美国人修公路时,预埋的一层轮胎有什么用?中国为何不效仿?

2021-06-21 09:00:31 Hi科普啦

大约40年前,美国工业迅猛发展,马路上的汽车越来越多,轮胎产能过剩,无处搁置,只能沦为工业垃圾。考虑到集体焚烧200万个轮胎产生的废气污染过于壮观,美国人想了一个馊主意,将这些废旧轮胎“安置”在海底,眼不见心不烦。

200万个轮胎堆积在海里,占用了14万平方米的海底空间,相当于31个足球场的大小。40年过去了,轮胎长期在海水中浸泡,产生了大量有毒物质,将这片海域的鱼类消灭的一干二净,就连珊瑚礁都死得差不多了。

这种做法严重危害了海洋环境,周边居民也受到了巨大的影响。好在美国没有沿用这种损人不利己的方式继续处理废旧轮胎。但美国每年依然要产出3亿个左右的废旧轮胎,85%~90%的废旧轮胎粉碎成碎片,作为衍生燃料。每年估计有650000吨轮胎磨损产生的惰性轮胎粉尘进入环境。

还有一大部分出口到中国和非洲的一些国家。破损严重的废轮胎会被卖给加工橡胶颗粒的小作坊,受损不严重的会经过打磨、刻花等一系列翻新手段流入不正规的轮胎交易平台,继续祸害人。不过自从中国禁止进口“洋垃圾”后,这条黑色产业链就没有以前猖獗了。

2004年,美国一位有良知的土木工程师看到了轮胎带来的环境污染问题。想出了一个新法子,用废旧轮胎来做路基。

他叫塞谬尔·博纳索(Samuel·G· Bonasso),是美国西弗吉尼亚大学土木工程教授,也是一名注册土木工程师。

塞谬尔是一名经验丰富的土木工程师,曾为美国多个州建造滑雪缆车,在模块化桥梁建造系统方面,获得过四项专利,同时拥有丰富的道路修建经验。在一次传统的公路修建工程中,塞谬尔发现,出现坑洼和车辙,是每条公路的通病。特别是大型车辆经常碾压的地方,但大多数坑洼都只经过了简单的修补,修补后还是容易出故障,做不到一劳永逸。

受蜂巢系统的启发,他想到将废旧轮胎简单处理后作为骨架,然后将碎石或其他天然的可再生的材料填充进骨架中,合成一个可以永久使用的建筑单元。将多个建筑单元整齐排列在需要修建或修补的道路上,就可以成为路基。通过多次建模、实验室测试和现场测试后,塞谬尔整理出了完整的一套施工流程。

先将轮胎上下的边缘切割掉,只保留侧圈部分,将轮胎按照蜂窝状结构铺在路面上;直接让碎石车将碎石倒入轮胎中;然后由人工将轮胎轮胎间的缝隙填满,压实,形成一条完整的路基;最后在碎石上铺一层沥青,这条路就算是修好了。塞谬尔将这种方式叫做机械混凝土(Mechanical Concrete®)

经过一段时间在试验路段上的使用,塞谬尔和施工团队发现,用这种方法建起来的路基有不少优点

  • 终结路面坑洼

坑洼几乎都是由水造成的,水先软化路基材料,然后导致地面开裂,产生车辙,最后沉陷,积累雨水后形成坑洼。这个方式相当于采用物理聚拢、挤压的方式,将石材水平地横向地固定在一起。加上使用单一的AASHTO#57s型号石材,多孔性和强度让它不受水的影响,甚至在路面结冰或积水时也不会影响强度。用这个方法来修补坑洼的道路,坑洼的位置就不会再次损坏。

  • 更坚固

传统的沥青路面属于柔性路面,需要承受路面的极限垂直变形和弯拉变形,时间长了路面就会损坏,加入轮胎就可以减缓它的弯拉变形值。试验表明,铺设轮胎的道路比一般的直接铺沙石的道路要坚固得多。每平方米可以承受150吨的载荷,30吨以上的货车也不会损毁路面。除了承载能力强,橡胶材质的轮胎还有一定的减震作用。

  • 施工快 成本低

使用机械混凝土方式施工比直接使用压实碎石的施工方法更快,有的甚至不用铺设沥青层,放置石头以后立即就可以使用。由于施工时需要的设备更少、石材更少、劳动力更少,因此施工成本也比传统的方法低25%~50%。

  • 维护成本低

美国莫顿堡一个新发电厂附近的小路就用了机械混凝土施工法,这里每天都有近300辆运煤卡车经过,道路很容易出故障。但自从换上了这种路基,这条路的维护成本就下降了75%。

  • 环保

这就可以回到文章开头提到的废旧轮胎处理问题,一段1英里长(1.6千米)的公路大概需要12000个轮胎。如果美国倒在海里的200万个轮胎都用来修路,就可以修起约192英里(308千米)的道路。既修了路,又处理了黑色垃圾,一举两得,废物最大化利用,既环保又符合可持续发展的需要。

见机械混凝土筑路方法行得通,塞谬尔在2008年申请了专利,成立了公司,专门推广这种方式。目前这种更简单、更强大的道路建设方式已经在美国工业上得到了充分的开发,美国的德克萨斯州、加利佛尼亚州等5个州都在使用这种办法修路。

既然机械混凝土修路法这么厉害,中国为何不用呢?

其实,中国早在80年代就将废旧轮胎用在修路上了。只不过我们是把轮胎的橡胶原质加工为橡胶粉粒,然后按照一定的粗细级配比进行组合,然后添加高聚合物改性剂,在高温条件下充分拌合,与基质沥青充分溶胀后形成。

事实上,橡胶沥青的优点跟塞缪尔发明的机械混凝土差不多。沥青混凝土中加入橡胶粉,5厘米厚的路就能产生普通路面10厘米厚的效果。加入橡胶粉后大大提高了沥青的粘度,抗变形的能力增强,而且有更好的耐水性能,噪音也小了不少;使用寿命也比普通沥青路面长1~3倍;能够有效地解决国内废旧轮胎污染的问题。

中国的一些高速公路就运用了橡胶沥青,贯通云南和贵州的“隆百橡胶沥青高速公路”、纵贯东三省的“鹤大高速公路”,另外,长沙、无锡、潍坊等城市的部分城市道路都运用橡胶沥青。

为什么不直接用轮胎?

这项技术虽然看起来很厉害,但在美国还没有大规模运用,这项专利技术2013年才在加拿大获得专利,还未向全球推广。而且,这种修建方式显然不适合用在高速公路上,而是更适合乡间小道。

闪电哥猜测,中国之所以不用这种方式铺路,主要是因为我国发展速度太快。城市建设的需求每年都会改变,可能今年需要修地铁,明年需要修管道。机械混凝土路基一旦有一部分被损坏,剩余部分的紧密性和坚固性就会大打折扣,就可能造成整条路面的瘫痪,造成较大的损失。

你觉得中国为什么不直接使用轮胎修路呢?欢迎在评论区留下你的见解。

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