再生磚骨料瀝青混合料性能研究

賈艷東， 劉俊杰， 韓 碩， 甄 艷， 蔡向輝

(1.遼寧工業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001；2.錦州市市政工程總公司,遼寧 錦州 121000)

再生磚骨料瀝青混合料性能研究

賈艷東1， 劉俊杰1， 韓 碩1， 甄 艷2， 蔡向輝2

(1.遼寧工業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001；2.錦州市市政工程總公司,遼寧 錦州 121000)

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，老舊小區(qū)改建、拆遷造成建筑垃圾大幅增長，開展磚骨料應(yīng)用于瀝青路面的研究具有一定的實(shí)用價(jià)值和環(huán)保意義。廢棄磚的利用能夠解決骨料短缺的問題，還可以解決環(huán)境污染問題。目前磚骨料應(yīng)用于瀝青路面的研究還很少，通過馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行再生磚骨料瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，分析不同瀝青用量下瀝青混合料的性能，使其滿足我國現(xiàn)行規(guī)范的要求。研究結(jié)果表明：當(dāng)瀝青用量為5%時(shí)，再生磚骨料瀝青混合料各項(xiàng)指標(biāo)均符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

再生磚骨料；瀝青混合料；馬歇爾試驗(yàn)；路用性能

1990～2000年間，我國城市建筑主要以磚混結(jié)構(gòu)為主，磚與混凝土成為主要的建筑材料。所以，這些建筑物在達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限或新建拆除后將產(chǎn)生大量的建筑廢磚。如圖1所示。

圖1 磚混結(jié)構(gòu)拆除

隨著交通與建筑行業(yè)的快速發(fā)展，砂石等建筑材料的需求量急劇增加。因此，在倡導(dǎo)節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)今社會，對于廢棄磚的再生利用研究顯得尤為重要[1-5]。

目前，絕大部分廢棄磚都未經(jīng)任何處理，除少部分用于填筑外，有的堆放在露天，有的填埋在地勢低洼的地方，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，因此將廢棄磚處理為再生骨料(RCA)十分必要[6]。

由于大部分廢棄磚強(qiáng)度低、空隙率大、微裂紋多、吸水性大，再生磚骨料復(fù)合材料的綜合性能普遍較差[6]，但是可以應(yīng)用于人行道、廣場、農(nóng)村道路等對于承載能力要求不高的路段。

磚的最大特點(diǎn)是孔隙率大，吸水能力強(qiáng)、吸油能力強(qiáng)，故需針對不同瀝青含量的瀝青混合料分別進(jìn)行物理性能試驗(yàn)，從而確定磚骨料瀝青混合料的最佳瀝青用量。

本文通過馬歇爾試驗(yàn)，研究了不同瀝青用量下，再生磚骨料瀝青混合料的性能。

1 再生磚骨料混合料配合比設(shè)計(jì)

再生磚骨料在基本物理力學(xué)性能上與天然骨料有較大不同[7-9]，再生磚骨料基本物理力學(xué)性能如表1所列。

表1 再生磚骨料的基本物理力學(xué)性能

天然骨料使用錦州市市政工程總公司攪拌站采購的集料，按照工程實(shí)驗(yàn)要求檢測它們的基本力學(xué)性能，如表2、表3所列，瀝青混合料的所有集料的篩分結(jié)果如表4所列。

級配理論是依據(jù)礦料混合體積最大密實(shí)度確定的，與骨料的力學(xué)特性無關(guān)，所以傳統(tǒng)的級配理論能夠用于磚骨料瀝青混合料的級配設(shè)計(jì)。將磚骨料通過一系列標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，計(jì)算不同篩孔尺寸下磚骨料的通過百分率。瀝青混合料配合比計(jì)算如表5所列。

表2 礦粉的基本物理力學(xué)性能

表3 天然骨料的基本物理力學(xué)性能

表4 集料篩分結(jié)果

表5 瀝青混合料配合比計(jì)算表

采用馬歇爾試驗(yàn)方法進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)。瀝青采用AH90瀝青，瀝青比重為1.006 7。其中，磚骨料和瀝青的各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

馬歇爾試驗(yàn)瀝青混合料類型采用AC-13型瀝青混合料，磚骨料級配在規(guī)范范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并呈“S”形曲線，拌和溫度為145 ℃。通過混合料配合比計(jì)算可以看出，磚骨料瀝青混合料配合比在規(guī)范要求的高、低限之間，如圖2所示，說明磚骨料瀝青混合料配合比滿足規(guī)范要求。

圖2 磚骨料瀝青混合料配合比曲線圖

2 馬歇爾試驗(yàn)

本文采用磚骨料摻加不同用量的瀝青(4.5%、5%、5.5%)，分析瀝青混合料的穩(wěn)定度、流值等性能指標(biāo)。磚骨料瀝青混合料馬歇爾試件如圖3所示。在馬歇爾試件的制作過程中發(fā)現(xiàn)：拌制混合料時(shí)，有花白料出現(xiàn)，這是因?yàn)榇u與瀝青間的粘結(jié)性較差，磚粒不容易被瀝青包裹；擊實(shí)成型時(shí)，由于磚的承載能力較低，部分磚骨料被擊碎。

圖3 再生磚骨料瀝青混合料馬歇爾試件

根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程[10]的要求，采用擊實(shí)儀雙面擊實(shí)75次的成型方法制作馬歇爾試件。為了降低試驗(yàn)誤差，相同瀝青含量的試驗(yàn)分別制作四個(gè)平行試件，并在試驗(yàn)過程中嚴(yán)格控制拌和溫度及各組分的用量。磚骨料瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)論見表6所列。

表6 馬歇爾試驗(yàn)

由表6可以看出，隨著瀝青用量的增加，馬歇爾試件的實(shí)際密度增大，但都小于理論密度，這是因?yàn)榇u骨料表面附有大量水泥砂漿，造成骨料密度偏小，從而引起瀝青混合料密度偏?。淮送?，磚骨料孔隙率較大，吸油能力強(qiáng)，造成磚骨料瀝青混合料粒料間空隙率較大。

當(dāng)瀝青用量為4.5%時(shí)，馬歇爾穩(wěn)定度不符合規(guī)范要求，說明瀝青混合料的承載能力不足，這是因?yàn)榇u骨料的吸油能力較強(qiáng)，瀝青用量較少，導(dǎo)致骨料間粘結(jié)力較小，因此不能采用；當(dāng)瀝青用量為5%時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，可以應(yīng)用于瀝青路面結(jié)構(gòu)；當(dāng)瀝青用量為5.5%時(shí)，粒料間空隙率不符合規(guī)范要求，由于過大的粒料間空隙率會使表面積水滲入基層，引起基層浸水，從而降低基層的承載能力，因此也不能采用。

粒料間空隙率與飽和度隨瀝青用量的增加而增加，說明瀝青混合料的水穩(wěn)定性降低；隨著瀝青用量的增加，馬歇爾穩(wěn)定度增大，這是由于磚骨料表面粗糙，并含一定的水泥砂漿，孔隙較多，從而吸附更多的瀝青，瀝青用量越多，吸附力越大，從而馬歇爾試件能夠承受的荷載越大；瀝青用量增加時(shí)，流值逐漸減小，說明磚骨料消耗的瀝青大部分被吸收，提高了瀝青混合料的抗車轍能力與高溫穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

(1) 通過本文研究，說明當(dāng)瀝青用量為5%時(shí)，磚骨料瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足我國現(xiàn)行規(guī)范的要求，因此通過合理處理后的廢棄磚可以應(yīng)用于對承載能力要求不高的人行道、廣場、農(nóng)村道路等的瀝青面層。

(2) 由于磚骨料與天然骨料有較大的區(qū)別，因此磚骨料瀝青混合料的拌和溫度要高于天然骨料瀝青混合料，以便形成更好的瀝青膜，增強(qiáng)瀝青混合料的承載能力。粒料間空隙率與飽和度隨瀝青用量的增加而增加，說明瀝青混合料的水穩(wěn)定性降低。

(3) 在瀝青混合料中，瀝青用量關(guān)系到瀝青混凝土的穩(wěn)定性。通過本試驗(yàn)研究，可以看出隨著瀝青用量的增加，馬歇爾穩(wěn)定度逐漸增加，說明承載能力增強(qiáng)；而流值逐漸減小，說明抗車轍能力增加。

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[10] JTG E20-2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

2016-10-27；修改日期：2016-10-31

遼寧省大學(xué)生實(shí)踐教育基地(工程實(shí)踐教育中心)建設(shè)項(xiàng)目“遼寧工業(yè)大學(xué)-錦州市市政工程總公司工程實(shí)踐教育中心”(2013126)

賈艷東(1969-)，男，滿族，遼寧凌海人，遼寧工業(yè)大學(xué)教授．

U416

A

1673-5781(2016)05-0666-03