回收粉的應用研究進展

鐘小霞

(重慶交通大學 重慶 400074)

一、前言

瀝青攪拌設備將不同粒徑的石料、瀝青、粉料和添加劑按一定比例加工成混合物，在這一過程中骨料經過裝載、輸送、加熱、攪拌等多個環節，此間會產生大量的粉塵，產生的粉塵常用的處理方式為濕法或干法處理，濕法處理會消耗大量的水，同時沉淀過后還需要對污水進行處理達到排放指標才可以排放污水，因此，為了方便、快速回收這些粉塵，大多采用的是干法處理，即利用布袋回收粉塵的方式，這種方式回收的粉塵被稱作回收粉。這些粉塵經過常年累月的堆積，不僅占用土地資源，還損害人體健康。根據相關數據顯示全國大概有1000座以上的瀝青拌合站，每年產生的回收粉多達數千萬噸[1]。同時相關的空氣質量標準及大氣污染排放標準的對排放物的凈化程度越來越嚴格。因此加強對回收粉的應用，變廢為寶，不但可解決回收粉的環境問題，還增加了額外的經濟效益。

本文綜述了回收粉的研究現狀，為后續研究者開展對回收粉的進一步研究提供參考價值，并在此基礎上對回收粉的未來研究工作提出建議。

二、回收粉基本性能的影響因素

將回收粉變廢為寶利用起來，其基本性能需要滿足相應的應用規范標準，否則不予以應用。而其基本性能的優劣受多方面的影響，分析總結對其基本性能產生的影響因素，可以極大的減少對回收粉的選擇時間及提高回收粉回收的質量，從而增加回收粉的利用率。回收粉來源于瀝青拌合站集料的粉塵，其中大部分來自于粗集料在加熱碰撞和二次熱篩過程中產生的粉料，還包含極少的雜質[2]。根據回收粉來源的分析，可以總結出對回收粉基本性能的影響主要包括瀝青混合料集料的種類、石料的破碎方式、瀝青攪拌站回收粉處理的影響。

(一)集料種類的影響

石料的種類多，如玄武巖、石灰石、花崗巖等，玄武巖和石灰石用量大，因此本文主要考慮玄武巖和石灰石回收的粉塵產生的性能差異。東南大學的王斌[3]多方面分析，外觀顏色方面礦粉為乳白色，石灰石回收粉呈灰白色，玄武巖的顏色最深；細度方面，石灰石回收粉<礦粉(0.075mm)<玄武巖回收粉；級配(粒徑寬度)方面，礦粉和玄武巖回收粉>石灰石回收粉且粒徑分布較集中。另外由于集料種類的不同，使回收粉的主要成分存在很大差異，成分不同導致其被再利用時起到的作用就會不同，首先石灰石回收粉的主要成分是碳酸鈣，玄武巖回收粉的主要成分是二氧化硅。碳酸鈣在高溫條件下會分解，將其應用工程中可能會參與反應，而二氧化硅是酸性氧化物，其化學物質較碳酸鈣穩定。

(二)集料制備工藝的影響

回收粉是來源于集料(石料、機制砂)中的粉塵，但此粉塵經過高溫處理而有別于石粉。由于機制砂含粉量較大，因而回收粉絕大部分來源于機制砂中的粉塵。因此機制砂質量的優劣將直接影響回收粉的質量，而機制砂的質量與其生產的設備有關。初期建設的機制砂生產工藝制備的機制砂都伴有含泥量超標、顆粒級配不合理等缺陷，但科技的進步帶動生產工藝的發展，使機制砂的質量逐漸提高。通常，機制砂的制備分為濕法和干法工藝，但兩種工藝各分優劣，濕法工藝制備的機制砂最主要的優點是含粉量低；而干法工藝制備的機制砂細度模數、級配可控[4]。現存機制砂的含泥量仍是一個問題，這也使回收粉在應用過程中必須考慮含泥量問題。因砂石含泥量的增加會帶來負面影響，使混凝土的工作性變差，使其強度、耐久性降低，也是導致混凝土工作狀態不穩定的原因之一，同時含泥量的不可控致使回收粉的塑性指數變化范圍較大。魏桂芳、吳陶俊等人[5]在砂含泥量對預制構件用塑性混凝土相關的研究中指出不同含泥量對混凝土的工作性(坍落度、坍落經時損失)將產生不同程度的影響。另外在某些機制砂的制備工藝中，為了增加資源的再利用而起到減少成本的作用，其中一種方式就是摻入一定量的石屑制備機制砂[6]。此種方式可降低機制砂的制作成本，同時增加砂石的級配的寬度，但會增加回收粉的細度模數，使回收粉的粒徑變大，并且不能保證摻入的石屑與機制砂的種類相同，而造成回收粉成分的復雜化，增加應用難度。并且由于在一個工程完工前會使用不同批次的砂致使砂的成分(SiO2)變化大，使回收粉的酸堿度變化范圍不可控，造成其性質不穩定現象。

(三)瀝青拌合站設備的影響

不同瀝青拌合站得到的回收粉性能差異明顯，引起這種差異最主要的設備是除塵器。國內的一級除塵器主要包括旋風除塵器、百葉窗式除塵器、蝸殼式除塵器，由于旋風除塵器耐磨性差且缺點較多現很少采用。謝立揚、魏俊偉[7]對百葉窗式除塵器、蝸殼式除塵器回收的粉塵(即回收粉)進行試驗研究，表明不同的除塵器會使得到的回收粉粒徑存在差異且在一定范圍內變化，同時指出回收粉的細度受烘干筒負壓的影響，負壓越大，被吸附的回收粉的粒徑越大。許多研究者對除塵器不斷改進與探索，優化內部結構改變磁場可以提高除塵效率。而張晨光、謝立揚等[8]將蝸殼除塵器流場分布與回收粉粒徑控制相關聯，結果表明：O位得到的回收粉粒徑較細，而導流板W位和M位時較O位的粗，導流板使粉塵在碰撞、反彈過程中改變運動軌跡而達到不同粒徑粉塵分離的效果。劉繼先[9]對拌合站不同負壓條件下回收粉的級配存在差異，負壓在3～5時回收粉成分比較理想，而負壓與燃燒器存在相關性，負壓的穩定性受燃燒器燃料的影響，燃料質量越差，燃燒器的負壓增加，導致回收粉在高負壓下容易被回收而使其變得更粗。另外工藝缺陷引起的二次篩分使混合料粉含量增加，瀝青包裹不了混合料，降低瀝青混合料的性能，增加瀝青煙的產生，使回收粉雜質的含量增加，影響回收粉的總體性能[10]。

三、回收粉的應用

國外一些國家在公路工程中允許使用一定量的回收粉，為了滿足瀝青路面的技術指標，回收粉的使用量不得超過總填料用量的50%，他們主要將回收粉作為填料應用到基層中。在國內對回收粉的應用研究主要集中在兩方面，一方面是取代礦粉摻入瀝青混合料中；另一方面是作為部分基層的填料。在這兩方面回收粉都可以取得較好的效果，但研究者并未止步于此，對回收粉的研究仍在繼續。

(一)回收粉作為填料應用于基層

劉暢[11]將回收粉部分摻入水泥穩定碎石作為填料應用到公路基層，其起到填充、改善級配、微集料三大作用，并表明回收粉摻量應不大于6%，否則不適用于公路基層。劉景東[12]證明了摻量小于3%時平均溫縮系數變化不大且溫縮系數增加比較緩慢，即在回收粉低摻量條件下對路面的性能影響較小，而在摻量超過3%時會致使路面出現許多溫縮裂縫。莊園[13]根據相關實驗證明了回收粉摻量為20%時，較空白組(未摻回收粉)的抗彎拉強度提高了28%，回收粉摻量20%以下，可應用于不同等級道路的底基層。

(二)回收粉應用于瀝青混合料及瀝青膠漿

回收粉取代礦粉應用于瀝青混合料中可以不僅降低工程成本，節約資源，還會產生額外效益。最早以劉繼先[9]為代表，將不同比例的回收粉摻入瀝青混凝土中，發現回收粉比例在50%～70%之間，隨著回收粉比例增大，馬歇爾的穩定度、流值、空隙率、瀝青飽和度呈下降趨勢，但4個測量值都在規范要求范圍之內。隨后一些研究者將礦粉與回收粉摻入瀝青混合料中對其路用性能進行對比分析。姜祎等[14]研究回收粉對礦粉性能的影響發現：回收粉摻量的增加，礦粉的塑性指數越大，回收粉以25%的取代率部分取代礦粉與空白組(單摻礦粉)配制瀝青混凝土進行性能對比，發現二者的最大理論密度、毛體體相對密度、空隙率、礦料間隙率等的影響程度接近，均符合規范要求，但會增加最佳瀝青用量。王毅等[15]指出低粉膠比對提高瀝青混合料的水穩定性及高溫性能有積極作用。通過20%～50%的回收粉部分取代礦粉，再利用馬歇爾殘留穩定度及凍融劈裂值表征，結果表明在摻入30%的回收粉取代礦粉對瀝青混合料的水穩定性有一定幫助[11]。汪輝等[16]的實驗結果表明：回收粉部分取代礦粉雖膠漿的高溫性能有改善作用，但對其抗勞、低溫性能的作用不明顯。李媛媛等[17]的研究結果與王毅對回收粉的研究結果一致，都是低粉膠比下有改善水穩定性的作用。而姚波等[18]研究了單摻回收粉(范圍在0.5%～2%之間)對環氧瀝青混凝土的性能影響，表明低摻量是可行的，在摻入1%的回收粉其環氧瀝青混合料有較好的力學性質。回收粉低摻量下，親水性物質(含泥量)較低，對水的作用不明顯，從而對瀝青混合料的水穩定性有改善作用。

(三)回收粉作為摻合料應用于混凝土

四、結論

為了加強回收粉的應用與促進研究者對其的進一步研究應用，本文首先分析總結回收粉不同因素對其基本性能的影響，發現玄武巖回收粉與石灰石回收粉因其種類不同，導致回收粉的基本性能存在較大差異；而在外界條件不同情況下，制備工藝及設備對回收粉的細度、塑性指數、級配等影響較大。其次總結了回收粉的應用研究進展，回收粉的應用主要集中在瀝青混合料及膠漿、作為填料應用于基層。最后也在此基礎上提出回收粉應用于混凝土可能性的想法，為后續研究者將回收粉應用于混凝土提供參考價值。