相比较下,其建造成本较普通公路平均降低25%-50%

轮胎公路的成功令塞谬尔在内的所有人都看到这一工法的巨大潜力。政府和建筑商开始在全美修建轮胎公路,而申请专利的塞谬尔·博纳索也依靠收取专利费赚得盆满钵满。

美国人废轮胎铺路的工艺开创道路行业在建造过程中“变废为宝”的先河。毕竟在过去美国处理废旧轮胎的方式不是翻新就是丢弃。虽说美国有全球最发达的轮胎翻新产业,但并非是所有轮胎都能回收。

剩余轮胎的最终归宿要么就是郊外或沙漠中的垃圾场,要么就是城市中被废弃的角落。“废轮胎铺路”一定程度上减轻美国橡胶污染的程度,也在无形揭开世界各国综合利用废旧轮胎的序幕。

青出于蓝的东方智慧

作为世界上的“基建狂”,我国近些年在公路修建上的成就举世共睹。在2020年,全国公路总里程519.8万公里,较刚建国时的8万公里,增长近65倍。

而且我国高速公路的通车里程也达到16.1万公里。无论在公路总里程和高速公路里程上,我国都超越美国和俄罗斯,成为世界第一。足见我国在公路建造和养护维修上有巨大的需求。

而且随着我国经济发展和人民收入提高,我国汽车保有量也迅速提升。2020年时,中国汽车保有量为2.8亿辆,我国以1千万辆的优势超越美国成为全球最大的汽车市场。

可随着汽车数量大量增加的同时,废旧轮胎也成为我国亟需解决的生态问题。2003年是我国产生110万吨废旧轮胎,5年后的2008年废轮胎数量已经达到140万吨。

在2020年时,我国产生的废旧轮胎数量已经达到3.3亿条,约1300万吨重。君不见,城郊外,工地边,废旧轮胎堆连天。我国目前面临严重的橡胶污染难题。

那么参考美国“废轮胎铺路”的先河,我国是否也应该引入这种方式?如此一来,既可以解决迫在眉睫的废旧轮胎问题,又能满足道路修建和养护的需要?事实上,对此我们有更好的办法。

我国的科研工作者在本世纪头十年内就取得相关领域的技术突破。南开大学的科研组在2006年就研发出“废旧轮胎循环利用”新方法,将废旧轮胎为原料制成的胶粉用于公路路面的建设。

不同于美国在路面结构上动脑筋,我国科研工作者将目光投向新型复合沥青材料的研发上。

南开团队根据物质间物理化学性质的不同,采用预混孕育的工艺,通过分步投料、加温、循环剪切和均化、改性、循环搅拌、研磨、发育等步骤,将由废轮胎制成的胶粉掺加到沥青油当中,制造改性沥青。

在道路建设和养护时,团队用新的改性沥青进行公路面层的铺设,从而达到改良并提升道路性质的功效。

其一,新路面有较好的防冰功效,在冬天可以防滑,减少清雪作业。

身处北方的朋友一定对下列情况深有体会,那就是每当冬天下雪后,路面便会非常滑,容易造成事故。即便在深夜,市政部门也要出动机械或人力突击清雪清冰。撒融雪剂除冰在东北更是“家常便饭”。

无论是市政清雪还是撒融雪剂都会产生大量费用,并且对道路长期养护不利,无形中为城市运转和高速公路运营增加成本。而“轮胎沥青”的产生有望减少这些花费。

因为沥青中含有大量橡胶,用这种新材料铺的路面,即使在很低的温度下,仍具有一定的弹性。因此在车辆行驶时,可以通过车轮即可破坏掉路面上结的冰层,从而起到抑制路面结冰的作用。

其二,新路面可以增大轮胎和路面之间的滑动阻力。

因为路面面层含有大量橡胶,橡胶表面粗糙,有较强的阻力,所以铺设“轮胎沥青”的路面可以为汽车增加抓地力,刹车距离缩短25%。这将进一步减少交通事故的发生。

其三,新路面可以降低车辆的行驶噪声。

因为新路面含有橡胶的原因,导致路面有一定弹性,且新路面内部有较多粗糙结构,这些都可以有效降低在路面上行驶车辆产生的噪音。

根据天津市环保局对市区公路和高速公路的噪声测试结果显示,采用胶粉改性沥青铺筑的道路噪声降低5分贝,高速公路噪声减少3分贝,有效减少市区的噪音污染。

近年来城市交通噪音日益严重。噪音每降低3分贝相当于车速提高20%至25%,车流量增加50%,与声源距离增加1倍。把路边降噪板与“轮胎”路面相结合,将进一步减少噪音的产生。

其四,新路面可以提高路面的耐磨性能。

因为路面表面的沥青层含有大量橡胶,很大程度上改良沥青层的物理性质。混入橡胶粉后,沥青层冬季的抗撕裂性能及夏季的抗融变性能提高40%。

目前新路面耐温范围已经提高至-30摄氏度到80摄氏度,与普通路面相比使用寿命延长1至3倍。而且新路面防水性更好,能有效减少渗水现象的产生。

相较于着力于提升路面垫层结构稳定的美国方式,我国的新方法在功能上更加全面,可以更好地满足城市市政和气候方面的需要。这无疑是“青出于蓝”的。

南开大学团队取得如此大的成就,也离不开国外先进案例的引导与证明。早在1995年日本东洋橡胶公司和鹿岛道路公司就共同研发,将废旧轮胎进行粉碎处理后,用作铺路材料的方法。

在1999年时,美国就有公司将直径3毫米的橡胶颗粒添加到如沥青和沙石这样的传统铺路材料中。其比例约占路面材料的3%,其中橡胶材料主要来自报废的汽车轮胎。

另外这项新技术也为解决我国废旧轮胎污染问题作出大量贡献。据介绍,每6000条废旧轮胎制成的胶粉即可铺设1千米双向高等级路面,公路建设成本减少约40%。

可以期待,如果全国所有的公路都能用上新的“轮胎沥青”的话,仅凭每年的新增公路数就足以消耗掉累计3年的废弃轮胎总数。足见新技术和新科技对经济和环境的巨大潜力。

而目前我国也在新技术应用表现上进展良好。南开大学团队刚刚取得新的技术突破,很快便有企业与之合作,将新技术落到实处,方便进行工业化生产和大规模推广。

如天津海泰环保科技发展公司便是其中翘楚。他们得到南开团队的启发与支持,开发出废轮胎胶粉改性沥青制备工艺及其主机设备,他们的专利技术和设备获得国家科技部的科技进步奖等重量级奖项。

在2009年时,海泰环保科技便凭借自己手中的新技术获得贵阳机场跑道的订单,打造全中国首个“轮胎沥青”用于机场跑道铺设的案例。获得市场认可后,“轮胎沥青”又拿下北京经济技术开发区道路项目。

从2013年以来,包括荣华路、经海一路、万源街、永昌路在内,北京经济技术开发区的50余条道路都铺筑橡胶沥青路面,里程超过80公里,摊铺面积达到122万平方米。

据统计,该项目5年来共消耗废旧轮胎23.3万条,节约近7.5万吨标煤能耗,减少二氧化碳排放累计达18.6万吨。在2018年9月的南非,该项目获得国际橡胶沥青大会的环境保护金奖。

现代生活的必然代价

自从福特公司开创专业生产流水线后,汽车的生产效率急速提升。原本是工业时代“奢侈品”的汽车迅速成为普罗大众都能消费的“必需品”。然而便利生活背后的污染也是目前时代所要付出的必然代价。

目前塑料污染已经深入我们生活的各个角落。2020年国外的《动物分类》杂志就刊文指出,科学家从生活在世界最深处—马里亚纳海沟里的生物体内发现微塑料颗粒。

近日《国际环境》杂志也发文,表示荷兰科学家也在人体血液中发现微塑料,且受到影响的人占实验总人数的80%,可见目前环境污染已到达非整治不可的程度。轮胎作为重要固体废弃物,也造成大量污染。

因为轮胎橡胶为高分子材料,在大自然中分解极慢。至今在美国和部分欧洲国家外海还能找到他们在上世纪5,60年代丢弃的废轮胎。而且这些被掩埋丢弃轮胎还会慢慢释放有毒物质,污染地球。

为保证生活质量,同时更为保护生存的地球,各国纷纷把旧轮胎的回收再利用提上日程。目前全世界,每年产生10亿条废旧轮胎,但是全球废旧轮胎平均利用率不足60%。

世界各国的轮胎利用率也不尽相同,美日欧等先进国家,轮胎再利用率往往能达到90%。而我国经过多年努力,目前利用率达到60%。剩余以印度为首的发展中国家,利用率往往更低。

目前废旧轮胎的再利用主要有轮胎翻新、粉碎再生、热裂解和再加工等方式。欧美日等国依托良好的工业基础,在轮胎翻新和粉碎再生上有较强优势。目前美国掌握全球最大的轮胎翻新产业。

欧洲和日本利用粉碎再生的方式实现资源的循环使用。我国在轮胎翻新上规模较小,主要依靠热裂解等方式。但热裂解往往会产生大量含有毒性的废气,会造成大气污染。

在国内环保要求日趋严格的大环境下,要么改良工艺,减少热裂解的大气污染,要么探求新的利用途径。目前较为热门的方式是轮胎的橡胶再生和废旧橡胶提炼能源两种方法。

但我国因为在化学和材料科学等基础学科上“欠账”太多,且这些学科本就是长周期项目,故而可以期待,但现在不能指望。将废轮胎粉碎,当做建筑材料便是我们在当下较好的选择。

事实上,这一做法对其他国家同样适用。如老牌发达国家的英国和法国也都在1999年前后开展将废旧轮胎粉碎铺路的项目。要彻底消化掉堆积如山的旧轮胎,仍需我们在更多领域发力。

这颗蓝星不仅是我们目下的栖息地,更是后世子孙的生息繁衍的家园,我们必须倍加珍惜。唯有继续研发高新技术,在发展中解决民生和环境问题才能实现可持续发展的目标!

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