廢舊輪胎在公路建設(shè)中的應(yīng)用與發(fā)展

王曉初 ，江必有 ，聶曉梅

(1. 沈陽大學(xué)建筑工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110044 ；2. 遼寧省環(huán)境巖土工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽 110044)

中國近幾年經(jīng)濟(jì)的快速增長，基礎(chǔ)設(shè)施的快速建設(shè)，讓中國在世界范圍內(nèi)享有“ 基建狂魔” 的稱號，人民生活水平質(zhì)量得到了顯著提升，使得我國公民的汽車擁有量實(shí)現(xiàn)飛躍式的上升。汽車的快速增加使得產(chǎn)生大量的廢舊輪胎，加上輪胎作為易消耗品，每年中國產(chǎn)生的廢舊輪胎就出現(xiàn)堆積如山的狀況。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示：2019 年我國廢舊輪胎達(dá)到3.3 億條，每年報(bào)廢輪胎數(shù)量以6%～8% 的速度持續(xù)增長[1]。廢舊輪胎的堆積，一方面造成巨大的資源浪費(fèi)，另一方面污染環(huán)境傳播疾病。因此加強(qiáng)對廢舊輪胎在各方面的利用成了社會研究的重要方向，減少廢舊輪胎的堆積數(shù)量，實(shí)現(xiàn)資源的合理利用，進(jìn)一步推動我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。

1 廢舊輪胎的形成與危機(jī)

我國人民生活水平的提高，對汽車需求的增加促進(jìn)了汽車行業(yè)的快速發(fā)展，輪胎作為汽車使用的易耗品使得廢舊輪胎的數(shù)量在日益增長。輪胎屬于熱固性聚合物，主要制作原料是天然橡膠，在自然條件下難以分解。廢舊輪胎大部分來源于汽車行駛產(chǎn)生的報(bào)廢輪胎以及工廠生產(chǎn)出來不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的輪胎。目前我國已經(jīng)成為了世界第一橡膠進(jìn)口大國，每年需從國際市場進(jìn)口70% 天然橡膠和40% 合成橡膠[2], 產(chǎn)生的廢舊輪胎數(shù)量每年超過3 億條，產(chǎn)生的廢舊輪胎堆積如山，占用大量的土地資源，污染環(huán)境，甚至存在引發(fā)火災(zāi)和傳播疾病的危險(xiǎn)。

2 廢舊輪胎處理面臨的困境

目前，廢舊輪胎數(shù)量的快速增長已經(jīng)引發(fā)了社會擔(dān)憂，據(jù)人民網(wǎng)報(bào)道：我國廢舊輪胎回收率不足6%,遠(yuǎn)低于世界平均水平9%。雖然政府出臺過廢舊輪胎處理指導(dǎo)措施，但對廢舊輪胎的回收利用率仍無太大增長，廢舊輪胎回收行業(yè)仍處于雜亂無序、舉步艱難的困境，下面將從以下幾方面來探討廢舊輪胎處理面臨的困境。

2.1 廢舊輪胎翻新技術(shù)落后

從整體行業(yè)來看，我國廢舊輪胎翻新技術(shù)較數(shù)十年前有了一個(gè)階段性的提升，但與歐美等發(fā)達(dá)國家相比仍存在較大差距，以客貨載重汽車舊輪胎翻新率為例，歐盟達(dá)到了100%，美國為95%，而我國僅為15%[3]。主要體現(xiàn)在翻新輪胎的使用壽命、生產(chǎn)水平、翻新工藝等各方面。雖然我國目前從事廢舊輪胎翻新的企業(yè)眾多，綜合利用企業(yè)約1 500 家，回收利用量約2 億條[4]。但這些企業(yè)大部分屬于小型企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模小，競爭力弱，大多設(shè)施裝備水平落后，技術(shù)力量薄弱[5],與國外大型翻新企業(yè)相比，存在翻新技術(shù)創(chuàng)新性不足，翻新輪胎性能檢測設(shè)備匱乏，影響了廢舊輪胎的使用壽命和安全性，進(jìn)而限制了企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。即便如此，一般中小型企業(yè)也只能從事斜交胎翻新，能擁有對子午胎翻新技術(shù)的企業(yè)更是寥寥無幾，可以替航空輪胎翻新的企業(yè)更是屈指可數(shù)。由此可見我國目前廢舊輪胎企業(yè)面臨的發(fā)展困境。每年我國廢舊輪胎生產(chǎn)數(shù)量超過3 億條，但中國企業(yè)全年翻新的廢舊輪胎率僅有5%[1]。再加上廢舊輪胎企業(yè)有針對性的選擇輪胎進(jìn)行翻新，僅限于翻新載重輪胎，對汽車輪胎翻新率接近于零。中國中小型企業(yè)生產(chǎn)的翻新輪胎產(chǎn)量不高，是多種因素共同作用的結(jié)果。一方面，輪胎翻新企業(yè)在生產(chǎn)過程中生產(chǎn)的輪胎質(zhì)量參差不齊，節(jié)約后續(xù)的檢測成本，使得輪胎使用者對翻新輪胎質(zhì)量存在一定的安全顧慮，, 寧愿使用昂貴的全新輪胎，也不愿用造價(jià)成本低廉的翻新輪胎；另一方面，輪胎制造商在生產(chǎn)制造輪胎過程中基本不將輪胎翻新再使用的因素考慮在內(nèi)，再加上大部分運(yùn)貨汽車，運(yùn)送的貨物與汽車的最大可承重噸數(shù)不匹配，超載已成為運(yùn)貨汽車的常態(tài)，使得汽車輪胎快速報(bào)廢，輪胎里面的內(nèi)胎由于擠壓嚴(yán)重出現(xiàn)嚴(yán)重破損，輪胎磨損至報(bào)廢才考慮更換新胎[1]，大多輪胎因此失去了翻新價(jià)值。正是由于我國產(chǎn)生的大部分輪胎存在無法翻新或翻新困難，我國輪胎翻新企業(yè)對廢舊輪胎翻新率一直低于世界平均水平。輪胎翻新效率的低下，使得我國對輪胎的需求日益增長，進(jìn)口天然橡膠的數(shù)量也一直居高不下，而提升廢舊輪胎的翻新率能為我國省下巨大的石油、鋼材、天然橡膠。

2.2 生產(chǎn)膠粉技術(shù)能力有限

面對日益增加的廢舊輪胎，主要處理方式除了翻新再利用外，還可以用于機(jī)器處理廢舊輪胎再生產(chǎn)出再生膠。2013 年，我國再生膠產(chǎn)量達(dá)到380 萬t，占全球再生膠總產(chǎn)量的80% 以上[6]。但由于在生產(chǎn)過程中缺少必要的技術(shù)指導(dǎo)和防止污染處理能力，在生產(chǎn)再生膠過程中對環(huán)境造成了嚴(yán)重的二次污染。加上近年來在橡膠資源受國際形勢影響價(jià)格大幅度上升，中國開始減少對進(jìn)口橡膠資源的依賴，地方政府開始引進(jìn)能生產(chǎn)再生膠項(xiàng)目的企業(yè)，緩解當(dāng)?shù)貙ο鹉z資源的依賴，但缺乏相應(yīng)的再生膠生產(chǎn)環(huán)境影響評估標(biāo)準(zhǔn)，使得一些企業(yè)存在技術(shù)落后，污染嚴(yán)重，生產(chǎn)質(zhì)量不高的問題。與國外歐美等發(fā)達(dá)國家形成鮮明對比，歐美國家等發(fā)達(dá)國家重視在廢舊輪胎生產(chǎn)再生膠的投入，研究新技術(shù)、新工藝，20 世紀(jì)90 年代美國政府就通過相關(guān)法律推動廢舊輪胎再生產(chǎn)出再生膠，美國各州對廢舊輪胎進(jìn)行管理，各州均出臺處理廢舊輪胎的法律或法規(guī)[7]。政府撥出專項(xiàng)資金補(bǔ)貼再生膠生產(chǎn)企業(yè)，推動加快再生膠產(chǎn)業(yè)鏈的形成。因?yàn)樵偕z粉存在非常廣泛的用途，鋪設(shè)在公路建設(shè)中作為地基，可以大大延長公路的使用壽命，同時(shí)較少道路噪音。但目前我國再生膠粉生產(chǎn)技術(shù)仍未成熟，生產(chǎn)水平較低，企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模有限，尚未能完成替代對橡膠資源的依賴性。

2.3 社會回收廢舊輪胎產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成

廢舊輪胎的回收是一份薄利的事業(yè)，廢舊輪胎的再利用價(jià)值較低，因此回收廢舊輪胎也可以達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。但社會上目前存在的廢舊輪胎資源來源分布十分廣泛，全部回收需要消耗巨大的人力物力，與廢舊輪胎回收后創(chuàng)造出來的價(jià)值不成正比。因此在現(xiàn)實(shí)中，廢舊輪胎往往被丟棄在道路旁，給廢舊輪胎的回收形成了巨大的阻力。對廢舊輪胎回收企業(yè)而言，廢舊輪胎的再次加工生產(chǎn)本來便不存在太多利潤，為了回收廢舊輪胎浪費(fèi)巨額的人工成本往往是得不償失的，這便使得企業(yè)的回收動力下降。加上回收企業(yè)沒有雄厚的資金實(shí)力，許多企業(yè)往往還存在虧損，更是給廢舊輪胎回收產(chǎn)業(yè)鏈的形成添加了一份阻力。經(jīng)過2 年的發(fā)展，中國已建成4 個(gè)廢舊輪胎回收基地，30個(gè)循環(huán)再利用的輪胎綠色工廠，正著力建造一個(gè)千億級的新產(chǎn)業(yè)鏈[8]。緩解廢棄輪胎堆積如山的狀況。

2.4 輪胎回收缺少正規(guī)渠道

從目前中國廢舊輪胎的回收來看，中國廢舊輪胎的回收往往是民間個(gè)體經(jīng)營者的自發(fā)行為，目前我國回收利用廢舊輪胎的企業(yè)約2 500 家，多是小企業(yè)、小作坊[3]?；厥绽们酪矃⒉畈积R，廢舊輪胎被回收后的利用效率也是較為低下。由于個(gè)體經(jīng)營者的場地和處理方法有限，對廢舊輪胎回收之后不能很好進(jìn)行分類，個(gè)體經(jīng)營者通常只回收容易處理的斜交胎，而對全鋼絲結(jié)構(gòu)子午胎很少收購。廢舊輪胎體積大，占用空間多，且內(nèi)部含有鉛、鉻、鎘等重金屬元素，處理不當(dāng)容易危害人體健康，以上種種因素造成了廢舊輪胎回收困難。雖然目前中國在少數(shù)大城市周邊建立了一些廢舊輪胎回收交易市場，但市場結(jié)構(gòu)不規(guī)范，市場要素不齊全，國家補(bǔ)貼較少，使得廢舊輪胎處理的企業(yè)支出成本上升，進(jìn)一步打擊了企業(yè)的回收生產(chǎn)積極性。

2.5 政府對輪胎回收行業(yè)缺乏充足資金支持

我國企業(yè)回收廢舊輪胎基本是企業(yè)自發(fā)的收購行為，能得到國家相應(yīng)的財(cái)政資本補(bǔ)貼極少，企業(yè)回收廢舊輪胎時(shí)需要支出額外的成本。目前我國廢舊輪胎的收購單價(jià)已超過1 000 元/t，回收成本的上升進(jìn)一步壓縮了企業(yè)的生產(chǎn)利潤，進(jìn)一步限制了企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大。與我國形成鮮明對比是發(fā)達(dá)國家的處理措施，發(fā)達(dá)國家首先是規(guī)范廢舊輪胎回收市場秩序，完善市場制度，國家撥出專項(xiàng)資金支持企業(yè)回收廢舊輪胎，同時(shí)出臺針對廢舊輪胎的稅收減免政策。企業(yè)對廢舊輪胎回收接近免費(fèi)，同時(shí)能把節(jié)省出來的資金用于研發(fā)新工藝、新技術(shù)，同時(shí)企業(yè)在翻新輪胎的過程中享受資金補(bǔ)助，例如美國政府規(guī)定廢舊輪胎產(chǎn)生者向回收利用者提供每條輪胎1～2 美元處理費(fèi)，廢舊輪胎無償提供給回收利用者；每處理1 t 廢舊輪胎，加拿大政府給予60 美元補(bǔ)貼，歐洲則是給予140 歐元補(bǔ)貼[9]。有如此的財(cái)政資金和稅收政策為廢舊輪胎企業(yè)進(jìn)行兜底，企業(yè)發(fā)展動力才會十足。

3 公路建設(shè)帶來廢舊輪胎處理的機(jī)遇

我國近十年加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施公路的建設(shè)，公路的建設(shè)往往需要消耗眾多原材料，若將廢舊輪胎通過加工粉碎后，形成顆粒狀的橡膠，直接應(yīng)用于公路地基填埋或者添加至公路瀝青中。通過添加顆粒橡膠形成的路面比傳統(tǒng)路面有著顯著的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在提升公路的使用壽命和減少公路噪音的形成和傳播，降低公路的造價(jià)成本。

3.1 用作地基填埋

公路的地基是公路穩(wěn)定的前提，直接影響公路的使用壽命，因此地基必須要保證有足夠的強(qiáng)度，地基強(qiáng)度不足往往會破壞公路路面的穩(wěn)定性。國務(wù)院明確規(guī)定將廢舊輪胎等固體廢物納入城市基礎(chǔ)設(shè)施和公共設(shè)施范圍[10]。因此將廢舊輪胎作為地基填埋材料用在地基處理，可以節(jié)省填埋成本，增強(qiáng)公路地基的穩(wěn)定性，提升地基的承載力。即在廢舊輪胎里面填充碎石等堅(jiān)硬的工程邊角料，當(dāng)從上面給廢舊輪胎加上荷載時(shí)，則填充材料必定擠壓輪胎，形成一個(gè)穩(wěn)固的結(jié)合體，使得公路路基承載力有顯著的提升。

3.2 提升公路的使用壽命

我國普通傳統(tǒng)公路的使用壽命不長，一方面受限于公路使用材料，受公路的造價(jià)成本制約；另一方面，公路行駛的大貨車運(yùn)載的貨物遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過貨車所規(guī)定的最大承載噸數(shù)，對道路的地面形成嚴(yán)重的擠壓破壞。中宏環(huán)?？萍脊煞萦邢薰敬鲃εd表示：公路改性、防水卷材瀝青改性的應(yīng)用，呈有序增長趨勢[11]。在公路表面的瀝青加入廢舊輪胎橡膠粉后，可顯著改變道路的各項(xiàng)性能，主要體現(xiàn)在：一是進(jìn)一步提升公路表面的柔韌性，廢舊輪胎制作成的膠粉具有良好的彈塑性性能，加入瀝青里面后能有效緩解瀝青自身存在的抗疲勞性，提高公路表面抗裂縫能力；二是提升公路面的耐熱性能，廢舊輪胎本身便存在良好的耐熱性能，因此將膠粉用于公路上可以有效降低公路表面材料的溫度敏感性；三是橡膠膠粉的加入可以提高公路表面瀝青的黏結(jié)度，使得公路下面基礎(chǔ)填埋的石料與瀝青的黏附度大大提升，進(jìn)而提升公路的抗水性和持久性，大大延長了公路的使用壽命；四是顯著的抗摩擦性能，橡膠顆粒能夠有效提升汽車輪胎和公路表面的附著性能，加大公路表面與汽車表面的摩擦，增加摩擦阻力，從而提升汽車行駛的安全性；五是增加道路的安全可靠性，使用摻加橡膠輪胎顆粒的瀝青路面具有顯著的防滑性能，路面積水狀況減少，開拓行駛者的失業(yè)，進(jìn)一步保證了道路安全性。美國得克薩斯州曾對此進(jìn)行了專項(xiàng)測試，在使用橡膠顆粒的瀝青路面比普通瀝青路面，交通事故減少一半左右；六是保證了公路路面的抗氧化性能，由于橡膠顆粒中包含著氧化劑，在加入路面后能提升公路表面的抗老化與抗氧化能力；七是減少路面石料的消耗，縮短建設(shè)工期，節(jié)約建設(shè)成本。

3.3 降低公路的造價(jià)成本

在輪胎的生產(chǎn)過程中，鑒于輪胎經(jīng)常要處于各種惡劣的環(huán)境中使用，抗氧化和抗老化的性能是必不可少的，因此在制作輪胎的過程中往往加入適量的氧化劑。當(dāng)將廢舊輪胎制作成橡膠顆粒加入公路瀝青時(shí)，可以極大增強(qiáng)路面表面的抗氧化和抗老化性能，大大降低的公路的造價(jià)成本以及后續(xù)公路的日常維修成本，此外，鋪設(shè)含有橡膠顆粒的瀝青路面在黑夜來臨時(shí)可以有效的釋放熱量，降低路面的溫度。

3.4 減少公路噪音的形成和傳播

公路的噪音污染一直是我國面臨的一項(xiàng)重要難題，在建設(shè)公路表面的瀝青加入橡膠顆粒，由于橡膠顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)中包含有大量高彈性材料，使得公路表面有荷載經(jīng)過時(shí)能有效的吸收荷載引起的震動和沖擊，降低了汽車與公路表面相互震動產(chǎn)生的震動和沖擊噪音。我國首條低碳環(huán)保高速公路—— 重慶至成都高速公路，其路面攤鋪物使用廢舊輪胎生產(chǎn)的橡膠瀝青，有害氣體瀝青煙的排放減少了90%，溫室氣體排放減少了近50%[12]。若采用間斷級配混合石料瀝青路面，具備較大的結(jié)構(gòu)深度和豐富的結(jié)構(gòu)，能夠高效率吸收和抵消由汽車輪胎和公路路面產(chǎn)生的噪音，進(jìn)而降低公路噪音的產(chǎn)生，從而減少噪音污染。

3.5 提升社會效益和促進(jìn)社會發(fā)展

我國每年產(chǎn)生的廢舊輪胎數(shù)以億計(jì)，但我國處理這些廢舊輪胎的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上產(chǎn)生的速率，造成了廢舊輪胎堆積如山的困境。而我國近年來加大對基礎(chǔ)公路的建設(shè)，公路建設(shè)所需要消耗的石料資源同樣是巨大的。將廢舊輪胎經(jīng)過加工處理后用于公路工程建設(shè)中，一方面可以改變公路的性能，另一方面可以消耗每年產(chǎn)生的大量廢舊輪胎，保護(hù)了自然環(huán)境。因此實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎的綜合利用，不僅能產(chǎn)生良好的社會效益，增強(qiáng)人們的保護(hù)意識，更促進(jìn)了社會的發(fā)展，帶來重要的環(huán)境影響。

4 結(jié)語

廢舊輪胎在公路建設(shè)中能起到極大的作用，將橡膠顆?；蚰z粉加入瀝青當(dāng)中，使得橡膠改瀝青具有優(yōu)異的路用性能，產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，節(jié)約建設(shè)成本。同時(shí)具有廣泛的使用前景，應(yīng)用到其他工程項(xiàng)目的建設(shè)當(dāng)中去。對廢舊輪胎實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，可進(jìn)一步降低我國對國際天然橡膠市場的依賴，同時(shí)促進(jìn)我國廢舊輪胎處理技術(shù)和工藝的創(chuàng)新，形成廢舊輪胎處理產(chǎn)業(yè)鏈，最終走上綠色低碳環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展道路。