廢舊橡膠顆粒瀝青路面自應(yīng)力除冰雪方法綜述

摘 要：路面積雪結(jié)冰是我國(guó)北方冰雪地區(qū)常見(jiàn)的現(xiàn)象，及時(shí)有效地清除道路路面上的冰雪對(duì)于保障交通安全和暢通都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。論述了橡膠顆粒瀝青路面自應(yīng)力除冰雪的機(jī)理，探討了目前道路路面除冰雪技術(shù)的種類和方法。并對(duì)廢舊橡膠顆粒瀝青路面自應(yīng)力除冰雪技術(shù)的現(xiàn)狀和應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：橡膠顆粒；瀝青路面；自應(yīng)力除冰雪

冰凍地區(qū)占我國(guó)國(guó)土面積的75%。寒冷的冬季，道路表面的積雪在低溫與行車荷載的作用下，非常容易形成薄冰層，嚴(yán)重威脅道路交通安全。據(jù)初步測(cè)試，瀝青路面的摩擦系數(shù)在冰雪條件下將降低51%-74%。路面附著系數(shù)降低，汽車的行駛穩(wěn)定性變差，常會(huì)導(dǎo)致行車方向失控，制動(dòng)失效，制動(dòng)距離明顯延長(zhǎng)，而且駕駛員在冰雪路面上行駛，由于受到強(qiáng)光反射刺激，易產(chǎn)生雪盲現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致交通事故頻繁發(fā)生，威脅人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)安全。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[1]。在我國(guó)北方氣候寒冷，城市的道路交通常會(huì)受到冰雪的危害。尤其是在降雪大和凍融交替的情況下，路面呈冰雪狀態(tài)，常需動(dòng)用大量的人力、物力來(lái)解決凍害的影響。不僅造成交通嚴(yán)重?fù)頂D，同時(shí)也嚴(yán)重影響了人民的正常生活。尋找有效可行的方法來(lái)預(yù)防路面凍結(jié)乃是現(xiàn)在城市道路建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急[2]。

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，世界上每年大約產(chǎn)生廢舊輪胎10億多條。我國(guó)每年約產(chǎn)生廢舊橡膠64萬(wàn)多噸，其中50%以上為廢舊輪胎[3-6]。隨著我國(guó)節(jié)約型社會(huì)政策日趨明顯，舊路改造以及城市低噪音的環(huán)保路面快速增加，橡膠顆粒瀝青路面在我國(guó)的規(guī)?；瘧?yīng)用為時(shí)不遠(yuǎn)[7-9]。本文對(duì)橡膠顆粒瀝青路面在道路工程中的應(yīng)用作了全面的總結(jié)，旨在為我國(guó)橡膠顆粒瀝青在道路上的綜合利用提供參考[10]。

1 瀝青路面自應(yīng)力除冰雪技術(shù)的機(jī)理

汽車廢舊橡膠經(jīng)破碎后，呈粒徑大小不同的顆粒狀，具有良好的彈性，針對(duì)這一特點(diǎn)，在瀝青混合料中添加了具有高彈特性的橡膠顆粒材料，使得路表面冰層的受力狀態(tài)和冰雪層與路面的結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生了改變，為抑制道路路面的積雪結(jié)冰問(wèn)題提供了新的解決方案。

石料、橡膠顆粒及礦物纖維加入拌合鍋中預(yù)先攪拌，再加入瀝青膠結(jié)料及礦粉，得到的瀝青混合料。此類瀝青混合料由于橡膠顆粒的加入，使得混合料局部具有彈性，當(dāng)外部荷載作用時(shí)，橡膠顆粒大小不同造成了局部彈性大小不同，進(jìn)而使得路面冰層容易破裂，甚至破碎，從而達(dá)到除冰雪的目的。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

2.1.1 日本的物理類除冰雪路面。日本從20世紀(jì)中期開(kāi)始進(jìn)行物理方法防冰凍路面的研究。最初是借鑒瑞典等國(guó)家的研究成果，采用日本的瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究：從1979年開(kāi)始，這種物理方法抗冰凍結(jié)路面得以廣泛應(yīng)用。

2.1.2 美國(guó)的物理類除冰雪路面。美國(guó)在抑制凍結(jié)路面方面的研究主要集中在橡膠顆粒除冰雪瀝青路面上，也稱為橡膠顆粒干法改性瀝青路面，以區(qū)別于橡膠顆粒濕法改性瀝青路面。濕法改性瀝青混合料在提高瀝青混合料使用壽命、降低噪音等方面效果顯著，但不具有抑制冰雪功能。

2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

在我國(guó)，對(duì)于橡膠顆粒瀝青路面技術(shù)的研究很少。而研究主要集中于橡膠粉改性瀝青及瀝青混合料在道路路面工程中的應(yīng)用技術(shù)。

中國(guó)對(duì)橡膠瀝青混凝土的研究始于20世紀(jì)70年代末，該技術(shù)與美國(guó)路面工程中的應(yīng)用處在同一時(shí)期。當(dāng)時(shí)的研究重點(diǎn)是要解決國(guó)產(chǎn)瀝青高含蠟量的問(wèn)題，由交通部公路科研所主持的西部交通科技項(xiàng)目“廢舊橡膠粉用于筑路的技術(shù)研究”，對(duì)橡膠粉改性瀝青混合料的路用性能開(kāi)展了系統(tǒng)的研究，并修筑了試驗(yàn)路和實(shí)體工程。

自1998年，劉曉鴻碩士對(duì)橡膠顆粒瀝青混合料的路用性能及除冰雪性能進(jìn)行了研究，驗(yàn)證了橡膠顆粒在瀝青混合料中施工可行性和一定的除冰雪效果。2004年，張金喜通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)橡膠顆粒瀝青混合料的瀝青用量減小，瀝青路面的彈性會(huì)增加，且具有良好路用性能和路面抑制凍結(jié)性能。2005年，曹衛(wèi)東、呂偉民等通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究，提出了密實(shí)斷級(jí)配橡膠顆粒瀝青混合料的設(shè)計(jì)方法，鋪筑的路面具有優(yōu)良的路用性能。2006年，重慶鵬方路面工程技術(shù)研究有限公司開(kāi)展了有關(guān)彈性澆注式瀝青混凝土、高變形橡膠瀝青混凝土的研究，成為完成本項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容的早期工作。長(zhǎng)安大學(xué)韓森等人進(jìn)行了橡膠顆粒除冰雪瀝青路面的系統(tǒng)研究，從抑制結(jié)冰、破冰與除雪等方面驗(yàn)證了橡膠顆粒瀝青路面的優(yōu)越除冰雪性能。2009年，張洪偉通過(guò)研究摻加不同種類橡膠顆粒瀝青混合料的體積參數(shù)，探討了橡膠顆粒級(jí)配與粒徑對(duì)混合料性能的影響，試驗(yàn)表明，所選間斷級(jí)配能為橡膠顆粒提供足夠的變形空間，保證了混合料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，橡膠顆粒在一定的摻量范圍內(nèi)可以有效改善瀝青混合料的路用性能。

我國(guó)在抑制冰雪瀝青路面方面的研究起步較晚，僅在低等級(jí)的路面上見(jiàn)到應(yīng)用橡膠顆粒瀝青路面，縱觀橡膠顆粒瀝青路面在國(guó)內(nèi)外近十幾年的成功應(yīng)用及研究進(jìn)展，我們可以預(yù)測(cè)除冰雪瀝青路面在我國(guó)北方地區(qū)應(yīng)用具有很大的潛力，開(kāi)展這方面的研究會(huì)產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3 結(jié)論與展望

由于冰雪對(duì)道路交通的產(chǎn)生的嚴(yán)重影響，很多國(guó)家非常重視研發(fā)各種除冰雪方法。但是，目前道路上傳統(tǒng)的融雪化冰方法對(duì)于道路路面破壞嚴(yán)重且對(duì)環(huán)境影響很大，同時(shí)也浪費(fèi)了很大的財(cái)力，因此尋求易于推廣的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)且有效的除冰雪技術(shù)的研究顯得尤為迫切，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

將廢舊輪胎橡膠顆粒瀝青路面應(yīng)用于抗凍結(jié)路面中，不僅可以解決路面冰雪的安全性問(wèn)題，而且將廢舊輪胎進(jìn)行了有效的廢物回收利用。因此具有重要的資源再利用和環(huán)保意義。將廢舊輪胎變廢為寶加以利用，符合我國(guó)開(kāi)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、走可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本國(guó)策。

參考文獻(xiàn)

[1]徐慧寧.流體加熱道路融雪系統(tǒng)溫、濕耦合融雪模型及仿真分析[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.6：3-4.

[2]M.C. Bignozzi， F. Sandrolini， Tyre rubber waste recycling in self-compacting concrete， Cement and Concrete Research 36（2006） 735-739.

[3]厲永舉，高一平.田保俠.日本扎幌城市道路抗凍結(jié)路面鋪設(shè)方法[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2001.4：16-18.

[4]祝爭(zhēng)艷，王大明，周愛(ài)誠(chéng).目標(biāo)規(guī)劃在瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)策略選擇中的應(yīng)用[J].森林工程，2010，（01）：57-60.

[5]余愛(ài)華，王大明，趙曜.高速公路沿線土壤重金屬污染特征與評(píng)價(jià)[J].森林工程，2010，（04）：59-63.

[6]王宏暢，李國(guó)芬，王元綱.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的瀝青路面基層裂縫應(yīng)力強(qiáng)度因子預(yù)測(cè)模型[J].森林工程，2010，（04）：67-71.

[7]黃文元.張隱西.路面工程用橡膠瀝青的反應(yīng)機(jī)理與進(jìn)程控制[J].公路交通科技，2006.23（11）：5-9.

[8]曹曉巖，康峰，王莉.基于季凍區(qū)SMA改性瀝青路面早期破損的研究[J].森林工程，2010，（03）：41-43.

[9]鄭志龍，袁美俊.基于車轍等效的軸載換算關(guān)系研究[J].森林工程，2011，（01）：65-67.

[10]曹衛(wèi)東.王超.韓恒春.廢舊輪胎在道路工程中的應(yīng)用綜述[J].公路工程與運(yùn)輸，2010.142：78-82.

作者簡(jiǎn)介：劉艷（1989-），女，遼寧省朝陽(yáng)人，本科生，主要從事道路工程研究。

通訊作者：彭永恒（1956-），男，山東萊州人，教授，博士，主要從事道路工程和瀝青路面病害研究。