本書(shū)以橡膠顆粒路面為對(duì)象, 系統(tǒng)介紹了橡膠顆粒路面應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)理論和技術(shù)方法、技術(shù)手段等。
第1 章 緒 論
1.1 路面除冰雪技術(shù)
在我國(guó)北方的大部分地區(qū)， 路面積雪結(jié)冰問(wèn)題較為常見(jiàn)。尤其是初冬和初春季節(jié)，路面積雪在溫度變化和車輛荷載的作用下，極易在路面形成薄冰， 影響道路交通安全。有數(shù)據(jù)顯示， 冰雪使路面附著系數(shù)大大降低，干燥瀝青路面的附著系數(shù)約為0.6 ，積雪路面的附著系數(shù)約為0.2 ， 結(jié)冰路面的附著系數(shù)約為0.15 。
積雪路面和結(jié)冰路面附著力明顯減小， 車輛的制動(dòng)穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操作穩(wěn)定性都將變差，這些常常會(huì)使汽車剎車失靈、方向失控，車輛容易打滑、跑偏， 制動(dòng)距離顯著延長(zhǎng)， 而且在冰雪路面上行車時(shí)，由于長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)光線反射刺激，容易使駕駛員雙目疼痛、流淚、視線模糊不清， 進(jìn)而導(dǎo)致交通事故頻繁發(fā)生，冰雪天交通事故率明顯增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因道路積雪結(jié)冰造成的交通事故占冬季交通事故總量的35 % 以上。另一方面，冰雪道路還嚴(yán)重制約了道路通行能力及交通運(yùn)輸效率。例如， 2008 年1 月席卷我國(guó)南方的暴雪，使京珠高速公路湖南段變成了巨大的停車場(chǎng)， 6 萬(wàn)余人滯留其中。2009 年12 月中旬，英國(guó)大部分地區(qū)由于路面冰雪，造成了高速公路嚴(yán)重堵塞， 由此帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)35 億英鎊。
因此， 科學(xué)合理地研究路面除冰雪技術(shù)是十分必要的， 從而有效提高冰雪路面的安全性能和管理水平， 提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
對(duì)路面積雪結(jié)冰的處理問(wèn)題， 各國(guó)道路交通部門(mén)多年來(lái)一直非常重視，并做了大量的研究工作，探索出了多種清除道路表面積雪結(jié)冰的方法。這些方法主要分為化學(xué)方法和物理方法兩大類。目前，國(guó)內(nèi)外在清除道路表面積雪與結(jié)冰時(shí)常用的方法及相應(yīng)的費(fèi)用和管理水平如圖1.1和圖1.2 所示。
1.1.1 化學(xué)方法
化學(xué)方法是通過(guò)在路面上撒布化學(xué)藥劑（即融雪劑） 來(lái)降低冰雪的融點(diǎn)，使冰雪融化，進(jìn)而清除冰雪。撒布融雪劑是目前國(guó)際上較為流行的一種路面除冰雪的手段。國(guó)內(nèi)外常用的融雪劑主要有氯化鈣、氯化鈉等各種鹽類和乙二醇、丙二醇、尿素類、乙酸鉀、乙酸鈉、甲酸鈉、乙酸鎂鈣類等。
化學(xué)方法的除冰雪效果受環(huán)境溫度、車流量和車輛行駛速度等的影響較大，效果千差萬(wàn)別。如果環(huán)境溫度過(guò)低或降雪量過(guò)大，都會(huì)嚴(yán)重影響它的使用效果。
尤其是環(huán)境溫度較低時(shí)， 融雪劑自身很難快速溶解、融化， 需借助車輛輪胎的碾壓作用， 所以融冰雪持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，效果差，使用范圍（環(huán)境溫度宜高于- 18 ℃ ）受限制，綜合成本高。
經(jīng)�？梢园l(fā)現(xiàn)， 路面用過(guò)融雪劑后， 當(dāng)時(shí)還可以起到應(yīng)有的作用， 但由于自然環(huán)境是有溫差變化的，一旦環(huán)境溫度下降，被融化的積雪會(huì)凍結(jié)成冰， 使路面更滑， 交通事故率更高。有數(shù)據(jù)顯示， 濕潤(rùn)路面的摩擦系數(shù)約為0.6，撒布融雪劑后的路面摩擦系數(shù)約為0.4 ， 冰雪路面的摩擦系數(shù)約為0.1 。另外，使用融雪劑后的路面給駕駛員以安全感，結(jié)果因思想放松而導(dǎo)致交通事故的數(shù)量多于撒布融雪劑之前。以某省2004 年12 月23 ～ 24日的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，沒(méi)有用融雪劑的情況下， 發(fā)生交通事故103 起， 用融雪劑之后發(fā)生交通事故236起，用過(guò)融雪劑比不用融雪劑時(shí)的交通事故發(fā)生率多出一倍， 而且多數(shù)融雪劑產(chǎn)品副作用很大。
近年來(lái)有研究發(fā)現(xiàn)融雪劑對(duì)環(huán)境， 特別是對(duì)淡水生物，具有很強(qiáng)的破壞性。原因在于融雪劑在融冰雪時(shí)利用的是其能降低水的冰點(diǎn)的特性，其間并沒(méi)有產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)， 因此，融冰雪后其原有的化學(xué)組成和特性基本上保持不變，隨融化的雪水滲入路面結(jié)構(gòu)或流入周圍水體。融雪劑中含有的溴等物質(zhì)在氣溫升高冰雪融化后，會(huì)以氣體形式釋放出來(lái)， 破壞對(duì)流層，使臭氧層受到損耗。
研究發(fā)現(xiàn)， 大概40 % 的融雪劑滲入道路表面。其余的融雪劑一部分會(huì)被汽車帶起， 飛濺在道路兩旁， 數(shù)量在5 % ～ 15 %； 另外一部分會(huì)停留在綠化植物表面或者被植物的根部吸收。融雪劑中的化學(xué)成分會(huì)損壞道路構(gòu)造物， 破壞綠化帶植被，致使土地板結(jié)，造成道路沿線生態(tài)環(huán)境的惡化。另外， 融雪劑在降解時(shí)還會(huì)消耗大量的氧氣，生成大量的二氧化碳?xì)怏w，這種耗氧反應(yīng)也是融雪劑流入周圍水體后產(chǎn)生污染的主要原因。根據(jù)美國(guó)交通部發(fā)布的一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)報(bào)告， 在每年使用1000萬(wàn)t 融雪劑的情況下，會(huì)對(duì)道路、車輛造成29 億～ 59 億美元的損失， 對(duì)停車場(chǎng)造成0.75 億～ 1.5 億美元的損失； 導(dǎo)致5% ～ 10 % 的植物病變甚至枯死。
北京有關(guān)專家研究發(fā)現(xiàn)， 導(dǎo)致北京二環(huán)路邊樹(shù)木及綠地植被大面積死亡的主要“元兇” 就是融雪劑。融雪劑的使用曾造成北京2003年有4 千多棵大樹(shù)和4 萬(wàn)多株灌木死亡， 草地受害面積達(dá)3 萬(wàn)多平方米， 直接經(jīng)濟(jì)損失1500 多萬(wàn)元。
由此可見(jiàn)， 撒布融雪劑不但使用效果很難保證， 而且由于融雪劑中的有害物質(zhì)強(qiáng)力腐蝕道路材料、設(shè)備和機(jī)動(dòng)車輛，影響路面的使用性能，還會(huì)造成一定程度的環(huán)境污染， 已成為冰雪國(guó)家和地區(qū)的一種新公害。因此，各國(guó)公認(rèn)化學(xué)方法并非理想的除冰雪方式。
1.1.2 物理方法
根據(jù)采用的具體措施的不同， 物理除冰雪技術(shù)分為人工清除法、機(jī)械清除法、熱力融冰雪法和抑制凍結(jié)鋪裝等。
1） 人工清除法
人工清除法是通過(guò)人工的方法清除路面積雪結(jié)冰。該方法對(duì)冰雪清除較徹底， 但效率低， 費(fèi)用高，清冰雪作業(yè)影響車輛通行及行車安全，不能長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)， 主要適用于雪量較小的情況下或重點(diǎn)難點(diǎn)路段冰雪的清除。
2） 機(jī)械清除法
機(jī)械清除法分為機(jī)械鏟冰雪和機(jī)械吹雪兩類。機(jī)械鏟冰雪法是采用機(jī)械設(shè)備對(duì)路面冰雪進(jìn)行鏟、推、掃，該方法設(shè)備效率高，適合于大面積清除作業(yè)。該方法雖然可以鏟除路面上的大量積雪， 但當(dāng)氣溫較低時(shí)，由于冰雪與路面的黏結(jié)較為緊密，其除冰雪效果并不理想。而且該方法的除凈率低， 雖然鏟除了路面上的大量積雪， 宏觀上看， 露出了路面，但從微觀上觀察可以發(fā)現(xiàn)，路面凸凹處仍積滿冰雪， 在路面上形成了一個(gè)冰雪層， 汽車在上面行駛， 與路面的附著力仍然很低，車輛可操作性及剎車效果仍然較差，行車安全性仍得不到有效保障，不能從根本上解決冰雪路面的抗滑問(wèn)題。除雪后常常還要在路面上再撒一些抗滑劑或除冰鹽等，且國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的鏟雪機(jī)功能單一， 設(shè)備利用率較低；國(guó)外綜合性的除冰雪機(jī)械價(jià)格昂貴， 維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高， 經(jīng)濟(jì)效益較差。
機(jī)械吹雪法僅適用于未經(jīng)碾壓過(guò)的厚度較薄的路面積雪， 積雪一旦被壓實(shí)或結(jié)冰則無(wú)能為力。機(jī)械吹雪法安全環(huán)保，但一般是邊下雪邊作業(yè)，機(jī)械需求量大， 費(fèi)用高， 因此， 適用范圍較小，通常只適用于機(jī)場(chǎng)等便于管理的較小范圍地區(qū)的除雪，不適合交通量較大的公路和城市道路除雪。
機(jī)械方法往往受路面狀況、氣溫高低和冰雪層厚度等條件的制約， 而且除雪機(jī)械的使用還會(huì)阻塞交通，降低工作斷面的交通流量，影響行車安全。
3） 熱力融冰雪法
熱力融冰雪法是利用熱水、地?zé)�、燃�(xì)狻㈦娀蛱?yáng)能等產(chǎn)生的熱量使冰雪融化（如熱管加熱法、循環(huán)流體加熱法、發(fā)熱電纜法、導(dǎo)電路面鋪裝法等）。
噴灑熱水除冰雪技術(shù)主要是降雪時(shí)向道路表面噴灑熱水， 使路面表面的冰雪融化，再流入道路內(nèi)部或周邊的集水管線，予以排除。該技術(shù)多采用大孔隙路面，以方便雪水的順.排除。噴灑熱水除冰雪技術(shù)不但消耗大量的能源，而且融化的雪水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)將路表的灰塵等雜質(zhì)帶入，在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部積存， 進(jìn)而堵塞孔隙， 致使排水不.， 影響雪水的排除。另外，進(jìn)入路面內(nèi)部的雪水還可能造成路面結(jié)構(gòu)的凍脹破壞，影響路面的正常使用功能。
循環(huán)流體加熱法是使用循環(huán)泵使被加熱液體在埋設(shè)于道路內(nèi)部的管線中循環(huán)，通過(guò)管壁處的對(duì)流換熱使熱量從循環(huán)介質(zhì)傳向道路結(jié)構(gòu)，依靠結(jié)構(gòu)層內(nèi)的熱傳導(dǎo)將熱量傳遞到道路表面，進(jìn)而通過(guò)熱傳遞與冰雪進(jìn)行熱交換融雪化冰。在此系統(tǒng)中，丙二醇水溶液、乙二醇水溶液、油等低凝固點(diǎn)溶液均可作為循環(huán)介質(zhì)；而埋設(shè)于道路中的管材，通常需要具有較好的強(qiáng)度和柔韌性，以便施工時(shí)安裝，使用時(shí)具有較好的抵抗車輛荷載作用的能力。
熱管加熱融雪系統(tǒng)是一種不用外加動(dòng)力設(shè)備就可運(yùn)行的系統(tǒng)， 但是正是此特性導(dǎo)致熱管融雪除了可控性差的缺點(diǎn)外，還具有以下不足。首先，系統(tǒng)要保持良好的流通性， 埋管管徑應(yīng)當(dāng)盡量大或者有很大的地下埋置深度， 增加了初投資。
其次， 路面內(nèi)埋管必須有足夠大的梯度保證冷凝流體在自身的重力作用下流回蒸發(fā)端。再次，如果管道不是足夠的清潔，或者管道的傾斜度不夠， 可能在管的周圍形成冰， 需要花費(fèi)大量的財(cái)力和物力去修復(fù)。最后，管內(nèi)的流體不能反向流動(dòng)，在夏季不能達(dá)到熱回收的效果， 長(zhǎng)年運(yùn)行后， 效果可能會(huì)減弱。
4） 抑制凍結(jié)鋪裝
抑制凍結(jié)鋪裝主要是通過(guò)在路面鋪裝材料內(nèi)添加一定量的特殊材料，改變路面與輪胎的接觸狀態(tài)和路面的變形特性，利用添加的特殊材料變形能力較強(qiáng)的特性， 通過(guò)路面在外荷載作用下產(chǎn)生的自應(yīng)力，使路面冰雪破碎融化，從而有效抑制路面積雪和結(jié)冰。該技術(shù)中常用的特殊材料為廢舊橡膠輪胎破碎而成的橡膠顆粒。這不但可以有效提高路面的除冰雪能力，提高道路安全性能和運(yùn)輸效率，而且可以為廢舊彈性材料的回收利用提供科學(xué)、合理的新途徑， 利于環(huán)境保護(hù)， 節(jié)省資源。
1.2 廢舊橡膠輪胎概況
1.2.1 廢舊橡膠輪胎的產(chǎn)生量
廢舊橡膠是固體廢棄物的一種，其主要來(lái)源為廢舊橡膠制品。廢舊橡膠制品主要有輪胎、膠帶、膠管和工業(yè)橡膠制品等，其中以廢舊輪胎為最多， 約占廢舊橡膠產(chǎn)生量的60 %。表1.1 為部分國(guó)家及地區(qū)的廢舊橡膠輪胎產(chǎn)生數(shù)量。
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示， 廢舊橡膠輪胎的產(chǎn)生主要集中在發(fā)達(dá)國(guó)家。美國(guó)是世界上橡膠消耗第一大國(guó)， 也是廢舊橡膠輪胎產(chǎn)生量最大的國(guó)家，2007 年報(bào)廢橡膠輪胎近3 億條， 若以每條15kg 計(jì)， 產(chǎn)生量約為450 萬(wàn)t 。歐盟2005 年報(bào)廢舊橡膠輪胎約為465 萬(wàn)t。日本2006 年廢舊橡膠輪胎的產(chǎn)生量約為150 萬(wàn)t 。過(guò)去工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家一直把廢舊橡膠輪胎作為廢物處理， 以堆存和填埋為主。到20世紀(jì)80 年代， 出于環(huán)境保護(hù)和資源再利用考慮， 開(kāi)始將廢舊橡膠輪胎作為黑色黃金來(lái)對(duì)待，其處理方式主要有：翻新、能量回收和材料利用等。
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示， 我國(guó)2005 年廢舊橡膠輪胎的產(chǎn)生量約1.3 億條， 約合195萬(wàn)t ； 2009 年產(chǎn)生廢舊橡膠輪胎約2.33億條， 約合300 多萬(wàn)t 。目前， 我國(guó)廢舊橡膠輪胎的回收利用以材料利用為主。2009 年， 再生橡膠產(chǎn)量約270 萬(wàn)t，橡膠粉產(chǎn)量約20 萬(wàn)t 。
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