摻廢舊玻璃對(duì)瀝青混凝土路用性能的影響分析

李萬英，晏 茂

(1.湖南省常德市公路局上德工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，湖南常德 415000;2.湖南省常德市公路局常德大德公路勘察設(shè)計(jì)有限公司，湖南常德 415000)

0 引言

廢玻璃瀝青混凝土是指將廢舊玻璃作為集料摻入到普通瀝青混凝土中，實(shí)現(xiàn)廢玻璃再利用的有效措施。早在60年代，歐美國(guó)家已經(jīng)開始了對(duì)該類技術(shù)的研究和應(yīng)用;其中美國(guó)的紐約、新澤西州、舊金山等地區(qū)均有相關(guān)的試驗(yàn)記錄和使用記錄。加拿大還將該類技術(shù)應(yīng)用于重載車道，實(shí)踐證明使用效果良好［1，2］。國(guó)內(nèi)的凌天清、張曙光、陳亮等［3，4］將廢舊玻璃用于隧道鋪裝，提高了隧道鋪裝的可視度和行車安全性，使用性能良好。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，廢玻璃的年產(chǎn)量逐年遞增，如能更好地將其用到道路工程中，是一項(xiàng)變廢為寶的實(shí)用技術(shù)。本文在參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，分別分析了6種不同廢玻璃摻量對(duì)瀝青混凝土路用性能的影響，以得出不同交通狀況及道路等級(jí)下合理的廢玻璃摻量，為該類技術(shù)的推廣提供一定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和施工依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料及配合比設(shè)計(jì)

1.1 瀝青及集料

瀝青采用SBS改性瀝青，集料各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，具體指標(biāo)見表1、表2。

表1 改性瀝青

表2 集料物理性能

1.2 廢玻璃

普通的廢玻璃極易破碎，同時(shí)考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工的可行性，一般摻入瀝青混合料的廢玻璃粒徑不宜過粗，一般粒徑為4.75mm或者更小。廢玻璃的密度為 1.3 ～1.5g/cm3，在高溫下具有良好的熱穩(wěn)定性，其熱膨脹系數(shù)為800×10－6～900 ×10－6cm/℃。該次試驗(yàn)采用的碎玻璃集料為粒徑3～5mm的干燥、潔凈的碎玻璃顆粒，其篩分結(jié)果見表3。

表3 廢玻璃篩分結(jié)果

1.3 配合比設(shè)計(jì)

本文采用規(guī)范規(guī)定的AC－13密實(shí)型級(jí)配進(jìn)行試驗(yàn)分析。根據(jù)各級(jí)粒徑篩分試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行集料的配合比設(shè)計(jì)，級(jí)配設(shè)計(jì)曲線見圖1。在級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用廢玻璃作為集料以不同的比例和碎石摻配，配制成廢玻璃瀝青混凝土。玻璃集料的替代率分別為集料總量的5%、7%、9%、11%、13%。

圖1 AC－13級(jí)配設(shè)計(jì)圖

2 廢玻璃瀝青混合料路用性能分析

2.1 高溫穩(wěn)定性分析

廢玻璃的摻量分別為0%、5%、7%、9%、11%、13%，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)成型車轍試件，并按照規(guī)范要求進(jìn)行車轍試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 車轍試驗(yàn)

結(jié)果分析:隨著廢玻璃摻量的增加，車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度急劇下降，當(dāng)廢玻璃摻量大于9%時(shí)，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)行規(guī)范(＞2800次/mm)的要求。分析其原因，是由于廢玻璃表面光滑，而且沒有太明顯的菱角性，同時(shí)在碾壓過程中容易破碎，從而改變了混合料內(nèi)部的嵌擠結(jié)構(gòu)，使其抗剪能力下降，因此，隨著廢玻璃摻量的增加，動(dòng)穩(wěn)定度出來了急劇的降低，因此，廢玻璃摻量不宜大于9%。

2.2 水穩(wěn)定性分析

廢玻璃按照上述的摻量，分別成型馬歇爾試件，進(jìn)行浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)，用于分析廢玻璃摻量對(duì)其混合料水穩(wěn)定性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

圖4 凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果分析:隨著廢玻璃摻量的增加，浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比均出現(xiàn)了一定的衰減，當(dāng)廢玻璃摻量大于9%時(shí)，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。分析其原因，是由于廢玻璃表面光滑，和瀝青沒有足夠強(qiáng)的粘附性，隨著廢玻璃的摻入，使其混合料內(nèi)部的骨料間的粘附性降低，因此浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比都有一定的降低，當(dāng)摻量大于9%時(shí)，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

2.3 低溫抗裂性分析

廢玻璃按照上述的摻量，分別成型小梁試件，進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)，用于分析廢玻璃摻量對(duì)其混合料低溫抗裂性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 低溫抗裂試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果分析:隨著廢玻璃摻量的增加，混合料的破壞勁度模量均出現(xiàn)了一定的降低。分析其原因，是廢玻璃的摻入降低了混合料內(nèi)部的粘結(jié)力，使其抗開裂性能出現(xiàn)了一定的衰減。

2.4 反光性能分析

廢玻璃瀝青混合料的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的反光性，廢玻璃摻入集料中，會(huì)形成很多小鏡面，提高路面的可視度和行車安全性。本文利用照度儀對(duì)6種不同摻量的廢玻璃瀝青混合料的反光性進(jìn)行了實(shí)測(cè)，并計(jì)算出各組試件反光系數(shù)，如圖6所示。

圖6 反光系數(shù)測(cè)試結(jié)果

結(jié)果分析:隨著廢玻璃摻量的增加，瀝青混合料的反光系數(shù)也隨之增加。分析其原因?yàn)閺U玻璃的摻入，使其混合料表面也分布有部分零星的廢玻璃，摻量越多，零星分布在試件表面的廢玻璃越多，因此反光系數(shù)越強(qiáng)。廢玻璃瀝青混合料的獨(dú)特反光特性可以增強(qiáng)實(shí)際路面的可視度，降低行車危險(xiǎn)性。

2.5 抗滑性能分析

廢玻璃按照上述的摻量，分別成型試件，采用擺式儀器進(jìn)行摩擦系數(shù)試驗(yàn)，用于分析廢玻璃摻量對(duì)其混合料抗滑性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 BPN平均值測(cè)試結(jié)果

結(jié)果分析:隨著廢玻璃摻量的增加，瀝青混合料的摩擦系數(shù)也隨之降低。分析其原因?yàn)閺U玻璃的摻入，使其混合料表面空隙率變大，同時(shí)廢玻璃在碾壓過程中破碎，使其表面摩擦系數(shù)降低，因此參照日本道路公團(tuán)的施工規(guī)范中規(guī)定路面交工時(shí)BPN值不能小于60～65，廢玻璃的摻量不宜大于11%。

3 結(jié)論

1)廢玻璃的摻入，使其混合料內(nèi)部嵌擠結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的改變，因此混合料的動(dòng)穩(wěn)定度有所降低，廢玻璃摻量不宜過大，建議小于9%為宜。

2)廢玻璃的摻入，使得混合料內(nèi)部的粘附性降低，因此，混合料的水穩(wěn)定性和低溫抗裂性均有所降低。

3)廢玻璃的摻入能有效改善混合料的反光性，能提高路面的可視度，提高交通行車安全。

4)廢玻璃的摻入，使得混合料表面構(gòu)造發(fā)生了一定的變化，使其摩擦系數(shù)有所衰減，廢玻璃的摻量不宜大于11%。

［1］Day DE，Schaffer Ｒ． Glashalt Paving Handbook［M］． Jefferson:University of Missouri-Ｒolla，1993．

［2］Kanhdal PS，Koehler WS． The Asphalt Handbook［M］． The Asphalt Institute Manual Series N04，1989．

［3］張曙光.隧道路面的明色鋪裝技術(shù)研究［D］.重慶:重慶交通大學(xué)，2010.

［4］陳 亮.高速公路隧道SMA路面明色鋪裝技術(shù)研究［D］.重慶:重慶交通大學(xué)，2012.