废旧轮胎固废绿色应用探索与实践

　　一、实施背景

　　目前中国废旧轮胎产生量达到千万吨以上，已成为世界第一，并且每年产生的废旧轮胎正以8%~10%的速度急剧增加。然而，目前废旧轮胎无害化利用率不到50%，一部分用来翻新、生产再生胶及胶粉、作燃料等，一部分则长期露天堆放或掩埋，并且部分落后的处理方式不仅造成严重的二次污染，还造成橡胶资源的严重浪费。废旧轮胎“黑色污染”已成为严重影响生态环境和安全的主要固废物之一，如何有效回收利用，防止对环境造成污染，是我国再生资源回收利用面临的一个新课题且需求非常迫切。同时，根据国家提出的交通强国战略，未来十余年内有大量各等级公路在规划建设中，因此道路建设市场对高品质的建材仍有较高需求。

　　
图1 废旧轮胎

　　橡胶沥青是一种新兴的废旧轮胎回收利用技术成果，将废旧轮胎橡胶粉作为改性剂以提高沥青的高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能、耐老化性能等关键路用性能。广西交科新材料科技有限责任公司(后简称“新材料公司”)作为广西交科集团旗下的新材料科研及产业化基地，自成立之初就致力于研发并推广高性能的公路建设材料，依托广西道路结构与材料重点实验室和公路行业重点高校科研力量，解决了传统橡胶沥青中橡胶粉与沥青结合差、粘度难控制等技术缺陷，实现了工厂化大规模生产，并且在广西地区成功推广应用超3800公里，以交科智慧赋能公路建设绿色转型。

　　二、主要做法

　　以废旧轮胎在道路工程中的大规模循环利用为总目标，以新一代高性能橡胶沥青技术研发及产业化为主线，解决传统橡胶沥青性能不稳定、储存时间短、难以大规模生产等卡脖子技术难题，实现“三高四化”(高性价比、高适用性、高产业化与胶粉活化、性能强化、储存稳定化、制备工业化)目标，建成南方地区最大橡胶沥青产业化示范基地，形成在国内及东盟地区绝对技术领先和产品输出优势，推广应用里程3800公里，产业化产值超40亿元。

　　
图2 技术路线

　　(一)聚焦机理研究，揭示橡胶沥青物理-化学双改性机理及性能调控机制

　　以废旧轮胎橡胶与沥青的相容性为锚点，结合性能试验与微观显微分析，在物质变化、化学反应、界面融合三个维度上揭示了橡胶沥青存在物理-化学双改性的交互作用机理;通过单因素及灰关联分析方法探明了橡胶粉成分对橡胶沥青性能的影响程度，探明了橡胶烃含量是橡胶沥青质量控制的关键指标，开发了不同功能需求橡胶沥青的基质沥青组分调控技术，解决了胶粉与基质沥青配伍性问题，并形成了一套以粘弹特性、抗疲劳能力为主的橡胶沥青性能评价体系，为橡胶沥青技术实际应用奠定了坚实的理论基础。

　　(二)理论结合实际，开发新一代高性能橡胶沥青制备技术

　　从路用橡胶粉性能需求出发，针对传统橡胶粉掺量不高及性能不足等问题，开发了热-力-化学协同靶向脱硫工艺，揭示了作用温度-时间-力等关键参数的影响规律，为胶粉脱硫工业化技术提供了技术支撑;基于现有的工厂化废胎胶粉生产技术，提出了齿形对辊粗破、光面对辊细破等关键工艺要求，优化了胶块破碎-筛分-磁选等废胎胶粉生产核心设备;依托橡胶沥青性能调控技术，开发了成套工厂化生产关键技术，研制了高效组合搅拌+小间隙多级高速剪切设备，形成了橡胶沥青工厂化生产的成套装备与工艺技术，实现了高性能、高稳定、粘度可控的新一代橡胶沥青工业化生产。

　　(三)服务实际应用，构建橡胶沥青路面结构、材料、施工成套技术体系及其多场景示范应用

　　着眼于实际多样化应用场景，针对南方高温及重载交通沥青路面需求，开发了基于多层改性的橡胶沥青高抗车辙路面结构，研制高性价比、高抗车辙、高抗裂、高粘排水等系列橡胶沥青产品，并提出了综合贝雷法-CAVF法-马歇尔试验法的橡胶沥青混合料设计方法，制定了橡胶沥青性能评价体系;针对橡胶沥青路面相匹配的施工控制技术欠缺问题，研发了橡胶沥青混合料拌合、压实控制方法，形成了标准化施工工艺和质量控制标准，并以此为基础建立“试验室-拌合楼-运输车-摊铺机-压路机”全环节的智能施工数据链，研发基于北斗定位的沥青路面施工智能管控系统，为橡胶沥青在项目的实际应用保驾护航。

　　三、取得成效

　　(一)产业化建设与推广成果。依托新一代高性能橡胶沥青技术成果，在南宁市武鸣区东盟经济技术开发区建成了年产能2万吨以上的废旧轮胎橡胶粉生产基地，总建筑总面积为18580㎡，占地面积25亩。在中国(广西)自由贸易试验区钦州港片区建成了年产能50万吨改性沥青产业化基地，橡胶沥青年产能30万吨、SBS改性沥青年产能15万吨，各种乳化沥青生产能力5万吨，是南方最大的橡胶沥青固废综合利用基地。新一代高性能橡胶沥青先后在各等级公路、市政道路和园区道路等工程累计应用3800km，实现了橡胶沥青在上面层、中面层、应力吸收层以及排水路面、沥青罩面等多场景的规模化应用，累计使用橡胶沥青38万吨，销售橡胶沥青及其附属产品(技术)约32亿元，无害化处理废旧轮胎超180万条，累计减少碳排放60万吨。

　　
图3 钦州港橡胶沥青产业化示范基地

　　(二)团队建设与人才培养成果。为推动橡胶沥青关键技术攻关和规模化产业化推广应用，成立了以省部级高层次人才、正高级工程师、博士为核心的技术创新团队，“橡胶沥青路面新材料创新团队”获得首届广西创新争先奖，“公路固废利用与品质保障技术创新团队”获评为广西交通运输行业重点领域创新团队，为橡胶沥青科研-设计-施工-检测-长期观测提供全链条技术保障。通过产-学-研高效联动，培养了交通运输部青年科技英才1人，广西新世纪十百千人才工程第二层次人选1人，广西八桂青年拔尖人才1人，广西青年科技奖1人，广西优秀专家1人，广西杰出工程师1人，广西卓越工程师1人。晋升正高级工程师3人，培养博士研究生5人。

　　(三)研发与科普平台建设。创新平台与技术相互促进，协同发展，橡胶沥青技术支撑了广西道路结构与材料重点实验室、公路养护技术国家工程研究中心、交通运输部高等级公路建设与养护研发中心、广西绿色道路建养材料科技成果转化中试研究基地与多个市厅级、省部级技术中心的建设，同时省部级平台也为橡胶沥青“产学研用”一体化提供了有力支撑。建成了固废利用科普展厅、固废生态建材微信公众号和APP等科普宣传平台，为提高公众固废综合利用认知提供了渠道，每年对外科普10余次，科普受众近1000人。

　　四、下一步工作打算

　　(一)新一代高性能橡胶沥青产品在广西得到了大规模的应用与市场肯定，然而其他产品例如胶粉复合改性高粘橡胶沥青、高黏韧橡胶沥青、微改性高性价比橡胶沥青等系列产品仅有小范围应用，缺乏市场检验，需要进一步进行相关技术宣传和应用推广。

　　(二)新一代高性能橡胶沥青技术成果主要针对广西地区夏季炎热潮湿环境开发，且仅在广西地区得到大范围应用，缺乏在自治区外的应用经验。因此，需要进一步研究橡胶沥青技术在不同气候区域的适配技术，推动项目成果走出广西，为国家交通强国建设贡献广西力量。

　　(三)加快技术成果总结，凝练创新成果，推进学术成果产出。围绕新一代高性能橡胶沥青产业化全套技术进行专利申报，其主要目的是形成本项目具有法律效力的自主研发知识产权，依托相关技术成果申报交通运输重大科技创新成果库入库、广西科技奖及行业协会奖等，提升该技术成果的影响力，为该技术成果的进一步大规模推广应用奠定基础。