陶粒瀝青混合料的試驗及應用研究

李 波

（山西交投高速公路有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

作為目前國內廣泛采用的路面結構形式，瀝青路面以其較好的使用性能、施工周期短及養護成本低等優點越來越受到道路建設者的青睞。但瀝青路面也存在一定缺陷，如吸光能力強，在強光照及車載作用下容易出現車轍等病害。另一方面，在我國，陶瓷作為我們日常生活中的必備用品被大量生產運用，每年都會有大量的廢舊陶瓷產生，而對于它們的處理多是直接丟棄或掩埋，造成了嚴重的環境污染與資源浪費[1-2]。

已有研究表明：一方面，破碎后的陶瓷骨料導熱系數低，摻入瀝青混合料中可有效提高其熱阻性能，降低路面結構溫度[3-4]；另一方面，作為粗集料替代15%的碎石集料后各項力學性能與馬歇爾指標與普通瀝青混合料無差異并且展現出了更好的抗車轍性能[5-7]。已有研究為廢舊陶瓷的處理提供了新的思路，但目前研究成果較少，對于陶瓷瀝青混合料的綜合路用性能及實際應用效果缺乏系統的研究與實例佐證。

本文選用SAC-10級配類型，在瀝青混合料中摻入一定量的陶粒，對其性能進行了試驗檢測，并通過試驗路段驗證了其實際應用效果。

1 室內試驗

1.1 試驗材料

a）陶粒 試驗用陶粒的相關技術指標檢測結果如表1所示。陶粒的粒徑主要為4.75～13.2 mm。

表1 頁巖陶粒技術指標

b）瀝青 選用SBS改性瀝青，參照相關規范標準[8]對其主要性能指標進行檢測如表2所示。

表2 SBS改性瀝青性能檢測結果

c）集料 試驗用碎石集料及礦粉分別選用玄武巖碎石及石灰巖礦粉，相關性能檢測結果如表3所示。

表3 集料物理力學性能檢測結果

1.2 配合比設計

1.2.1 礦料級配

選用SAC-10礦料級配，其級配中值參照相關文獻[7]，參照級配中值進行合成級配的設計如表4所示。

表4 礦料合成級配設計（SAC-10）

1.2.2 最佳油石比

馬歇爾試驗用陶粒對粒徑為4.75～9.5 mm的碎石進行等體積取代，陶粒的摻量取0～80%，最佳油石比如表5所示。

表5 不同陶粒摻量下混合料的馬歇爾試驗結果

由表5可知，陶粒摻量的增加使得油石比出現增長，密度降低，而對于瀝青飽和度的影響并無規律。同時，混合料的穩定度在陶粒摻量增加的情況下呈現減小趨勢，且當陶粒摻量大于40%后，穩定度的降低幅度明顯增大，這是因為陶粒的強度較低，抗磨抗碎能力較差，過多地摻入陶粒將會對混合料的綜合性能造成較大影響。

1.3 試驗方案

參照相應規范標準[8]，制備不同陶粒摻量下的混合料試件，對0%～80%陶粒摻量下的SBS改性瀝青混合料分別進行車轍試驗、小梁彎曲試驗、浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗以對陶粒瀝青混合料的綜合路用性能進行檢測與分析。

2 室內試驗結果分析

2.1 陶粒摻量對高溫穩定性的影響

車轍病害將會對瀝青路面造成嚴重的損害，采用車轍試驗對陶粒混合料試件的高穩定性能進行檢測。不同陶粒摻量下的混合料試件每組制備3個試件，試驗溫度為60℃，測定不同試件的動穩定度并取平均值，試驗結果如表6所示。

表6 陶粒瀝青混合料的車轍試驗結果

由表6可知，摻陶粒瀝青混合料隨陶粒摻量增加，動穩定度逐漸降低，永久變形增加。其中，陶粒分別摻20%、40%、60%及80%的情況下，動穩定度分別降低了10.5%、39.4%、70%及84.1%。當陶粒摻量為60%時，試件的動穩定度為2 933次/mm，已不滿足規范要求大于等于3 000次/mm的要求。因此，就高溫穩定性而言，陶粒瀝青混合料中陶粒的摻量不宜大于40%。

分析出現上述情況的原因可知：相比于碎石集料，陶粒容易壓碎，試件受壓成型過程中出現破碎面，從而造成無瀝青黏結的薄弱面，影響試件的整體穩定性，并且陶粒摻量越多，出現的薄弱面越多，從而造成試件高溫穩定性降低。

2.2 陶粒摻量對低溫抗裂性的影響

低溫開裂將會造成瀝青路面出現嚴重病害，制備不同陶粒摻量下的小梁試件，每組4個，試驗溫度為-10℃，試驗結果取4個試件的平均值如表7所示。

表7 陶粒瀝青混合料的小梁彎曲試驗結果

由表7可知，在陶粒摻量不斷增加情況下，破壞應變呈先增大后減少趨勢，但變化幅度不大。其中，相比于0%陶粒摻量的瀝青混合料，在陶粒摻量分別為20%、40%、60%情況下，陶粒混合料的破壞應變分別增加了7.97%、3.53%、1.24%。在陶粒摻量為80%時，破壞應變減少了9.03%。因此，試驗結果表明陶粒的摻入對低溫抗裂性能影響不大，當陶粒摻量低于60%時，低溫抗裂性能有一定提升。

2.3 陶粒摻量對水穩定性能的影響

制備不同陶粒摻量下的馬歇爾試件分別進行凍融劈裂及浸水馬歇爾試驗以對陶粒瀝青混合料的水穩定性能進行檢測，試驗結果如表8所示。

表8 陶粒瀝青混合料的凍融劈裂及馬歇爾試驗結果

由試驗結果可知，陶粒混合料在陶粒摻量增加情況下，其凍融劈裂強度比與殘留穩定度均出現了先增大后降低的情況，但變化不大。其中，相比于0%陶粒摻量的瀝青混合料，在陶粒摻量為20%及40%時，陶粒混合料的殘留穩定度分別提高了3.4%、1.1%。陶粒摻量為60%及80%時，殘留穩定度分別降低了0.03%、6.01%；在陶粒摻量為20%及40%時，陶粒混合料的凍融劈裂強度比分別提高了3%、6.2%。陶粒摻量為60%及80%時，殘留穩定度分別降低了4.8%、13.8%；綜上分析可知，當陶粒的摻入量不大于40%時，陶粒瀝青混合料的水穩定性能較好，當摻量大于40%后，水穩定性能出現了快速降低。因此，陶粒的摻入量不宜大于40%。

3 工程應用

3.1 工程概況

某新建雙向四車道高速公路，采用多碎石瀝青混凝土面層（SAC），該公路 K32+382—K32+882作為試驗路段上面層采用陶粒瀝青混合料，陶粒瀝青混合料采用SAC-10級配類型，原材料的選擇與檢測、配合比設計均同室內試驗，陶粒摻量取40%，施工現場混合料的油石比為5.4%。采用傳統拌和樓設備集中對施工現場的混合料進行拌和，施工過程中嚴格遵循相關規范標準[9]嚴格控制施工質量與工藝。

3.2 性能檢測

施工現場對拌和好的瀝青混合料抽樣制備試件進行性能檢測，檢測結果如表9所示。

表9 施工現場抽樣檢測結果

由表9可知，現場抽樣檢測所得結果均滿足規范標準[9]，且均優于室內試驗所測值，具備良好的路用性能。

K32+382—K32+882試驗路段施工完成后對其進行了相應的驗收檢測，檢測結果如表10所示。

表10 試驗路段驗收檢測結果

由表10可知，檢測結果均很好地滿足相應的規范標準[9]，施工質量優異。

3.3 持續觀測與評價

K32+382—K32+882試驗路段施工完成通車4年內，對其進行了持續的觀測，觀測結果表明：相鄰采用普通AC-13型瀝青混合料作為上面層結構的路段出現了一定程度的裂縫與坑槽病害。K32+382—K32+882試驗路段在采用陶粒瀝青混合料作為上面層后，在通車4年內，未出現車轍、裂縫等路面病害，路面平整度較高，應用效果優異。

4 結論

a）陶粒瀝青混合料在陶粒摻量增加情況下，動穩定度出現降低，永久變形增加。當陶粒摻量小于40%時，試件的高溫穩定性滿足規范要求。

b）陶粒瀝青混合料在陶粒摻量增加情況下，其凍融劈裂強度比與殘留穩定度均出現了先增大后降低的情況，但變化不大。當陶粒的摻入量不大于40%時，陶粒瀝青混合料的水穩定性能較好，且滿足規范要求。

c）陶粒的摻入對瀝青混合料的低溫抗裂性能影響不大，當陶粒摻量低于60%時，混合料的低溫抗裂性能有一定提升。

d）工程應用實例表明：瀝青路面在采用陶粒瀝青混合料作為上面層后，在通車4年內，未出現車轍、裂縫等路面病害，路面平整度較高，應用效果優異。