脫硫灰替代瀝青混合料填料應(yīng)用研究

陳海湘 林嬋華

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福州 350007)

1 引言

目前我國公路多采用瀝青混凝土路面，瀝青混合料中的填料多用礦粉。 礦粉是采用石灰?guī)r或巖漿巖的強(qiáng)基性巖石(堿性巖石)磨細(xì)而成，屬不可再生資源，而且其開采也帶來了能源消耗和環(huán)境污染。在南方地區(qū)，瀝青混凝土路面水損問題突出，為改善礦粉與瀝青之間的粘結(jié)力，往往需要在其在石灰?guī)r粉磨過程中摻入一定比例的消石灰粉，而石灰粉也屬于不可再生資源。

脫硫灰是為減輕排放的廢氣中二氧化硫含量進(jìn)行脫硫技術(shù)而產(chǎn)生的一種工業(yè)廢料，顆粒細(xì)(中粒徑約為10～30μm)，含水率低，主要成分為亞硫酸鈣、硫酸鈣和消石灰等[1]。 目前脫硫灰用于瀝青路面的已有相關(guān)研究相對(duì)較少。 主要有李萃斌等[2]按4%的瀝青用量配置不同配比脫硫灰替代礦粉檢測普通瀝青混合料材料性能指標(biāo)， 結(jié)果表明瀝青混合料馬歇爾高溫穩(wěn)定度試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)均符合瀝青混合料規(guī)范要求， 提出瀝青混合料的填料中脫硫灰與礦粉的最優(yōu)比例為3∶7 的結(jié)論；陳居涌[3]則在以硫酸鈣為主要成分的脫硫灰進(jìn)行理化分析的基礎(chǔ)上，按4.8%和4.3%的油石比，采用不同的試驗(yàn)方法，得出了脫硫灰能夠提高瀝青膠漿的強(qiáng)度，脫硫灰瀝青混凝土的水穩(wěn)定性能、 熱穩(wěn)定性能、 高溫抗車轍性能、 低溫抗裂性能對(duì)比普通石灰石礦粉制備的瀝青混合料均有所提高的結(jié)論。

本文將4.9%瀝青用量配置不同摻量脫硫灰礦粉的瀝青混合料，探討4.9%瀝青用量配置脫硫灰替代礦粉瀝青混合料可行性及合理摻量。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)所選礦粉摻加20%的消石灰， 礦粉的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。 脫硫灰為某鍋爐干法脫硫灰。試驗(yàn)以福建某高速公路瀝青路面AC-16C 的生產(chǎn)配合比為參照，制備五組不同填料的瀝青混合料，進(jìn)行同比例替代試驗(yàn)研究， 以研究脫硫灰替代礦粉的可行性。 這五組瀝青混合料除了填料不同外， 其他條件相同。 五組填料具體情況見表1。

2.2 瀝青混合料AC-16C 配合比

(1)礦質(zhì)混合料的配合比

本次試驗(yàn)采用的集料為玄武巖， 各集料的所有工程性質(zhì)指標(biāo)均符合現(xiàn)行規(guī)范的技術(shù)要求。 礦質(zhì)混合料的配合比見表2。

表1 瀝青混合料填料的類型

表2 礦質(zhì)混合料的配合比

圖1 礦質(zhì)混合料合成級(jí)配曲線

礦質(zhì)混合料的合成級(jí)配見圖1，依《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004) 符合AC-16 瀝青混合料的級(jí)配要求。

(2)瀝青混合料的瀝青最佳用量

本試驗(yàn)采用SBS 改性瀝青，本次瀝青混合料的瀝青最佳用量為4.9%，經(jīng)檢驗(yàn)瀝青的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均符合現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定要求。

2.3 瀝青混合料試驗(yàn)比對(duì)項(xiàng)目

為了檢驗(yàn)脫硫灰替代礦粉對(duì)瀝青混合料性能的影響， 本次主要驗(yàn)證了瀝青混合料的水穩(wěn)性和高溫穩(wěn)定性的相關(guān)指標(biāo)。 詳見表3。

表3 瀝青混合料填料性能檢測項(xiàng)目

2.4 試驗(yàn)試件制備

按照 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20 T0702-2011)要求制備相應(yīng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試塊。 瀝青加熱溫度165℃，集料加熱溫度185℃，瀝青混合料拌和溫度控制在175℃左右。 現(xiàn)場圖片見圖2～4。

2.5 瀝青混合料AC-16 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

依照我國現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)對(duì)AC-16 的技術(shù)要求見表4。

圖2 瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)試塊

圖3 車轍試驗(yàn)試塊

圖4 馬歇爾試塊恒溫水浴

表4 AC-16 密級(jí)配熱拌瀝青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3 瀝青混合料性能試驗(yàn)檢測結(jié)果及分析

3.1 馬歇爾試驗(yàn)及浸水馬歇爾試驗(yàn)比對(duì)

根據(jù) 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20 T0702-2011)，對(duì)五組不同填料瀝青混合料進(jìn)行高溫穩(wěn)定性馬歇爾度試驗(yàn)及浸水馬歇爾試驗(yàn)， 試驗(yàn)結(jié)果見圖5～8，所有數(shù)據(jù)均滿足瀝青混合料AC-16 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：穩(wěn)定度超過8KN，流值在1.5～4 之間(見表4)。

從圖形曲線走勢可以看出，馬歇爾試驗(yàn)中穩(wěn)定度因脫硫灰的摻入有些下降， 但浸水馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度不僅沒有降低反而是增大的，水穩(wěn)定性有所提高，這主要與所用的脫硫灰含有氫氧化鈣， 同時(shí)其副產(chǎn)物常含有一定量具有火山灰膠凝性物質(zhì)有關(guān)。

五組不同填料瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度見表5，可以看出， 五種不同填料的瀝青混合料其殘留穩(wěn)定度均符合規(guī)范要求，但摻脫硫粉復(fù)合填料的殘留穩(wěn)定度更高，本批次脫硫灰摻量30%為最優(yōu)，可至50%。

3.2 凍融劈裂試驗(yàn)比對(duì)

五組不同填料的瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見圖9～10。從表6 試驗(yàn)對(duì)比可以看出，所有指標(biāo)均符合規(guī)范要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)可以看出，當(dāng)脫硫灰摻量不太大的時(shí)候?qū)鋈谂阎笜?biāo)影響性不太大，30%～70%替代摻量對(duì)AC-16 瀝青混合料的凍融劈裂性能影響不大。

圖5 脫硫粉替代對(duì)穩(wěn)定值影響圖

圖6 脫硫粉替代對(duì)流值影響圖

圖7 脫硫粉替代浸水穩(wěn)定值影響圖

圖8 脫硫粉替代浸水流值影響圖

表5 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)表

表6 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)表

圖9 脫硫粉替代凍融前劈拉強(qiáng)度影響圖

圖10 脫硫粉替代凍融后劈拉強(qiáng)度影響圖

3.3 車轍試驗(yàn)比對(duì)

五組不同填料的瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果見表7。 試驗(yàn)結(jié)果顯示所有指標(biāo)均符合規(guī)范要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但全礦粉的指標(biāo)最好，且隨著脫硫灰含量的增加動(dòng)穩(wěn)定度逐次下降，即脫硫灰對(duì)瀝青混合料的車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定性的結(jié)果是削弱的， 這與脫硫灰顆粒跟礦粉相比顆粒粒徑小有關(guān)，故建議可適當(dāng)調(diào)整礦質(zhì)混合料的配合比，以提高穩(wěn)定度。 該批脫硫灰建議摻量不可過大，以30%～50%為佳。

表7 車轍試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)表

4 結(jié)語

原料材性、 瀝青混合料配合比等是影響瀝青混合料性能的重要因素， 因而脫硫灰替代礦粉瀝青混合料需充分考慮含脫硫灰成分，瀝青混合料配比、脫硫灰填料摻量配比等相關(guān)因素。

本文以4.9%瀝青用量的AC-16C 混合料為基準(zhǔn)，制備了30%、50%、70%、100%脫硫粉替代礦粉瀝青混合料填料試件， 與全礦粉AC-16C 瀝青混合料結(jié)果比較可以得出如下結(jié)論：

(1)脫硫灰取代礦粉做瀝青混合料的填料，所驗(yàn)證的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范對(duì)瀝青混合料AC-16C 技術(shù)指標(biāo)要求。

(2)同比試驗(yàn)從車轍試驗(yàn)結(jié)果和凍融劈裂強(qiáng)度指標(biāo)來看， 本次廠家提供的脫硫灰摻入對(duì)二者指標(biāo)有一定的削弱效應(yīng)， 但對(duì)水穩(wěn)性這塊因其含有一定量的氫氧化鈣及副產(chǎn)物常含有一定量具有火山灰膠凝性物質(zhì)， 故有一定加強(qiáng)作用。 該批次脫硫灰摻量建議可30%～50%替代礦粉，同時(shí)建議因脫硫灰顆粒較細(xì)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整礦質(zhì)混合料配合比。

不同企業(yè)處理出來的脫硫灰礦物成分會(huì)因其煙氣來源、脫硫工藝等因素不同而存在差異。 確定合理摻量，需對(duì)不同來源脫硫灰的理化性質(zhì)進(jìn)行細(xì)化分析， 同時(shí)脫硫灰替代填料用于瀝青路面不僅是試驗(yàn)室驗(yàn)證， 更需進(jìn)一步在試驗(yàn)路段驗(yàn)證，以求合理利用。