不同粒径级配的废玻璃沥青混合料性能的试验研究

摘要：对不同粒径级配的废玻璃掺量对沥青混合料的性能影响进行了试验研究，分析比较其相对密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、马歇尔稳定度及流值。结果表明，玻璃集料的级配对沥青混合料的性能具有较大影响，随其粒径的增大，玻璃沥青混合料的空隙率、矿料间隙率、流值趋于减小，而沥青饱和度、残留稳定度则不断增大；当玻璃粒径达到4.75mm档时，稳定度达到最大值，而其余各值仍在规范要求范围之内。

关键词：废玻璃；粒径级配；沥青混合用性能；

Experimental Investigation on Asphalt Mixture Properties with Waste Glass of Different Particle Size and Gradation

Li Feng1

（ 1. University of South China， Hunan Hengyang 421001）

Abstract：Accord with the tests on asphalt mixture properties with waste glass of different particle size and gradation， characteristic parameters such as relative density， voidage， voids， saturation， Marshall stability as well as flow value were analyzed and compared. It turned out that graded glass had an important effect on asphalt properties， i.e.， voidage， voids， flow value decreased while saturation and stability increased as size increasing. When the size equaled to about 4.75mm， stability values reached maximum ones， but other parameters remained to the code required scope.

Key words： waste glass； particle size and gradation； properties of asphalt mixture

引言

基于可持续发展和绿色发展理念的不断深入，对生产生活中废玻璃的回收与利用引起各国政府与科研学者的高度关注，成为业界的研究重点和焦点。欧美发达国家于上世纪九十年代开展相关研究和实践，并取得一定的阶段性成果[1]。随着我国经济总量和人民生活水平的提高，废玻璃的排放量高达亿吨之上，并呈逐年增加的趋势[2]。实现废玻璃的再利用，对我国的产业结构调整、节能降耗、环境保护等方面具有重要的经济效益和社会效益。

玻璃由二氧化硅、 碳酸钠、铝、硼硅、石英等所组成，主要化学成分为SiO2、CaO、Na2O、Al2O3，具有优粒形、低透水性、耐腐蚀性的特点。废玻璃经破碎筛选后具有与河砂接近的物理性能，且密度与砂相近，可以以一定比例代替骨料[3]，同时其反光性为桥隧路面的照明提供了思路。目前废玻璃沥青混凝土在美国、日本和台湾地区得到广泛应用，认为其路用性能并不亚于普通沥青路面，尤其是夜间的反光使其具有良好的景观效果[4]。

1.试验材料及内容

1.1原材料

采用重交通70#基质沥青，矿质混合料为由公称粒径为5～10 mm的辉绿岩、0～3mm的玄武岩及其矿粉组成；玻璃砂由废玻璃瓶经球磨机打碎、磨细、筛分而得。本试验中在得到矿料配比后使用马歇尔试验法来确定最佳油石比，按照经验系数以5%为试验中值，以0.5%作为间隔变化，分别选取4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0% 这五个沥青用量进行试验，测定其物理和力学指标。根据试验结果和工程实际经验，最终确定最佳沥青用量OAC=4.9%。

1.2试验内容

试验使用10%的玻璃掺量，按照标准方孔筛孔径分为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm-0.15mm、4.75mm-0.15mm同比例取代分为5组，并以普通沥青混合料为对照。按照规定方法制作马歇尔试件并予以测试[5]，之后计算有关参数。

2.试验结果分析

2.1物理指标测试结果

具体物理参数试验结果见表1及图1-图3所示。

根据图1可以发现，较对照组相比，玻璃沥青混合料的空隙率相对减小；相比于同比例取代，各组沥青混合料的空隙率在改变玻璃集料的颗粒级配后亦发生明显的变化，并随着玻璃集料粒径的减小而不断增大。由图2可知，玻璃沥青混合料矿料间隙率的变化趋势及特征与空隙率相似。玻璃颗粒级配的变化，导致其沥青混合料的的物理指标随之改变，并且随着粒径的增大，沥青混合料的结构趋于致密，使结构性和整体性变得更好，因此在由图3混合料的沥青饱和度与玻璃粒径基本呈正相关的上升曲线。同时，玻璃集料对沥青的捕获能力较传统集料要差，即沥青含量相同时，玻璃沥青混合料的沥青饱和度将大于普通沥青混合料。

2.2马歇尔稳定度和流值测试结果

马歇尔稳定度和流值测试结果见表2及图4-图6所示。

分析由表2和图4.1、4.2可知，随着玻璃集料粒径的变小，使用玻璃集料取代传统玄武岩集料后，玻璃沥青混合料的马歇尔稳定度普遍呈整体下降的趋势，其中在粒径达到0.6-0.15mm档时稍有回升，而4.75mm档的玻璃沥青混合料的马歇尔稳定度反而高于普通沥青混合料，与台湾的相关研究结论类似[6]。前者是因为玻璃对沥青的粘附性不如传统集料，后者是由于减小到一定程度的玻璃集料粒增大其比表面积及其与沥青的结合程度，而4.75mm档的峰值稳定度则是由玻璃具有一定的摩擦角所产生的嵌挤作用形成。图5.1、5.2说明玻璃沥青混合料的流值普遍高于对照组，且随着粒径的减小其流值不断增大，但其增值的趋势越来越小。因此相比而言允许粒径范围之内，使用玻璃集料在取代粗集料的效果更优于取代细集料。

由图6.1、6.2可得，玻璃沥青混合料的残留稳定度相比于对照组下降比例较大，而相对于不考虑玻璃级配的同比例取代组，则有所上升；同时还可以发现在各取代组中，取代粗集料的残留稳定度要高于取代细集料的各组；此外，类似于稳定度，玻璃集料粒径达到0.6-0.15mm组附近时出现回升趋势，并在4.75mm组附近取得一个较大的残留稳定度。

2.2车辙试验

车辙试验结果见表3及图7所示。

根据表3及图7可知，相比于对照组，玻璃集料沥青混合料的动稳定度均有下降，其中不考虑级配的同比例取代组下降最为明显。在调整了掺入玻璃集料的颗粒级配后，各组的动稳定度随着玻璃集料粒径的增大先减小而后增大，当玻璃集料粒径达到4.75mm档时动稳定度较大。同时使用玻璃集料取代粗集料相比于细集料而言拥有更高的动稳定度，其路用性能更优。

3. 结论

（1）玻璃集料的级配对玻璃沥青混合料的各种性能有较大的影响，随其粒径的增大，玻璃沥青混合料的空隙率、矿料间隙率、流值趋于减小，而沥青饱和度则不断增大；

（2）相比于对照组，玻璃沥青混合料的稳定度、残留稳定度及动稳定度均有下降；在调整掺入玻璃集料的颗粒级配后，则随粒径的增大而整体呈普遍减小的趋势，其中在0.6-0.15mm组附近出现回升，并在4.75mm组左右取得峰值；

（3）使用玻璃集料取代粗集料相比于细集料而言拥有更高的稳定度、残留稳定度及动稳定度，获得更优的路用性能。

参考文献：

[1] 路贺伟， 李昆， 黄卫东. 废玻璃沥青混合料性能试验研究[J]. 山西建筑， 2009， 35（28）： 149-150.

[2] 刘光焰， 秦荣， 王晓峰. 废玻璃应用于混凝土的试验研究[J]. 混凝土， 2009， 8： 66-68.

[3] 陈风晨， 李立寒， 杜鹃. 废玻璃沥青混合料性能的试验研究[J]. 建筑材料学报， 2006（2）， 41-46.

[4] 史小丽， 王选仓， 刘昆. 公路隧道反光沥青路面[J]. 长安大学学报（自然科学版）， 2009， 3（29）： 66-68.

[5] 中华人民共和国交通部. 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E20-2011）》[J]. 北京： 人民交通出版社， 2011.

[6] 苏南，陈金狮. 玻璃沥青混凝土之工程特性与应用实例： 第一届铺面工程师生研究成果联合发表会[C]. 台湾： 国立中央大学土木研究所， 2000： 12-26.