脫硫灰替代瀝青混合料填料應(yīng)用研究

陳海湘 林嬋華

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福州 350007)

1 引言

目前我國(guó)公路多采用瀝青混凝土路面，瀝青混合料中的填料多用礦粉。 礦粉是采用石灰?guī)r或巖漿巖的強(qiáng)基性巖石(堿性巖石)磨細(xì)而成，屬不可再生資源，而且其開采也帶來了能源消耗和環(huán)境污染。在南方地區(qū)，瀝青混凝土路面水損問題突出，為改善礦粉與瀝青之間的粘結(jié)力，往往需要在其在石灰?guī)r粉磨過程中摻入一定比例的消石灰粉，而石灰粉也屬于不可再生資源。

脫硫灰是為減輕排放的廢氣中二氧化硫含量進(jìn)行脫硫技術(shù)而產(chǎn)生的一種工業(yè)廢料，顆粒細(xì)(中粒徑約為10～30μm)，含水率低，主要成分為亞硫酸鈣、硫酸鈣和消石灰等[1]。 目前脫硫灰用于瀝青路面的已有相關(guān)研究相對(duì)較少。 主要有李萃斌等[2]按4%的瀝青用量配置不同配比脫硫灰替代礦粉檢測(cè)普通瀝青混合料材料性能指標(biāo)， 結(jié)果表明瀝青混合料馬歇爾高溫穩(wěn)定度試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)均符合瀝青混合料規(guī)范要求， 提出瀝青混合料的填料中脫硫灰與礦粉的最優(yōu)比例為3∶7 的結(jié)論；陳居涌[3]則在以硫酸鈣為主要成分的脫硫灰進(jìn)行理化分析的基礎(chǔ)上，按4.8%和4.3%的油石比，采用不同的試驗(yàn)方法，得出了脫硫灰能夠提高瀝青膠漿的強(qiáng)度，脫硫灰瀝青混凝土的水穩(wěn)定性能、 熱穩(wěn)定性能、 高溫抗車轍性能、 低溫抗裂性能對(duì)比普通石灰石礦粉制備的瀝青混合料均有所提高的結(jié)論。

本文將4.9%瀝青用量配置不同摻量脫硫灰礦粉的瀝青混合料，探討4.9%瀝青用量配置脫硫灰替代礦粉瀝青混合料可行性及合理摻量。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)所選礦粉摻加20%的消石灰， 礦粉的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。 脫硫灰為某鍋爐干法脫硫灰。試驗(yàn)以福建某高速公路瀝青路面AC-16C 的生產(chǎn)配合比為參照，制備五組不同填料的瀝青混合料，進(jìn)行同比例替代試驗(yàn)研究， 以研究脫硫灰替代礦粉的可行性。 這五組瀝青混合料除了填料不同外， 其他條件相同。 五組填料具體情況見表1。

2.2 瀝青混合料AC-16C 配合比

(1)礦質(zhì)混合料的配合比

本次試驗(yàn)采用的集料為玄武巖， 各集料的所有工程性質(zhì)指標(biāo)均符合現(xiàn)行規(guī)范的技術(shù)要求。 礦質(zhì)混合料的配合比見表2。

表1 瀝青混合料填料的類型

表2 礦質(zhì)混合料的配合比

圖1 礦質(zhì)混合料合成級(jí)配曲線

礦質(zhì)混合料的合成級(jí)配見圖1，依《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004) 符合AC-16 瀝青混合料的級(jí)配要求。

(2)瀝青混合料的瀝青最佳用量

本試驗(yàn)采用SBS 改性瀝青，本次瀝青混合料的瀝青最佳用量為4.9%，經(jīng)檢驗(yàn)瀝青的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均符合現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定要求。

2.3 瀝青混合料試驗(yàn)比對(duì)項(xiàng)目

為了檢驗(yàn)脫硫灰替代礦粉對(duì)瀝青混合料性能的影響， 本次主要驗(yàn)證了瀝青混合料的水穩(wěn)性和高溫穩(wěn)定性的相關(guān)指標(biāo)。 詳見表3。

表3 瀝青混合料填料性能檢測(cè)項(xiàng)目

2.4 試驗(yàn)試件制備

按照 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20 T0702-2011)要求制備相應(yīng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試塊。 瀝青加熱溫度165℃，集料加熱溫度185℃，瀝青混合料拌和溫度控制在175℃左右。 現(xiàn)場(chǎng)圖片見圖2～4。

2.5 瀝青混合料AC-16 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

依照我國(guó)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)對(duì)AC-16 的技術(shù)要求見表4。

圖2 瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)試塊

圖3 車轍試驗(yàn)試塊

圖4 馬歇爾試塊恒溫水浴

表4 AC-16 密級(jí)配熱拌瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3 瀝青混合料性能試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果及分析

3.1 馬歇爾試驗(yàn)及浸水馬歇爾試驗(yàn)比對(duì)

根據(jù) 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20 T0702-2011)，對(duì)五組不同填料瀝青混合料進(jìn)行高溫穩(wěn)定性馬歇爾度試驗(yàn)及浸水馬歇爾試驗(yàn)， 試驗(yàn)結(jié)果見圖5～8，所有數(shù)據(jù)均滿足瀝青混合料AC-16 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：穩(wěn)定度超過8KN，流值在1.5～4 之間(見表4)。

從圖形曲線走勢(shì)可以看出，馬歇爾試驗(yàn)中穩(wěn)定度因脫硫灰的摻入有些下降， 但浸水馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度不僅沒有降低反而是增大的，水穩(wěn)定性有所提高，這主要與所用的脫硫灰含有氫氧化鈣， 同時(shí)其副產(chǎn)物常含有一定量具有火山灰膠凝性物質(zhì)有關(guān)。

五組不同填料瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度見表5，可以看出， 五種不同填料的瀝青混合料其殘留穩(wěn)定度均符合規(guī)范要求，但摻脫硫粉復(fù)合填料的殘留穩(wěn)定度更高，本批次脫硫灰摻量30%為最優(yōu)，可至50%。

3.2 凍融劈裂試驗(yàn)比對(duì)

五組不同填料的瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見圖9～10。從表6 試驗(yàn)對(duì)比可以看出，所有指標(biāo)均符合規(guī)范要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)可以看出，當(dāng)脫硫灰摻量不太大的時(shí)候?qū)鋈谂阎笜?biāo)影響性不太大，30%～70%替代摻量對(duì)AC-16 瀝青混合料的凍融劈裂性能影響不大。

圖5 脫硫粉替代對(duì)穩(wěn)定值影響圖

圖6 脫硫粉替代對(duì)流值影響圖

圖7 脫硫粉替代浸水穩(wěn)定值影響圖

圖8 脫硫粉替代浸水流值影響圖

表5 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)表

表6 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)表

圖9 脫硫粉替代凍融前劈拉強(qiáng)度影響圖

圖10 脫硫粉替代凍融后劈拉強(qiáng)度影響圖

3.3 車轍試驗(yàn)比對(duì)

五組不同填料的瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果見表7。 試驗(yàn)結(jié)果顯示所有指標(biāo)均符合規(guī)范要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但全礦粉的指標(biāo)最好，且隨著脫硫灰含量的增加動(dòng)穩(wěn)定度逐次下降，即脫硫灰對(duì)瀝青混合料的車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定性的結(jié)果是削弱的， 這與脫硫灰顆粒跟礦粉相比顆粒粒徑小有關(guān)，故建議可適當(dāng)調(diào)整礦質(zhì)混合料的配合比，以提高穩(wěn)定度。 該批脫硫灰建議摻量不可過大，以30%～50%為佳。

表7 車轍試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)表

4 結(jié)語

原料材性、 瀝青混合料配合比等是影響瀝青混合料性能的重要因素， 因而脫硫灰替代礦粉瀝青混合料需充分考慮含脫硫灰成分，瀝青混合料配比、脫硫灰填料摻量配比等相關(guān)因素。

本文以4.9%瀝青用量的AC-16C 混合料為基準(zhǔn)，制備了30%、50%、70%、100%脫硫粉替代礦粉瀝青混合料填料試件， 與全礦粉AC-16C 瀝青混合料結(jié)果比較可以得出如下結(jié)論：

(1)脫硫灰取代礦粉做瀝青混合料的填料，所驗(yàn)證的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范對(duì)瀝青混合料AC-16C 技術(shù)指標(biāo)要求。

(2)同比試驗(yàn)從車轍試驗(yàn)結(jié)果和凍融劈裂強(qiáng)度指標(biāo)來看， 本次廠家提供的脫硫灰摻入對(duì)二者指標(biāo)有一定的削弱效應(yīng)， 但對(duì)水穩(wěn)性這塊因其含有一定量的氫氧化鈣及副產(chǎn)物常含有一定量具有火山灰膠凝性物質(zhì)， 故有一定加強(qiáng)作用。 該批次脫硫灰摻量建議可30%～50%替代礦粉，同時(shí)建議因脫硫灰顆粒較細(xì)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整礦質(zhì)混合料配合比。

不同企業(yè)處理出來的脫硫灰礦物成分會(huì)因其煙氣來源、脫硫工藝等因素不同而存在差異。 確定合理摻量，需對(duì)不同來源脫硫灰的理化性質(zhì)進(jìn)行細(xì)化分析， 同時(shí)脫硫灰替代填料用于瀝青路面不僅是試驗(yàn)室驗(yàn)證， 更需進(jìn)一步在試驗(yàn)路段驗(yàn)證，以求合理利用。