陶粒瀝青混合料的試驗(yàn)及應(yīng)用研究

李 波

（山西交投高速公路有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

作為目前國內(nèi)廣泛采用的路面結(jié)構(gòu)形式，瀝青路面以其較好的使用性能、施工周期短及養(yǎng)護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)越來越受到道路建設(shè)者的青睞。但瀝青路面也存在一定缺陷，如吸光能力強(qiáng)，在強(qiáng)光照及車載作用下容易出現(xiàn)車轍等病害。另一方面，在我國，陶瓷作為我們?nèi)粘Ｉ钪械谋貍溆闷繁淮罅可a(chǎn)運(yùn)用，每年都會(huì)有大量的廢舊陶瓷產(chǎn)生，而對(duì)于它們的處理多是直接丟棄或掩埋，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染與資源浪費(fèi)[1-2]。

已有研究表明：一方面，破碎后的陶瓷骨料導(dǎo)熱系數(shù)低，摻入瀝青混合料中可有效提高其熱阻性能，降低路面結(jié)構(gòu)溫度[3-4]；另一方面，作為粗集料替代15%的碎石集料后各項(xiàng)力學(xué)性能與馬歇爾指標(biāo)與普通瀝青混合料無差異并且展現(xiàn)出了更好的抗車轍性能[5-7]。已有研究為廢舊陶瓷的處理提供了新的思路，但目前研究成果較少，對(duì)于陶瓷瀝青混合料的綜合路用性能及實(shí)際應(yīng)用效果缺乏系統(tǒng)的研究與實(shí)例佐證。

本文選用SAC-10級(jí)配類型，在瀝青混合料中摻入一定量的陶粒，對(duì)其性能進(jìn)行了試驗(yàn)檢測，并通過試驗(yàn)路段驗(yàn)證了其實(shí)際應(yīng)用效果。

1 室內(nèi)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

a）陶粒 試驗(yàn)用陶粒的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果如表1所示。陶粒的粒徑主要為4.75～13.2 mm。

表1 頁巖陶粒技術(shù)指標(biāo)

b）瀝青 選用SBS改性瀝青，參照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[8]對(duì)其主要性能指標(biāo)進(jìn)行檢測如表2所示。

表2 SBS改性瀝青性能檢測結(jié)果

c）集料 試驗(yàn)用碎石集料及礦粉分別選用玄武巖碎石及石灰?guī)r礦粉，相關(guān)性能檢測結(jié)果如表3所示。

表3 集料物理力學(xué)性能檢測結(jié)果

1.2 配合比設(shè)計(jì)

1.2.1 礦料級(jí)配

選用SAC-10礦料級(jí)配，其級(jí)配中值參照相關(guān)文獻(xiàn)[7]，參照級(jí)配中值進(jìn)行合成級(jí)配的設(shè)計(jì)如表4所示。

表4 礦料合成級(jí)配設(shè)計(jì)（SAC-10）

1.2.2 最佳油石比

馬歇爾試驗(yàn)用陶粒對(duì)粒徑為4.75～9.5 mm的碎石進(jìn)行等體積取代，陶粒的摻量取0～80%，最佳油石比如表5所示。

表5 不同陶粒摻量下混合料的馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，陶粒摻量的增加使得油石比出現(xiàn)增長，密度降低，而對(duì)于瀝青飽和度的影響并無規(guī)律。同時(shí)，混合料的穩(wěn)定度在陶粒摻量增加的情況下呈現(xiàn)減小趨勢，且當(dāng)陶粒摻量大于40%后，穩(wěn)定度的降低幅度明顯增大，這是因?yàn)樘樟５膹?qiáng)度較低，抗磨抗碎能力較差，過多地?fù)饺胩樟?huì)對(duì)混合料的綜合性能造成較大影響。

1.3 試驗(yàn)方案

參照相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[8]，制備不同陶粒摻量下的混合料試件，對(duì)0%～80%陶粒摻量下的SBS改性瀝青混合料分別進(jìn)行車轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗(yàn)以對(duì)陶粒瀝青混合料的綜合路用性能進(jìn)行檢測與分析。

2 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 陶粒摻量對(duì)高溫穩(wěn)定性的影響

車轍病害將會(huì)對(duì)瀝青路面造成嚴(yán)重的損害，采用車轍試驗(yàn)對(duì)陶?；旌狭显嚰母叻€(wěn)定性能進(jìn)行檢測。不同陶粒摻量下的混合料試件每組制備3個(gè)試件，試驗(yàn)溫度為60℃，測定不同試件的動(dòng)穩(wěn)定度并取平均值，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 陶粒瀝青混合料的車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，摻陶粒瀝青混合料隨陶粒摻量增加，動(dòng)穩(wěn)定度逐漸降低，永久變形增加。其中，陶粒分別摻20%、40%、60%及80%的情況下，動(dòng)穩(wěn)定度分別降低了10.5%、39.4%、70%及84.1%。當(dāng)陶粒摻量為60%時(shí)，試件的動(dòng)穩(wěn)定度為2 933次/mm，已不滿足規(guī)范要求大于等于3 000次/mm的要求。因此，就高溫穩(wěn)定性而言，陶粒瀝青混合料中陶粒的摻量不宜大于40%。

分析出現(xiàn)上述情況的原因可知：相比于碎石集料，陶粒容易壓碎，試件受壓成型過程中出現(xiàn)破碎面，從而造成無瀝青黏結(jié)的薄弱面，影響試件的整體穩(wěn)定性，并且陶粒摻量越多，出現(xiàn)的薄弱面越多，從而造成試件高溫穩(wěn)定性降低。

2.2 陶粒摻量對(duì)低溫抗裂性的影響

低溫開裂將會(huì)造成瀝青路面出現(xiàn)嚴(yán)重病害，制備不同陶粒摻量下的小梁試件，每組4個(gè)，試驗(yàn)溫度為-10℃，試驗(yàn)結(jié)果取4個(gè)試件的平均值如表7所示。

表7 陶粒瀝青混合料的小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知，在陶粒摻量不斷增加情況下，破壞應(yīng)變呈先增大后減少趨勢，但變化幅度不大。其中，相比于0%陶粒摻量的瀝青混合料，在陶粒摻量分別為20%、40%、60%情況下，陶?；旌狭系钠茐膽?yīng)變分別增加了7.97%、3.53%、1.24%。在陶粒摻量為80%時(shí)，破壞應(yīng)變減少了9.03%。因此，試驗(yàn)結(jié)果表明陶粒的摻入對(duì)低溫抗裂性能影響不大，當(dāng)陶粒摻量低于60%時(shí)，低溫抗裂性能有一定提升。

2.3 陶粒摻量對(duì)水穩(wěn)定性能的影響

制備不同陶粒摻量下的馬歇爾試件分別進(jìn)行凍融劈裂及浸水馬歇爾試驗(yàn)以對(duì)陶粒瀝青混合料的水穩(wěn)定性能進(jìn)行檢測，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 陶粒瀝青混合料的凍融劈裂及馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可知，陶?；旌狭显谔樟搅吭黾忧闆r下，其凍融劈裂強(qiáng)度比與殘留穩(wěn)定度均出現(xiàn)了先增大后降低的情況，但變化不大。其中，相比于0%陶粒摻量的瀝青混合料，在陶粒摻量為20%及40%時(shí)，陶粒混合料的殘留穩(wěn)定度分別提高了3.4%、1.1%。陶粒摻量為60%及80%時(shí)，殘留穩(wěn)定度分別降低了0.03%、6.01%；在陶粒摻量為20%及40%時(shí)，陶粒混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比分別提高了3%、6.2%。陶粒摻量為60%及80%時(shí)，殘留穩(wěn)定度分別降低了4.8%、13.8%；綜上分析可知，當(dāng)陶粒的摻入量不大于40%時(shí)，陶粒瀝青混合料的水穩(wěn)定性能較好，當(dāng)摻量大于40%后，水穩(wěn)定性能出現(xiàn)了快速降低。因此，陶粒的摻入量不宜大于40%。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某新建雙向四車道高速公路，采用多碎石瀝青混凝土面層（SAC），該公路 K32+382—K32+882作為試驗(yàn)路段上面層采用陶粒瀝青混合料，陶粒瀝青混合料采用SAC-10級(jí)配類型，原材料的選擇與檢測、配合比設(shè)計(jì)均同室內(nèi)試驗(yàn)，陶粒摻量取40%，施工現(xiàn)場混合料的油石比為5.4%。采用傳統(tǒng)拌和樓設(shè)備集中對(duì)施工現(xiàn)場的混合料進(jìn)行拌和，施工過程中嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[9]嚴(yán)格控制施工質(zhì)量與工藝。

3.2 性能檢測

施工現(xiàn)場對(duì)拌和好的瀝青混合料抽樣制備試件進(jìn)行性能檢測，檢測結(jié)果如表9所示。

表9 施工現(xiàn)場抽樣檢測結(jié)果

由表9可知，現(xiàn)場抽樣檢測所得結(jié)果均滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[9]，且均優(yōu)于室內(nèi)試驗(yàn)所測值，具備良好的路用性能。

K32+382—K32+882試驗(yàn)路段施工完成后對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的驗(yàn)收檢測，檢測結(jié)果如表10所示。

表10 試驗(yàn)路段驗(yàn)收檢測結(jié)果

由表10可知，檢測結(jié)果均很好地滿足相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[9]，施工質(zhì)量優(yōu)異。

3.3 持續(xù)觀測與評(píng)價(jià)

K32+382—K32+882試驗(yàn)路段施工完成通車4年內(nèi)，對(duì)其進(jìn)行了持續(xù)的觀測，觀測結(jié)果表明：相鄰采用普通AC-13型瀝青混合料作為上面層結(jié)構(gòu)的路段出現(xiàn)了一定程度的裂縫與坑槽病害。K32+382—K32+882試驗(yàn)路段在采用陶粒瀝青混合料作為上面層后，在通車4年內(nèi)，未出現(xiàn)車轍、裂縫等路面病害，路面平整度較高，應(yīng)用效果優(yōu)異。

4 結(jié)論

a）陶粒瀝青混合料在陶粒摻量增加情況下，動(dòng)穩(wěn)定度出現(xiàn)降低，永久變形增加。當(dāng)陶粒摻量小于40%時(shí)，試件的高溫穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

b）陶粒瀝青混合料在陶粒摻量增加情況下，其凍融劈裂強(qiáng)度比與殘留穩(wěn)定度均出現(xiàn)了先增大后降低的情況，但變化不大。當(dāng)陶粒的摻入量不大于40%時(shí)，陶粒瀝青混合料的水穩(wěn)定性能較好，且滿足規(guī)范要求。

c）陶粒的摻入對(duì)瀝青混合料的低溫抗裂性能影響不大，當(dāng)陶粒摻量低于60%時(shí)，混合料的低溫抗裂性能有一定提升。

d）工程應(yīng)用實(shí)例表明：瀝青路面在采用陶粒瀝青混合料作為上面層后，在通車4年內(nèi)，未出現(xiàn)車轍、裂縫等路面病害，路面平整度較高，應(yīng)用效果優(yōu)異。