陶瓷沥青混合料路用性能试验研究

万靠靠，谭其震，吴铭杰，索明浩，林晓霞，龚晨雪

（桂林理工大学 广西岩土力学与工程重点实验室，广西 桂林 541004）

0 引言

沥青混合料中的粗集料一般采用石灰岩、玄武岩或者辉绿岩，不过石灰岩的磨光值较低，耐磨性能较差，玄武岩和辉绿岩虽然磨光值高，耐磨性能好，可是原材料稀少，而且成本较高[1]。与此同时，我国陶瓷行业每年产生大量的废瓷砖，其中只有少量被回收利用，其它只是简单地采取预埋处理，不仅堆积挤占土地，还造成大量的环境污染[2]。如果能将陶瓷废料代替传统碎石用于修筑路面，不仅可以节约资源，保护环境，还可以提高路面的耐磨抗滑性能。现以耐磨性能较好的陶瓷集料等体积取代石灰岩集料，采用马歇尔试验方法进行陶瓷沥青混合料的配合比设计，对不同掺量的陶瓷沥青混合料进行马歇尔稳定度试验、车辙试验、浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验，分析其路用性能。

1 陶瓷材料基本性质

陶瓷是由黏土及石英长石等矿物原料按一定配方配制，经粉碎加工成型，在高温条件下烧制而成，有施釉和不施釉之分，其主要成分是二氧化硅和硅酸盐，二氧化硅的含量占65%以上，属于酸性集料。陶瓷在制备过程中，其组成矿物被搅拌均匀，釉料中的多余空气基本上被全部排出，结构致密，强度和硬度较高，耐磨耗性能较好[3]。

目前，国内外对废陶瓷的再利用主要有以下几个方面[4]：

（1）制作多孔陶瓷透水砖，生产耐火材料，生产仿古建筑瓦，制成再生陶瓷工艺品。

（2）生产水泥，掺入陶瓷废料后，会使水泥的表面积有所提高，选择合适的配比，可以生产出强度较高的水泥。

（3）制釉料，将废陶瓷片加工制成瓷粉，然后加入釉料中，可以提高釉面光泽和亮度，改善瓷砖的防滑效果。

（4）供陶瓷工厂回收再利用，将废陶瓷球磨至一定粒度范围，制成稳定性较好、硬度较高的瓷泥，再将这些瓷泥制成瓷砖、卫陶用品，相比普通瓷泥得到的产品，性能更加优越。

可是，眼下对废陶瓷的再生利用还未形成完整的产业链，而且生产工序较为复杂，一些技术还不够成熟，从而导致大量废陶瓷仍然得不到有效利用。

如果我们将废陶瓷代替部分粗骨料用于道路建设中，不仅可以发挥陶瓷集料强度、硬度、耐磨性能好的优点，而且陶瓷再生集料的生产工艺简单，使用量大，可以有效地缓解筑路材料的短缺现象，解决废陶瓷带来的环境污染问题。

2 原材料选择

2.1 粗集料选择

试验所用陶瓷来自梧州市藤县新中陶公司生产的废瓷砖。陶瓷废料经回收处理后，采用锤式破碎机破碎。所得到的陶瓷再生集料主要粒径为4.75 mm～9.5 mm，石灰岩集料来自桂林当地石料厂，填料为石灰岩矿粉。按照相关试验规程，对陶瓷再生集料、石灰岩集料的技术指标进行测试，检测结果如表1所列。

表1 陶瓷再生集料与石灰岩集料技术指标一览表

从表1可以看出：

（1）陶瓷再生集料相比石灰岩集料，其密度较小，压碎值较低，洛杉矶磨耗值较小，表明陶瓷这种材料强度、硬度较高，耐磨性能好。

（2）陶瓷集料与沥青的粘附性较差，主要原因是：陶瓷颗粒表面有一层釉，比较光滑，再加上陶瓷为酸性集料，导致陶瓷集料与沥青间粘结力较低。

2.2 沥青结合料选择

试验采用SBS聚合物改性沥青，按照相关试验规程，对沥青的技术性能指标进行测定，试验结果如表2所列。结果显示沥青实测值满足规范要求。考虑到陶瓷集料与沥青的粘附性较差，参考相关文献[5，6]，掺加4%的水泥作填料，改善沥青混合料的水稳定性。

表2 聚合物改性沥青SBS技术指标一览表

3 陶瓷沥青混合料配合比设计

3.1 级配选择

参考相关文献[7-8]，该项试验采用多碎石沥青混凝土SAC-10型中断级配，选择该级配的中值作为设计级配。采用马歇尔试验方法进行配合比设计，SAC-10级配曲线见图1所示。

图1 SAC-10级配曲线图

3.2 SAC-10普通沥青混合料最佳油石比

针对级配为SAC-10的改性沥青混合料，以油石比4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%分别进行马歇尔试验，试验结果如表3所列，通过作图计算，得出普通沥青混合料的最佳油石比为4.9%。

表3 普通沥青混合料马歇尔试验结果一览表

3.3 陶瓷沥青混合料最佳油石比

将陶瓷集料按照0%、20%、40%、60%共4种掺量等体积替代设计级配中4.75 mm～9.5 mm的粗集料，并按照规范中的方法，确定不同陶瓷掺量下的最佳油石比。因为集料不同，沥青用量也会发生变化，需重新确定最佳沥青用量。以油石比4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%分别进行马歇尔试验，计算每种掺量下的最佳油石比，并按照计算出的最佳油石比拌制陶瓷沥青混合料，确定在最佳油石比下的体积参数和马歇尔稳定度、流值等。不同陶瓷掺量下的马歇尔试验结果如表4所列。

从表4中可以看出：

（1）增加陶瓷的掺量，沥青混合料的各项物理力学指标均发生了变化，最佳油石比在增大，毛体积密度在减小，空隙率先增大后减小，矿料间隙率在增大，沥青饱和度变化无明显规律，稳定度先增大后减小，流值变化无明显规律。

（2）陶瓷沥青混合料与普通沥青混合料相比，当陶瓷掺量为60%时，其毛体积密度减少了6.5%。

表4 不同陶瓷掺量下的马歇尔试验结果一览表

通过试验表明：陶瓷沥青混合料是一种稳定度较高的新型轻质沥青混合料。但受陶瓷性能的影响，陶瓷掺量不宜过多，以免影响混合料的整体性能。

3.4 陶瓷沥青混合料路用性能

按照相关试验规程，对不同陶瓷掺量的沥青混合料进行车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验，评价陶瓷沥青混合料的高温稳定性、水稳定性及力学性能，路用性能试验结果如表5所列。

表5 陶瓷沥青混合料路用性能试验结果一览表

从表5可以看出，普通沥青混合料的动稳定度为8 508次/mm，浸水残留稳定度为99.9%，冻融劈裂强度比为96.8%；当陶瓷掺量为60%时，相比普通沥青混合料，动稳定度下降了42.5%，浸水残留稳定度下降了9.3%，冻融劈裂强度比下降了6.7%；随着陶瓷掺量的增加，以上各项指标均出现不同程度的下降，但均远远高于规范要求，表明陶瓷沥青混合料路用性能良好。

4 结 语

通过对陶瓷沥青混合料的路用性能开展室内试验研究，主要结论如下：

（1）相比石灰岩集料，陶瓷再生集料压碎值较低、洛杉矶磨耗值较小，表明陶瓷这种材料强度、硬度较高，耐磨性能好。

（2）陶瓷沥青混合料的马歇尔稳定度试验，高温稳定性试验，水稳定性试验的技术指标均满足规范要求，表明陶瓷沥青混合料的路用性能良好。

（3）陶瓷这种材料颜色较浅，导热系数较小，将其作为骨料制备陶瓷沥青混合料，可降低沥青混合料的导热系数，起到阻热作用，降低路面结构内部温度，有效地减少车辙现象的发生，今后可在陶瓷沥青混合料阻热降温方面进行进一步研究。