強(qiáng)化處理再生骨料瀝青混合料性能研究

吳 春，謝忠杰

（1.湖南中大檢測(cè)技術(shù)集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410205; 2.湖南省公路事務(wù)中心, 湖南 長(zhǎng)沙 410011）

引言

大量的城市建筑固體廢棄物填埋不僅占用大量土地資源，同時(shí)還會(huì)給自然環(huán)境帶來一定危害。因此，如何有效循環(huán)利用建筑廢棄物是人類面臨的重要課題。一些研究人員已經(jīng)將廢棄混凝土粉碎工藝應(yīng)用于混凝土中的再生骨料。A.H. Aljassar[1]等人通過馬歇爾試驗(yàn)、高溫性能和水穩(wěn)定性試驗(yàn)研究表明再生骨料制備的瀝青混合料的各個(gè)指標(biāo)均能夠滿足當(dāng)?shù)氐囊?guī)范要求。Rubio[2]等利用裝飾后的廢料制成瀝青混合物，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)制備的混合料的性能和相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求差不多，而且它的路用性能也跟規(guī)范一致。Julian等[3]利用再生骨料取代天然集料進(jìn)行瀝青混合料的制備，并對(duì)其路用性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果顯示，在交通量較小的時(shí)候，天然骨料的75%都可以用再生骨料進(jìn)行替代，而且再生骨料摻量越大其瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量、彈性模量和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比會(huì)越低。王知樂[4]試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，再生骨料瀝青混合料能夠滿足其路用要求。孫藝涵等[5]人試驗(yàn)研究了汶川地震廢棄物制作的瀝青混合料，證明了瀝青混合料的浸水殘留馬歇爾穩(wěn)定度MS0、凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比TSR、動(dòng)穩(wěn)定度DS等性能均能滿足我國(guó)規(guī)范要求。程海麗[6]采用化學(xué)強(qiáng)化方法配制濃度為 3%的水玻璃溶液，再生粗骨料浸泡在此溶液一小時(shí)后配制的再生骨料瀝青混合料，其抗壓強(qiáng)度可得到大幅提高。胡力群[7]等將廢棄黏土磚以不同比例替代天然碎石配制水泥穩(wěn)定基層，建議混合料中廢磚塊粗集料和細(xì)集料的替代率分別不超過70%和90%。目前國(guó)內(nèi)對(duì)水泥混凝土再生骨料的研究取得了一些進(jìn)展，但對(duì)再生骨料瀝青混合料的研究較少。因此開展再生骨料應(yīng)用于瀝青路面的研究具有較高的工程實(shí)用價(jià)值和環(huán)保意義?？紤]到再生骨料吸水率與強(qiáng)度有一定差異，選取三種強(qiáng)化劑強(qiáng)化再生骨料，并研究了強(qiáng)化再生骨料的瀝青混合料的路用性能。

1 再生粗骨料

采用廢棄混凝土再生骨料為水泥路面經(jīng)過破碎以后獲得的具有一定粒形和級(jí)配結(jié)構(gòu)的再生骨料。再生骨料和天然集料的基本性能結(jié)果見表1。

表1 再生骨料和天然骨料性能對(duì)比

從再生粗骨料和天然粗骨料試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析得出：（1）再生骨料的密度較小，與天然骨料相比差異不大，吸水率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于天然骨料。原因可能是硬化的水泥砂漿具有較高的吸水率和孔隙率，并且粒徑越小則水泥砂漿含量越高。（2）從表1可知，再生骨料的壓碎值和洛杉磯磨耗值均比天然骨料大，但是也都滿足《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42-2005）的要求，只是力學(xué)強(qiáng)度稍差。（3）再生骨料與瀝青的黏附性能等級(jí)比天然骨料略低，但是也滿足JTG E42-2005要求。

2 再生骨料的強(qiáng)化處理

為了研究不同強(qiáng)化方法的強(qiáng)化效果，分別采用配置好的濃度為5%的硅酸鈉溶液、改性乳化瀝青∶水=1∶2的乳化瀝青（質(zhì)量比）、原濃度的甲基硅酸鈉溶液對(duì)再生骨料進(jìn)行完全浸泡處理，浸泡時(shí)間分別為1 min、20 min和80 min，之后測(cè)定再生骨料的吸水率。三種強(qiáng)化劑處理過后的吸水率見表2。

表2 三種強(qiáng)化劑處理過后的吸水率（vv）

從表2結(jié)果可以看出：（1）在相同的浸泡時(shí)間條件下，硅酸鈉溶液作用下，吸水率最大值達(dá)到了4.12%，遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的不大于2%。（2）改性乳化瀝青溶液浸泡下的再生骨料的吸水率下降的趨勢(shì)不明顯，到80 min后并沒有達(dá)到規(guī)范要求的不大于2%。（3）甲基硅酸鈉作用下的再生骨料的吸水率，到浸泡80 min時(shí)，同比下降了44.8%和44.1%；效果顯著且滿足了規(guī)范要求的不大于2%。說明了甲基硅酸鈉溶液浸泡80 min 后再生骨料的吸水率能滿足規(guī)范要求。

3 再生骨料瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

3.1 級(jí)配分析

采用馬歇爾試驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，礦質(zhì)混合料中包含再生粗骨料，天然細(xì)骨料，石屑和礦粉。瀝青為70號(hào)基質(zhì)瀝青，再生粗骨料選取粒徑范圍為5～10 mm和10～20 mm全替換相應(yīng)粒徑的天然粗骨料，粒徑范圍0～5 mm的采用天然細(xì)骨料，合成級(jí)配結(jié)果見表3。

表3 再生骨料AC-20C的礦料級(jí)配

3.2 最佳油石比

強(qiáng)化處理前后的瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)見表4～表5。

表4 未處理再生骨料AC-20C不同油石比馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表5 處理組再生骨料AC-20C不同油石比馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表4、表5試驗(yàn)結(jié)果可以看出，未經(jīng)處理組瀝青混合料的最佳油石比為4.8%，經(jīng)甲基硅酸鈉處理組的最佳油石比為4.25%，且各項(xiàng)指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

4 再生骨料瀝青混合料路用性能

4.1 高溫性能

采用車轍試驗(yàn)來評(píng)價(jià)再生粗骨料瀝青混合料的高溫性能。在最佳油石比條件下，未處理再生粗骨料AC-20C瀝青混合料和甲基硅酸鈉處理過的再生粗骨料AC-20C瀝青混合料的車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度DS結(jié)果見圖1。

圖1 動(dòng)穩(wěn)定度DS結(jié)果對(duì)比

通過車轍試驗(yàn)可以看出，未處理再生骨料瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度只有1 105次/毫米，只能勉強(qiáng)滿足JTG F40-2004的要求，而經(jīng)過甲基硅酸鈉處理后動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到了3 500次/毫米，有很大程度的提高，并且明顯要高于未處理的再生骨料瀝青混合料，還遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的（≥1 000次/毫米）。

4.2 水穩(wěn)性能

采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)再生骨料瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，見圖2、圖3。

圖2 甲基硅酸鈉處理前后浸水殘留穩(wěn)定度MS0對(duì)比

圖3 甲基硅酸鈉處理前后凍融劈裂強(qiáng)度比TSR對(duì)比

由試驗(yàn)結(jié)果可知，未經(jīng)過處理再生骨料混合料MS0只有70.08%，未能滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中不小于80%要求。經(jīng)過甲基硅酸鈉處理過的再生骨料混合料比較完整，剝落較少，且MS0為76.36%，比未處理組提高了9%，但也沒能達(dá)到規(guī)范要求。未經(jīng)過處理再生骨料瀝青混合料TSR為60.81%，未能滿足JTG F40-2004要求的75%，同時(shí)在長(zhǎng)時(shí)間浸水過程中，有的試件出現(xiàn)了瀝青膠漿脫落，甚至骨料剝落現(xiàn)象。經(jīng)過甲基硅酸鈉處理過的再生骨料瀝青混合料TSR為68.4%，比前者提高了12%，而且試件比較完整，剝落較少，但是相對(duì)于單純浸水試件剝落的量較多，盡管TSR高于前者，但沒達(dá)到JTG F40-2004要求。

4.3 低溫性能

采用間接拉伸試驗(yàn)即低溫劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)再生骨料瀝青混合料的低溫抗裂性能。由圖4可知，經(jīng)由甲基硅酸鈉處理后的再生骨料瀝青混合料的RT未處理組的2.21 MPa提高到了2.43 MPa，提高了10%，低溫性能有所改善。

圖4 甲基硅酸鈉處理前后劈裂抗拉強(qiáng)度RT對(duì)比

5 結(jié)語

（1）再生混凝土骨料與天然骨料性能類似，可以替代天然骨料用于瀝青混合料。（2）再生骨料采用甲基硅酸鈉溶液對(duì)其浸泡，80 min后，骨料吸水率下降明顯，能滿足規(guī)范要求用于瀝青混合料。（3）未經(jīng)處理的再生骨料的瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度低，水穩(wěn)性能較差。經(jīng)甲基硅酸鈉處理后的再生骨料瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度和水穩(wěn)性有較大提高。