陶瓷瀝青混合料路用性能試驗研究

萬靠靠，譚其震，吳銘杰，索明浩，林曉霞，龔晨雪

（桂林理工大學 廣西巖土力學與工程重點實驗室，廣西 桂林 541004）

0 引言

瀝青混合料中的粗集料一般采用石灰巖、玄武巖或者輝綠巖，不過石灰巖的磨光值較低，耐磨性能較差，玄武巖和輝綠巖雖然磨光值高，耐磨性能好，可是原材料稀少，而且成本較高[1]。與此同時，我國陶瓷行業每年產生大量的廢瓷磚，其中只有少量被回收利用，其它只是簡單地采取預埋處理，不僅堆積擠占土地，還造成大量的環境污染[2]。如果能將陶瓷廢料代替傳統碎石用于修筑路面，不僅可以節約資源，保護環境，還可以提高路面的耐磨抗滑性能。現以耐磨性能較好的陶瓷集料等體積取代石灰巖集料，采用馬歇爾試驗方法進行陶瓷瀝青混合料的配合比設計，對不同摻量的陶瓷瀝青混合料進行馬歇爾穩定度試驗、車轍試驗、浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗，分析其路用性能。

1 陶瓷材料基本性質

陶瓷是由黏土及石英長石等礦物原料按一定配方配制，經粉碎加工成型，在高溫條件下燒制而成，有施釉和不施釉之分，其主要成分是二氧化硅和硅酸鹽，二氧化硅的含量占65%以上，屬于酸性集料。陶瓷在制備過程中，其組成礦物被攪拌均勻，釉料中的多余空氣基本上被全部排出，結構致密，強度和硬度較高，耐磨耗性能較好[3]。

目前，國內外對廢陶瓷的再利用主要有以下幾個方面[4]：

（1）制作多孔陶瓷透水磚，生產耐火材料，生產仿古建筑瓦，制成再生陶瓷工藝品。

（2）生產水泥，摻入陶瓷廢料后，會使水泥的表面積有所提高，選擇合適的配比，可以生產出強度較高的水泥。

（3）制釉料，將廢陶瓷片加工制成瓷粉，然后加入釉料中，可以提高釉面光澤和亮度，改善瓷磚的防滑效果。

（4）供陶瓷工廠回收再利用，將廢陶瓷球磨至一定粒度范圍，制成穩定性較好、硬度較高的瓷泥，再將這些瓷泥制成瓷磚、衛陶用品，相比普通瓷泥得到的產品，性能更加優越。

可是，眼下對廢陶瓷的再生利用還未形成完整的產業鏈，而且生產工序較為復雜，一些技術還不夠成熟，從而導致大量廢陶瓷仍然得不到有效利用。

如果我們將廢陶瓷代替部分粗骨料用于道路建設中，不僅可以發揮陶瓷集料強度、硬度、耐磨性能好的優點，而且陶瓷再生集料的生產工藝簡單，使用量大，可以有效地緩解筑路材料的短缺現象，解決廢陶瓷帶來的環境污染問題。

2 原材料選擇

2.1 粗集料選擇

試驗所用陶瓷來自梧州市藤縣新中陶公司生產的廢瓷磚。陶瓷廢料經回收處理后，采用錘式破碎機破碎。所得到的陶瓷再生集料主要粒徑為4.75 mm～9.5 mm，石灰巖集料來自桂林當地石料廠，填料為石灰巖礦粉。按照相關試驗規程，對陶瓷再生集料、石灰巖集料的技術指標進行測試，檢測結果如表1所列。

表1 陶瓷再生集料與石灰巖集料技術指標一覽表

從表1可以看出：

（1）陶瓷再生集料相比石灰巖集料，其密度較小，壓碎值較低，洛杉磯磨耗值較小，表明陶瓷這種材料強度、硬度較高，耐磨性能好。

（2）陶瓷集料與瀝青的粘附性較差，主要原因是：陶瓷顆粒表面有一層釉，比較光滑，再加上陶瓷為酸性集料，導致陶瓷集料與瀝青間粘結力較低。

2.2 瀝青結合料選擇

試驗采用SBS聚合物改性瀝青，按照相關試驗規程，對瀝青的技術性能指標進行測定，試驗結果如表2所列。結果顯示瀝青實測值滿足規范要求。考慮到陶瓷集料與瀝青的粘附性較差，參考相關文獻[5，6]，摻加4%的水泥作填料，改善瀝青混合料的水穩定性。

表2 聚合物改性瀝青SBS技術指標一覽表

3 陶瓷瀝青混合料配合比設計

3.1 級配選擇

參考相關文獻[7-8]，該項試驗采用多碎石瀝青混凝土SAC-10型中斷級配，選擇該級配的中值作為設計級配。采用馬歇爾試驗方法進行配合比設計，SAC-10級配曲線見圖1所示。

圖1 SAC-10級配曲線圖

3.2 SAC-10普通瀝青混合料最佳油石比

針對級配為SAC-10的改性瀝青混合料，以油石比4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%分別進行馬歇爾試驗，試驗結果如表3所列，通過作圖計算，得出普通瀝青混合料的最佳油石比為4.9%。

表3 普通瀝青混合料馬歇爾試驗結果一覽表

3.3 陶瓷瀝青混合料最佳油石比

將陶瓷集料按照0%、20%、40%、60%共4種摻量等體積替代設計級配中4.75 mm～9.5 mm的粗集料，并按照規范中的方法，確定不同陶瓷摻量下的最佳油石比。因為集料不同，瀝青用量也會發生變化，需重新確定最佳瀝青用量。以油石比4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%分別進行馬歇爾試驗，計算每種摻量下的最佳油石比，并按照計算出的最佳油石比拌制陶瓷瀝青混合料，確定在最佳油石比下的體積參數和馬歇爾穩定度、流值等。不同陶瓷摻量下的馬歇爾試驗結果如表4所列。

從表4中可以看出：

（1）增加陶瓷的摻量，瀝青混合料的各項物理力學指標均發生了變化，最佳油石比在增大，毛體積密度在減小，空隙率先增大后減小，礦料間隙率在增大，瀝青飽和度變化無明顯規律，穩定度先增大后減小，流值變化無明顯規律。

（2）陶瓷瀝青混合料與普通瀝青混合料相比，當陶瓷摻量為60%時，其毛體積密度減少了6.5%。

表4 不同陶瓷摻量下的馬歇爾試驗結果一覽表

通過試驗表明：陶瓷瀝青混合料是一種穩定度較高的新型輕質瀝青混合料。但受陶瓷性能的影響，陶瓷摻量不宜過多，以免影響混合料的整體性能。

3.4 陶瓷瀝青混合料路用性能

按照相關試驗規程，對不同陶瓷摻量的瀝青混合料進行車轍試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗，評價陶瓷瀝青混合料的高溫穩定性、水穩定性及力學性能，路用性能試驗結果如表5所列。

表5 陶瓷瀝青混合料路用性能試驗結果一覽表

從表5可以看出，普通瀝青混合料的動穩定度為8 508次/mm，浸水殘留穩定度為99.9%，凍融劈裂強度比為96.8%；當陶瓷摻量為60%時，相比普通瀝青混合料，動穩定度下降了42.5%，浸水殘留穩定度下降了9.3%，凍融劈裂強度比下降了6.7%；隨著陶瓷摻量的增加，以上各項指標均出現不同程度的下降，但均遠遠高于規范要求，表明陶瓷瀝青混合料路用性能良好。

4 結 語

通過對陶瓷瀝青混合料的路用性能開展室內試驗研究，主要結論如下：

（1）相比石灰巖集料，陶瓷再生集料壓碎值較低、洛杉磯磨耗值較小，表明陶瓷這種材料強度、硬度較高，耐磨性能好。

（2）陶瓷瀝青混合料的馬歇爾穩定度試驗，高溫穩定性試驗，水穩定性試驗的技術指標均滿足規范要求，表明陶瓷瀝青混合料的路用性能良好。

（3）陶瓷這種材料顏色較淺，導熱系數較小，將其作為骨料制備陶瓷瀝青混合料，可降低瀝青混合料的導熱系數，起到阻熱作用，降低路面結構內部溫度，有效地減少車轍現象的發生，今后可在陶瓷瀝青混合料阻熱降溫方面進行進一步研究。