废玻璃对排水沥青混合料路用性能影响研究.pdf
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1、第 4 0卷 , 第 2期 2 0 1 5年 4月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 4 0,No 2 Ap r, 2 0 1 5 废玻璃对排水沥青混合料路用性能影响研究 陈永 志 ( 重庆水利 电力 职业技术学院 , 重庆4 0 2 1 6 0 ) 摘要 先评估玻璃砂 和天然细粒料 的特 性差 异 , 接着 以不 同比例的玻璃 砂来 取代排水 混合料 中细粒料 部 分 , 探讨其在工 程性 质上的表现和影响 。玻璃砂相较 于天然细粒料 , 吸水率低且 比重略小 , 取代排 水混合料 中细粒 料部分时会有较厚的沥青薄膜厚度 , 增加其抗
2、磨耗表现; 但随着添加比例上升, 对于孔隙率及排水能力虽然影响不 大 , 但都有略 为下 降趋势 。表面纹理平滑使得玻璃砂取代越 多 , 稳定度会略微降低 。此外玻 璃多角 的特性 , 提供 混 合料 在抗 拉强度上有较佳表现 。另外从 回弹模量 和流值以及车辙试验得知 , 玻 璃砂会 使得排水混合 料有较 高的变 形量 , 增加其 塑性 , 防止裂缝及龟裂 产生 。抗水侵 害能力方 面 , 在水 侵害初 期添加 玻璃 比例越多 , 剥脱 情形会较 严 重 ; 但随浸水 天数拉 长 , 有无添加玻璃砂 的混 合料的强度损失率 已差异很小 。综合各项试验 评估 , 应用玻璃砂 于排 水混合料中,
3、 建议玻璃砂最适当的取代量为 5 左右。 关键 词】废玻璃砂 ; 排 水沥青混凝 土 ;资源利用;环保 中图分类 号】U 4 1 4 1 文献标 识码 】A 文章编号 1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 2 9 9 - 0 7 Re s e a r c h o f W a s t e Gl as s o n t he Pe r f o r ma nc e o f Dr a i n a g e As ph a l t M i x t u r e CHEN Yo n g z h i ( C h o n g q i n g V o c a t i o n a l a
4、n d T e c h n i c a l C o l l e g e o f H y d r a u l i c a n d E l e c t r i c E n g i n e e ri n g ,C h o n g q i n g 4 0 2 1 6 0,C h i n a ) Ab s t r a c t T h e p u r p o s e o f t h i s s t u d y w a s t O a s s e s s d i ff e r e n c e s i n g l a s s s a n d a n d n a t u r a l e h a r a e t
5、e r i s t i c s o f t he fi ne a g g r e g a t e,t h e n wi t h d i ffe r e nt p r o p o r t i o ns o f g l a s s s a nd t o r e p l a c e d r a i n a g e mi x t u r e o f fin e g r a i n e d ma t e r i a l p a r t ,d i s c us s t h e p e r f o r ma n c e a n d i n f l u e n c e o n e ng i n e e rin
6、 g p r o p e r t i e s Gl a s s s a n d c o m- p a r e d wi t h na t u r a l fin e a g g r e g a t e,b i b u l o u s r a t e i s l o w a n d a s l i g h t l y s ma l l e r p r o p o rti o n, r e p l a c e t h e d r a i n a g e mi x t u r e o f fin e a g g r e g a t e pa rt wi l l h a v e t h i c k e
7、 r a s p h a l t fil m t h i c k ne s s,i n c r e a s e i t s a b r a s i o n r e s i s t a n c e p e rfo rm a n c e;Bu t wi t h t h e a d d i ng p r o p o r t i o n r i s e s,a l t h o u g h l i t t l e i mp a c t o n po r o s i t y a n d d r a i n a g e a b i l i t y,b u t h a s a s l i g h t l y
8、d o wn wa r d t r e nd T he mo r e s mo o t h s u rfa c e t e x t u r e ma k e s g l a s s s a n d t o r e p l a c e,s t a bi l i t y wi l l d e c r e a s e s l i g h t l yBe s i d e s g l a s s mo r e a n g u l a r f e a t u r e s,pr o v i d e t h e mi x t u r e h a s be t t e r p e rfo rm a n c e
9、i n t e n s i l e s t r e n g t h I n a d d i t i o n f r o m t h e mo d u l u s o f r e s i l i e n c e a n d flo w v a l ue s,a n d r ut t i n g t e s t ,g l a s s s a n d wi l l ma k e t h e d r a i n a g e mi x t u r e h a v e h i g h e r d e f o rm a t i o n ,i n c r e a s e i t s p l a s t i c
10、 i t y,t o p r e - v e n t t h e c r a c ks a n d c r a c k Abi l i t y t o r e s i s t wa t e r e n roa c h o n,a t t h e b e g i n ni n g o f t h e wa t e r e n roa c h o n a d d i n g p r o p o rti o n o f g l a s s ,t h e mo r e s t r i pp e d s i t u a t i o n i s mo r e s e r i o u s ;Bu t a l
11、 o n g wi t h t he i mme r s e d d a y s s t r e t c h e d,wi t h o r wi t ho u t a dd i n g g l a s s s a n d mi x t u r e s t r e n g t h l o s s r a t e h a s s ma l l d i f f e r e n c e s Co n s i d e rin g v a r i o u s t e s t e v a l ua t i o n,a p pl i c a t i o n o f g l a s s s a n d i n
12、d r a i n a g e mi x t u r e,s u g g e s t g l a s s s a n d i s t he mo s t a p p r o p r i a t e t o r e p l a c e q u a n t i t y i s a p p r o x i ma t e l y 5 Ke y wo r d s w a s t e g l a s s s a n d ; d r a i n a g e a s p h a l t c o n c r e t e ; r e s o u r c e u t i l i z a t i o n ;e n v
13、 i r o n m e n t a l p r o t e ct i o n 我国每年约有数百万吨的废玻璃未能有效分类 再利用, 而遭弃 置于掩埋场或进入焚化炉 处理。 由 于废玻璃焚化不易熔 成灰烬 , 若进行焚化处理将折 损焚化炉的寿命 , 此外废玻璃无法经 由 自然生物分 收稿 日期 】2 0 1 4 1 0 2 9 、 【 基金项 目重庆市 自然科学基金资助项 目( c s t c 2 0 1 3 a 3 0 0 0 6 ) ; 交通部 西部交通建设项 目( 2 0 1 3 3 1 8 2 2 3 1 0 1 0 ) 【 作者简介 】陈永志( 1 9 8 2 一) , 男 , 重庆人
14、 , 讲师 , 研究方向 :土木工程施工与管理 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 0 公路工程 4 0卷 解 , 对掩埋场而言只是多 占空间。由于高温湿热多 雨地 区, 路面上的水分若不迅速排除而积贮在路面 表面, 会侵害沥青混凝土 , 造成混凝 土黏结性丧失 , 导致行成剥脱 , 进而引起结构性的破坏, 影响路面的 使用年 限。然 而排水 性 沥青混 凝 土拥 有 1 5 一 2 5 的高孔隙率 , 因此能将水分迅速排除, 拥有雨天 抗滑 、 增加行车安全、 降低水花飞溅 、 减少 噪音等优 点。若能将废玻璃应用于排水沥青混凝土路面上 , 可回收大量
15、的废玻璃使得垃圾减量 , 和做到资源有 效再利用等 目标。 1 研究方法 本 研究 计划 主要是 探讨玻 璃砂 和天 然粒 料 的物 理特性与化学特性的差异 , 并使玻璃砂取代排水沥 青混凝土中细粒料部 分的不同 比例 ( 0 、 5 、 1 0 、 l 5 ) , 配合 S B S改性沥青和 0 3 的木质纤维 , 进 行 日本排水配比设计 , 选定最佳沥青含量后 , 接着进 行性能试验 , 探讨其添加废玻璃细砂多少对排水沥 青 混凝 土工 程性 质的影 响 。 2 试 验结果与分析 2 1细粒料基 本性 质 比较 就 外观 而言 , 相对于 天然粒 料 的粗糙 , 玻璃 表面 纹理较为平滑
16、, 颗粒形状而言玻璃砂表面呈棱角形 和半棱角形问游走 ; 而天然粒料形状集中于半 圆形 和半棱角形之间。较佳的颗粒形状对工作度与混合 料压实到达规定 的密度有较佳的表现。表 1 为玻璃 砂 与天 然细粒 料基本 性质 的 比较 。 表 1 玻璃砂 与天然细粒料基本 性质 Ta b l e 4 Ba s i c pr o pe r t i e s o f g l a s s s a n d wi t h n a t u r a l fin e a g g r e g a t e 由试验结果得知玻璃砂 比重较小 , 代表相同重 量之下 , 玻璃砂可 以取代天然细粒料的体积量会 略 微 增 加, 而
17、 高 吸 水 率代 表 着 粒 料 会 吸 收 较 多 沥 青。 , 天然粒料在吸收沥青能力方面较玻璃砂大 出许多 , 表示玻璃砂相对 只须较少量的沥青就可使 混合 料 达到 所需 的沥青 薄膜 厚度 。此 外洁净 的粒 料 在沥青黏结包裹上会有较好的表现。由于废玻璃细 粒料 表 面的孑 L 洞较 天 然 细粒 料 少 , 黏 土 一 般 大小 的 粉末难以附着其 内, 故含沙当量较天然粒料 高出许 多 , 玻璃粒料表 面也较为洁净。玻璃砂的细集料棱 角性值较高于天然细粒料, 粒料 间具有更多的破裂 面并具备更多角的特性 , 以增加混合料问的互制 能力 。 2 2 日本 排 水配 比设计 结果
18、 本研究所设定排水级配的 目标孔隙率为 2 0 。 首先依照废玻璃 细粒料 的不 同取代量 ( 对 总料 0 、 5 、 1 0 、 1 5 ) 下, 分别 以日本排水铺装技术 ( 案) 所使用的最 大公称粒径 1 9 mm作为配 比设 计的基 本级配。并搭配 三组尝试级 配( 8 筛 过筛 率 1 5- I 3 ) ( 8 筛 的粒径为 2 3 6 m m) 以及尝试沥青含量, 得 到 8 过 筛 率 和孔 隙率 的关 系 图 , 如 图 1 ( a ) 所示 , 以此决定 出 目标孔隙率 2 0 下的正式骨材级的 8 筛真正过筛率 , 如图 1 ( b ) 所示。 g 筛通 过率 , 废玻
19、 璃取代 百分 比 ( a )取代 0 下 8 筛过 ( b )不同取代量与 8 筛率与孔隙率 筛过筛率 图 1 取代 O 下 8 筛过筛率与孔隙率 , 以及 不同取代 量 与 8 筛过筛率 Fi g u r e 1 To r e p l a c e 8#s i e v e s i e v e r a t e u n d e r Oa n d p o r o s i t y a n d d i f f e r e nt r e p l a c e q ua n t i t y wi t h 8 s i e v e s i e v e r a t e 结 果表 明 , 在 相 同的 8 过 筛
20、率 之 下 , 玻 璃 砂 取 代量越大 , 其混合料试件的孔隙率也有越小的趋势。 这是由于天然粒料和玻璃砂 比重差异造成了当玻璃 细粒料添加 比例越多, 可填充于混合料 的体积相对 于被取代的天然细粒料会 变大 , 而导致 由粗骨材堆 叠行成的孔隙变小 , 所以唯有级配 自行借 由调降 8 筛过筛率来增加混合料孔 隙率 , 使其最后到达所要 求的目标孔隙率 2 0 。 排水沥青混凝土 的最佳沥青含量是一个范 围 值 。由 于取代 越 多 比例 的 玻璃 砂 , 其 混 合 料 得 到 的 析漏试验值越低, 所以使用玻璃砂取代 1 5 的混合 料试验值来决定其整体沥青含量的上限; 而在没有 添
21、加废玻璃砂时 , 混合料有最高的磨耗试验值 , 所以 使用玻璃砂取代 0 的混合料试验值来决定其整体 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 陈永志 : 废玻璃对排水 沥青混合料路用性能影 响研究 3 0 1 沥青含量的下 限。如图 2所示。本研究为了提升粒 料间的稳定性与路面耐久性 , 故选定整体最佳沥青 含量范围的上限值 5 4 , 做 为整体混 合料的最佳 沥青含量, 并制作马歇尔试件进行工程试验。 、 咖 赡 沥青含量, ( a )取代 1 5 下的 析 漏试 验 沥青含量, ( b )取代 O 下的 C a n t a b r o 磨耗试验 图 2取
22、代 l 5 下 的析漏试 验与取代 0 下 的 C a n t a b r o 磨耗试验 F i g u r e 2 I n s t e a d o f t h e 1 5 u n d e r t h e a n a l y s i s o f l e a k t e s t a n d t o r e p l a c e 0o f Ca n t a b r o a b r a s i o n t e s t 2 3孔 隙率 与透 水试 验 结果分 析 由 图 3 ( a ) 可看 出 :随着 玻 璃砂 添加 量 的增 加 , 其排水混合料孔隙率与连续孔隙率有略为下降的趋 势 。研判主要原因为
23、为在进行工程性质所选定的最 佳沥青含量 , 与进行配 比设计 时的尝试沥青含量有 一 略微沥青增加用量。就整体混合料而言 , 由于添 加玻璃砂的比例增加会让混合料整体的吸油量, 相 对于没有添加玻璃时变少 , 而使得沥青薄膜厚度会 增加 , 进而影响到孔隙率的下降, 所 以孔隙率并非是 固定的 目标孔隙率 2 0 。就透水试验 的结果 , 如图 3 ( b ) 所示 。当玻璃砂取代量上升时 , 透水 系数会略 微下降。其原因在于前小节所提到的不同粒料问吸 水率差异使得当玻璃砂取代量增加时会使混合料的 连续孔隙率下降, 而连续孔隙率是直接影响到排水 2 2 1 8 、 JIj L 鬣 l 4 l
24、 0 日全孔 隙率 O 5 1 0 l 5 废玻璃细粒料取代率 , ( a )不同取 代 比例与 L 隙率 = 、 暑 、 辍 废 玻璃 细 粒 料取 代 量 , ( b )不同取代比例与 透 水系数 图 3不同取代 比例与孔 隙率 以及与透水 系数 F i g u r e 3 Di f f e r e n t s ub s t i t u t i o n r a t i o a nd po r o s i t y a n d d i f f e r e n t s ub s t i t u t i o n r at i o a nd pe r me a b l e c o e f fici
25、e n t 级配本身排水能力 , 以致透水系数会随着废玻璃 添加量上升而会有下降的趋势。 2 4沥青薄膜厚度分析 影响沥青薄膜厚度的因子 , 主要为沥青添加量 和粒料 的直径与其吸收性能力。根据沥青薄膜厚度 的经验公式计算 出沥青薄膜厚度结果如表 2所示 , 得知废玻璃细粒料添加越多, 就混合料而言原本可 以吸收 的沥青量会变少, 而导致混合料有效沥青体 积增加 ; 所以当玻璃砂添加量上升的同时, 沥青薄膜 厚度也随之变厚 。此结果与孔隙率及及透水试验结 果 呼应 。 表 2 不同添加玻璃砂 比例的薄膜厚度分析 Ta b l e 2 Di ffe r e n t a d d i n g g l
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- 玻璃 排水 沥青 混合 料路用 性能 影响 研究
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