陶瓷瀝青混合料路用性能試驗(yàn)研究

萬靠靠，譚其震，吳銘杰，索明浩，林曉霞，龔晨雪

（桂林理工大學(xué) 廣西巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004）

0 引言

瀝青混合料中的粗集料一般采用石灰?guī)r、玄武巖或者輝綠巖，不過石灰?guī)r的磨光值較低，耐磨性能較差，玄武巖和輝綠巖雖然磨光值高，耐磨性能好，可是原材料稀少，而且成本較高[1]。與此同時(shí)，我國(guó)陶瓷行業(yè)每年產(chǎn)生大量的廢瓷磚，其中只有少量被回收利用，其它只是簡(jiǎn)單地采取預(yù)埋處理，不僅堆積擠占土地，還造成大量的環(huán)境污染[2]。如果能將陶瓷廢料代替?zhèn)鹘y(tǒng)碎石用于修筑路面，不僅可以節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，還可以提高路面的耐磨抗滑性能。現(xiàn)以耐磨性能較好的陶瓷集料等體積取代石灰?guī)r集料，采用馬歇爾試驗(yàn)方法進(jìn)行陶瓷瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)，對(duì)不同摻量的陶瓷瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)，分析其路用性能。

1 陶瓷材料基本性質(zhì)

陶瓷是由黏土及石英長(zhǎng)石等礦物原料按一定配方配制，經(jīng)粉碎加工成型，在高溫條件下燒制而成，有施釉和不施釉之分，其主要成分是二氧化硅和硅酸鹽，二氧化硅的含量占65%以上，屬于酸性集料。陶瓷在制備過程中，其組成礦物被攪拌均勻，釉料中的多余空氣基本上被全部排出，結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度和硬度較高，耐磨耗性能較好[3]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)廢陶瓷的再利用主要有以下幾個(gè)方面[4]：

（1）制作多孔陶瓷透水磚，生產(chǎn)耐火材料，生產(chǎn)仿古建筑瓦，制成再生陶瓷工藝品。

（2）生產(chǎn)水泥，摻入陶瓷廢料后，會(huì)使水泥的表面積有所提高，選擇合適的配比，可以生產(chǎn)出強(qiáng)度較高的水泥。

（3）制釉料，將廢陶瓷片加工制成瓷粉，然后加入釉料中，可以提高釉面光澤和亮度，改善瓷磚的防滑效果。

（4）供陶瓷工廠回收再利用，將廢陶瓷球磨至一定粒度范圍，制成穩(wěn)定性較好、硬度較高的瓷泥，再將這些瓷泥制成瓷磚、衛(wèi)陶用品，相比普通瓷泥得到的產(chǎn)品，性能更加優(yōu)越。

可是，眼下對(duì)廢陶瓷的再生利用還未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，而且生產(chǎn)工序較為復(fù)雜，一些技術(shù)還不夠成熟，從而導(dǎo)致大量廢陶瓷仍然得不到有效利用。

如果我們將廢陶瓷代替部分粗骨料用于道路建設(shè)中，不僅可以發(fā)揮陶瓷集料強(qiáng)度、硬度、耐磨性能好的優(yōu)點(diǎn)，而且陶瓷再生集料的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，使用量大，可以有效地緩解筑路材料的短缺現(xiàn)象，解決廢陶瓷帶來的環(huán)境污染問題。

2 原材料選擇

2.1 粗集料選擇

試驗(yàn)所用陶瓷來自梧州市藤縣新中陶公司生產(chǎn)的廢瓷磚。陶瓷廢料經(jīng)回收處理后，采用錘式破碎機(jī)破碎。所得到的陶瓷再生集料主要粒徑為4.75 mm～9.5 mm，石灰?guī)r集料來自桂林當(dāng)?shù)厥蠌S，填料為石灰?guī)r礦粉。按照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)陶瓷再生集料、石灰?guī)r集料的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)結(jié)果如表1所列。

表1 陶瓷再生集料與石灰?guī)r集料技術(shù)指標(biāo)一覽表

從表1可以看出：

（1）陶瓷再生集料相比石灰?guī)r集料，其密度較小，壓碎值較低，洛杉磯磨耗值較小，表明陶瓷這種材料強(qiáng)度、硬度較高，耐磨性能好。

（2）陶瓷集料與瀝青的粘附性較差，主要原因是：陶瓷顆粒表面有一層釉，比較光滑，再加上陶瓷為酸性集料，導(dǎo)致陶瓷集料與瀝青間粘結(jié)力較低。

2.2 瀝青結(jié)合料選擇

試驗(yàn)采用SBS聚合物改性瀝青，按照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)瀝青的技術(shù)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果如表2所列。結(jié)果顯示瀝青實(shí)測(cè)值滿足規(guī)范要求。考慮到陶瓷集料與瀝青的粘附性較差，參考相關(guān)文獻(xiàn)[5，6]，摻加4%的水泥作填料，改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

表2 聚合物改性瀝青SBS技術(shù)指標(biāo)一覽表

3 陶瓷瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

3.1 級(jí)配選擇

參考相關(guān)文獻(xiàn)[7-8]，該項(xiàng)試驗(yàn)采用多碎石瀝青混凝土SAC-10型中斷級(jí)配，選擇該級(jí)配的中值作為設(shè)計(jì)級(jí)配。采用馬歇爾試驗(yàn)方法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，SAC-10級(jí)配曲線見圖1所示。

圖1 SAC-10級(jí)配曲線圖

3.2 SAC-10普通瀝青混合料最佳油石比

針對(duì)級(jí)配為SAC-10的改性瀝青混合料，以油石比4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%分別進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所列，通過作圖計(jì)算，得出普通瀝青混合料的最佳油石比為4.9%。

表3 普通瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果一覽表

3.3 陶瓷瀝青混合料最佳油石比

將陶瓷集料按照0%、20%、40%、60%共4種摻量等體積替代設(shè)計(jì)級(jí)配中4.75 mm～9.5 mm的粗集料，并按照規(guī)范中的方法，確定不同陶瓷摻量下的最佳油石比。因?yàn)榧喜煌瑸r青用量也會(huì)發(fā)生變化，需重新確定最佳瀝青用量。以油石比4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%分別進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，計(jì)算每種摻量下的最佳油石比，并按照計(jì)算出的最佳油石比拌制陶瓷瀝青混合料，確定在最佳油石比下的體積參數(shù)和馬歇爾穩(wěn)定度、流值等。不同陶瓷摻量下的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表4所列。

從表4中可以看出：

（1）增加陶瓷的摻量，瀝青混合料的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)均發(fā)生了變化，最佳油石比在增大，毛體積密度在減小，空隙率先增大后減小，礦料間隙率在增大，瀝青飽和度變化無明顯規(guī)律，穩(wěn)定度先增大后減小，流值變化無明顯規(guī)律。

（2）陶瓷瀝青混合料與普通瀝青混合料相比，當(dāng)陶瓷摻量為60%時(shí)，其毛體積密度減少了6.5%。

表4 不同陶瓷摻量下的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果一覽表

通過試驗(yàn)表明：陶瓷瀝青混合料是一種穩(wěn)定度較高的新型輕質(zhì)瀝青混合料。但受陶瓷性能的影響，陶瓷摻量不宜過多，以免影響混合料的整體性能。

3.4 陶瓷瀝青混合料路用性能

按照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)不同陶瓷摻量的瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)，評(píng)價(jià)陶瓷瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性及力學(xué)性能，路用性能試驗(yàn)結(jié)果如表5所列。

表5 陶瓷瀝青混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果一覽表

從表5可以看出，普通瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度為8 508次/mm，浸水殘留穩(wěn)定度為99.9%，凍融劈裂強(qiáng)度比為96.8%；當(dāng)陶瓷摻量為60%時(shí)，相比普通瀝青混合料，動(dòng)穩(wěn)定度下降了42.5%，浸水殘留穩(wěn)定度下降了9.3%，凍融劈裂強(qiáng)度比下降了6.7%；隨著陶瓷摻量的增加，以上各項(xiàng)指標(biāo)均出現(xiàn)不同程度的下降，但均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范要求，表明陶瓷瀝青混合料路用性能良好。

4 結(jié) 語

通過對(duì)陶瓷瀝青混合料的路用性能開展室內(nèi)試驗(yàn)研究，主要結(jié)論如下：

（1）相比石灰?guī)r集料，陶瓷再生集料壓碎值較低、洛杉磯磨耗值較小，表明陶瓷這種材料強(qiáng)度、硬度較高，耐磨性能好。

（2）陶瓷瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)，水穩(wěn)定性試驗(yàn)的技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，表明陶瓷瀝青混合料的路用性能良好。

（3）陶瓷這種材料顏色較淺，導(dǎo)熱系數(shù)較小，將其作為骨料制備陶瓷瀝青混合料，可降低瀝青混合料的導(dǎo)熱系數(shù)，起到阻熱作用，降低路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度，有效地減少車轍現(xiàn)象的發(fā)生，今后可在陶瓷瀝青混合料阻熱降溫方面進(jìn)行進(jìn)一步研究。