再生骨料沥青混凝土可行性研究

再生骨料沥青混凝土可行性研究 时间:2011年08月31日来源:本站原创 作者:县交通运输局 陈伟 点击: 74次 在我国，随着经济的高速度发展，城市建设中旧区改建、拆迁频繁，部分陈旧混凝土路面需要改建（如104国道“白改黑”）。自然灾害造成大量废弃混凝土（如汶川大地震中毁坏了大量的房屋、公路，具估计造成30亿吨建筑垃圾）。目前在我国，废弃水泥混凝土绝大部分都未经任何处理，除部分直接用于道路填筑、房屋建筑的基层填筑外。有的堆放在露天，有的填埋在地势低洼的地方，造成严重的环境污染和资源浪费。处理掩埋这么废弃混凝土，不仅需要大量的费用，而且占用农田、污染大气、污染水源、污染土壤，严重影响环境，危害人体健康。水泥混凝土废弃物进行资源化利用，既可以解决环境污染问题，又可以合理利用这些资源并取得一定的经济效益。而目前对于再生混凝土骨料的研究大多用于混凝土骨料上，用于沥青路面的甚少，本文将先对再生骨料的基本技术性质进行试验，看起是否能满足我国现行规范要求。然后按二种取代方法进行马歇尔试验，看其是否能满足沥青路面路用要求。 1．再生骨料技术性质试验 再生骨料由于废旧混凝土在原始浇筑时候采用的石料、配合比等各不相同，差异性较大，所以在骨料的基本性能实验中，选取了三处地点的废旧混凝土，二处为民房拆除，一处城市道路路面破碎。在采集过程中，尽量选择较大块、质量较好、不含砖块、杂质少的废旧混凝土，不选择带有砖块的混凝土块。试验结果见表1。 表1 再生骨料技术性质试验结果 采集地点 粗骨料压碎值 洛杉矶磨耗损失 表观相对密度 针片状颗粒含量 软石含量 沥青粘附性 含泥量 旧房拆除A 24.45% 29.2% 2.712 17.17% 4.15% 4级 4.2% 旧房拆除B 25.15% 30.5% 2.652 16.83% 3.55% 4级 5.2% 道路改造 23.97% 28.17% 2.723 15.39% 3.85% 4级 5.4%                 经过对骨料的技术性质试验，本文采用的再生骨料技术性质满足一般路面沥青混凝土的要求，只在软石含量上不满足高速公路路面的要求，可以认为，经过处理的骨料，可以用于高速公路路面。 2．级配变化及马歇尔试验 在沥青路面中，沥青混合料的拌合是整个工程的关键，而骨料级配直接影响沥青混合料的质量优劣。再生骨料和天然骨料表面不同，再生骨料表面附有水泥、沙浆等杂质，并含有一些易破碎颗粒，在搅拌过程中由于骨料间的相互摩擦、挤压，使这些杂质中较松散的部分从骨料表面脱落、破碎，导致骨料级配变化。本文分析再生骨料由于搅拌引起的级配变化。先将按级配混合的再生骨料加热搅拌，再进行筛分，分析由于搅拌引起的级配变化，然后提出一个改进后的级配。并通过得出的配合比进行沥青混凝土马歇尔试验，分别按比例和按粒径二种方法用天然骨料替代再生骨料进行马歇尔试验，对比其稳定度、流值等数据，分析各种替代方法在对沥青混凝土强度的影响，以及再生骨料能否用于沥青混凝土路面。 2.1级配变化试验 废弃混凝土经鄂式破碎机破碎而成将得到的再生骨料用方孔筛进行粗筛。粗筛分别用孔径16、13.2、4.75、1.18。得到四种再生骨料，目的是模拟实际施工用采用几种不同级配的骨料进行配合比。先把骨料进行配比。一般情况下使试配结果尽量靠近级配范围的中值。然后放入浙江辰鑫小型数控沥青SLHB-II型搅拌机加热至110℃进行搅拌，搅拌时间为10分钟。搅拌完成后待骨料冷却，重新进行筛分，并对比二次筛分结果。 2.1.1骨料初次级配 采用AC-16沥青混凝土设计，经计算，粗分的骨料有较好的离散型，可以配出符合级配要求的混合料。四种骨料的用量分别为12.5%，35.3%，41.3%，10.9%各材料通过率及配合比见表2及图1。 表2 加热搅拌前骨料通过率及配合比 筛孔尺寸 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 骨料1 100 100 38.51 11.01 0.31 0.22 0 0 0 0 0 骨料2 100 100 100 100 23.40 2.615 0.44 0.37 0.31 0.23 0 骨料3 100 100 100 100 100 100 82.00 57.96 37.47 21.74 9.68 骨料4 100 70 30 0 0 0 0 0 0 0 0 规范下限 100 90 80 60 34 20 13 9 7 5 4 规范中值 100 95 86 69 49 34 24.5 17.5 12.5 9.5 6 规范上限 100 100 92 78 64 48 36 26 18 14 8 合成级配 100 96.75 84.70 74 49.61 42.26 34.03 24.07 15.59 9.08 4                         图1 加热搅拌前级配曲线图　 2.1.2加热搅拌后的再生骨料级配 和天然骨料不同，再生骨料表面附有的水泥、沙浆等杂质比较多，在搅拌过程中由于石料间的摩擦，会使得这些杂质脱落，从而引起配合比沥青混合料配合比变化。通过试验，搅拌后的各材料通过率及配合比见表3和图2。 表3 加热搅拌后骨料通过率 筛孔尺寸 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 通过率 100 96.81 85.1 74.59 50.88 43.79 35.95 26.26 17.66 10.94 5.87 规范下限 100 90 80 60 34 20 13 9 7 5 4 规范中值 100 95 86 69 49 34 24.5 17.5 12.5 9.5 6 规范上限 100 100 92 78 64 48 36 26 18 14 8 合成级配 100 96.81 85.9 74.59 50.88 43.79 35.95 26.26 17.66 10.94 5.87                         图2 加热搅拌后级配曲线图 2.1.3级配调整 由试验可得出，搅拌后级配发生变化还是较大的，超出了级配上限，已经不符合AC-16的级配要求，故对于再生骨料配合比设计，和天然骨料不同，要根据骨料再加热搅拌后发生变化的情况进行调整。以下是对造上面实验结果，对骨料配合比调整后的级配，见表4和图3。 表4 调整后的级配 筛孔尺寸 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 骨料1 100 100 38.51 11.01 0.31 0.22 0 0 0 0 0 骨料2 100 100 100 100 23.40 2.62 0.44 0.37 0.31 0.23 0 骨料3 100 100 100 100 100 100 81.99 57.96 37.47 21.73 9.68 骨料4 100 70 30 0 0 0 0 0 0 0 0 规范下限 100 90 80 60 34 20 13 9 7 5 4 规范中值 100 95 86 69 49 34 24.5 17.5 12.5 9.5 6 规范上限 100 100 92 78 64 48 36 26 18 14 8 合成级配 100 96.67 82.35 74 45.63 38.23 30.71 21.73 14.07 8.18 3.61 搅拌后 100 97.12 83.25 75.06 47.50 40.37 33.23 24.43 16.68 10.73 6.13                         图3 调整后的级配曲线 2.2 马歇尔试验 马歇尔试验是确定沥青混合料油石比的试验。其试验过程是对击实的试件在规定的温度和湿度等条件下受压，测定沥青混合料的稳定度和流值等指标，经一系列计算后，分别绘制出油石比与稳定度、流值的关系曲线，最后根据稳定度确定出沥青混合料的最佳油石比。本文分别用天然骨料依次替代不同粒径的再生骨料和按比例替代再生骨料的二种方法，来分析其稳定度、流值等指标。 2.2.1试验原材料及试验方法 沥青采用中国石化“东海牌”AH-70重交通道路石油沥青，其技术指标见表5。 表5 沥青数据表 项目 检测结果 针入度（25°C，100g，5s），1/10mm 70 延度(5cm/min),cm >150 软化点（环球法），°C 47.7 溶解度，% 99.88 蜡含量，% 213 密度（25°C），kg/m3 1030     天然骨料技术性质见表6。 表6 天然骨料技术性质表 粗骨料压碎值 洛杉矶磨耗损失 表观相对密度 针片状颗粒含量 软石含量 10.2% 16.2% 2.76 13% 3%           矿粉为表观相对密度2.786g/cm，亲水系数0.76 试验分六组进行，第一组全部为再生骨料，第二组为孔径4.75以下（细骨料）再生骨料用天然骨料替代，第三组孔径13.2以下再生骨料用天然骨料替代。第四组用天然骨料取代20%的再生骨料，第五组用天然骨料取代50%的再生骨料，第六组用天然骨料取代80%的再生骨料。每一组分别用不同的沥青含量试验平行试验4次。马歇尔试验按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0709试验，按T0702制作试块，击实75次。 2.2.1试验结果 试验结果见表7。 项目 沥青含量 马歇尔稳定度 流值 全再生骨料 7.32 7.65 3.22 4.75以下替代 6.02 8.99 3.1 13.2以下替代 5.9 8.8 3.1 20%替代 6.5 8 2.9 50%替代 6.3 8.5 3.08 80%替代 5.91 8.69 3.05         从试验结果表和图中可看出，再生骨料含量越高，沥青用量越大，说明再生骨料表面粗糙，微小空隙多，消耗了大量的沥青。在流值上，并未因为沥青用量的增大而增加，既虽然消耗的沥青较多，但都参与到了沥青膜的生成中，成为结构沥青，这保证了再生骨料沥青混凝土不会因为高沥青用量而导致抗车辙能力差，高温稳定性低等情况发生。在马歇尔稳定度上，当4.75mm以下再生骨料由天然骨料替代时，其强度已经和天然骨料几乎一样，本文采用的再生骨料并未做过特殊处理，所以再生骨料中的良好的粗骨料可直接作为沥青混凝土骨料。再生骨料中需要进行加工处理的是小粒径骨料。在使用80%天然骨料再生骨料沥青混凝土的稳定度和全天然骨料有较大的差距，并且其沥青含量也依旧较全天然骨料高出很多。按比例取代再生骨料马歇尔稳定度明显低于按粒径取代。说明小粒径再生骨料是影响沥青混凝土质量的关键。故在实际运用中，若加工设备有限，建议去除5mm以下粒径的骨料。 1、目前在我国，若将水泥混凝土路面改造成沥青混凝土路面，通常将水泥混凝土路面板块粉碎后作为沥青路面基层使用。而本试验表明，掺入一定比例天然骨料的再生骨料沥青混凝土马歇尔试验各项指标满足我国沥青路面规范的要求。故再生骨料通过合理的加工方法，不仅可以运用在基层，也可以运用在沥青面层。 2、当用天然骨料替代孔径4.75以下的再生骨料时，其稳定度和天然骨料的沥青混凝土几乎一样，这表明再生骨料中质量较低部分，主要存在于小颗粒中，较大粒径的再生骨料表面能更好的和沥青粘结，从而提高稳定度。所以，在实际运用中，去掉粒径5mm以下的再生骨料，对于提高沥青混凝土质量，有着重要的意义。 4、用天然骨料按比例取代再生骨料，其效果不如按粒径取代好，同上一点，也表明在再生骨料中，细骨料中含的杂质是影响最终沥青混凝土质量的重要原因。在实际施工中，若再生骨料加工能力较低，可以只采用再生骨料中的粗骨料，若再生骨料中加工设备较齐全和先进，去除杂质能力较强，可以添加一部分细骨料。对于再生骨料中0.5mm以下部分，若直接废弃将是一种污染，如何分离出有用部分，再生利用，值得研究。 5、由于再生骨料的表面和天然骨料的不同，再生骨料沥青混凝土的搅拌要求要高于天然骨料沥青混凝土，在实际施工中，应加长搅拌时间，使得形成更好的沥青膜。 6、在沥青混凝土中，沥青用量关系到沥青混凝土的稳定性，在本次实验中，再生骨料沥青混凝土的最佳沥青用量都较高，达到了7%，而搅拌方式和时间对沥青能否形成好的沥青膜有很大的影响。所以是否能通过比普通沥青混凝土更强力有效的搅拌方法，增加搅拌时间，从而减少再生骨料沥青混凝土的最佳沥青用量，提高其路用性能，值得试验和深入研究。