强化处理再生骨料沥青混合料性能研究

吴 春，谢忠杰

（1.湖南中大检测技术集团有限公司，湖南 长沙 410205; 2.湖南省公路事务中心, 湖南 长沙 410011）

引言

大量的城市建筑固体废弃物填埋不仅占用大量土地资源，同时还会给自然环境带来一定危害。因此，如何有效循环利用建筑废弃物是人类面临的重要课题。一些研究人员已经将废弃混凝土粉碎工艺应用于混凝土中的再生骨料。A.H. Aljassar[1]等人通过马歇尔试验、高温性能和水稳定性试验研究表明再生骨料制备的沥青混合料的各个指标均能够满足当地的规范要求。Rubio[2]等利用装饰后的废料制成沥青混合物，通过试验发现制备的混合料的性能和相关技术规范要求差不多，而且它的路用性能也跟规范一致。Julian等[3]利用再生骨料取代天然集料进行沥青混合料的制备，并对其路用性能进行测试。结果显示，在交通量较小的时候，天然骨料的75%都可以用再生骨料进行替代，而且再生骨料掺量越大其沥青混合料的动态模量、弹性模量和冻融劈裂抗拉强度比会越低。王知乐[4]试验研究发现，再生骨料沥青混合料能够满足其路用要求。孙艺涵等[5]人试验研究了汶川地震废弃物制作的沥青混合料，证明了沥青混合料的浸水残留马歇尔稳定度MS0、冻融劈裂抗拉强度比TSR、动稳定度DS等性能均能满足我国规范要求。程海丽[6]采用化学强化方法配制浓度为 3%的水玻璃溶液，再生粗骨料浸泡在此溶液一小时后配制的再生骨料沥青混合料，其抗压强度可得到大幅提高。胡力群[7]等将废弃黏土砖以不同比例替代天然碎石配制水泥稳定基层，建议混合料中废砖块粗集料和细集料的替代率分别不超过70%和90%。目前国内对水泥混凝土再生骨料的研究取得了一些进展，但对再生骨料沥青混合料的研究较少。因此开展再生骨料应用于沥青路面的研究具有较高的工程实用价值和环保意义。考虑到再生骨料吸水率与强度有一定差异，选取三种强化剂强化再生骨料，并研究了强化再生骨料的沥青混合料的路用性能。

1 再生粗骨料

采用废弃混凝土再生骨料为水泥路面经过破碎以后获得的具有一定粒形和级配结构的再生骨料。再生骨料和天然集料的基本性能结果见表1。

表1 再生骨料和天然骨料性能对比

从再生粗骨料和天然粗骨料试验结果对比分析得出：（1）再生骨料的密度较小，与天然骨料相比差异不大，吸水率远远高于天然骨料。原因可能是硬化的水泥砂浆具有较高的吸水率和孔隙率，并且粒径越小则水泥砂浆含量越高。（2）从表1可知，再生骨料的压碎值和洛杉矶磨耗值均比天然骨料大，但是也都满足《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）的要求，只是力学强度稍差。（3）再生骨料与沥青的黏附性能等级比天然骨料略低，但是也满足JTG E42-2005要求。

2 再生骨料的强化处理

为了研究不同强化方法的强化效果，分别采用配置好的浓度为5%的硅酸钠溶液、改性乳化沥青∶水=1∶2的乳化沥青（质量比）、原浓度的甲基硅酸钠溶液对再生骨料进行完全浸泡处理，浸泡时间分别为1 min、20 min和80 min，之后测定再生骨料的吸水率。三种强化剂处理过后的吸水率见表2。

表2 三种强化剂处理过后的吸水率（vv）

从表2结果可以看出：（1）在相同的浸泡时间条件下，硅酸钠溶液作用下，吸水率最大值达到了4.12%，远大于规范要求的不大于2%。（2）改性乳化沥青溶液浸泡下的再生骨料的吸水率下降的趋势不明显，到80 min后并没有达到规范要求的不大于2%。（3）甲基硅酸钠作用下的再生骨料的吸水率，到浸泡80 min时，同比下降了44.8%和44.1%；效果显著且满足了规范要求的不大于2%。说明了甲基硅酸钠溶液浸泡80 min 后再生骨料的吸水率能满足规范要求。

3 再生骨料沥青混合料配合比设计

3.1 级配分析

采用马歇尔试验设计法进行配合比设计，矿质混合料中包含再生粗骨料，天然细骨料，石屑和矿粉。沥青为70号基质沥青，再生粗骨料选取粒径范围为5～10 mm和10～20 mm全替换相应粒径的天然粗骨料，粒径范围0～5 mm的采用天然细骨料，合成级配结果见表3。

表3 再生骨料AC-20C的矿料级配

3.2 最佳油石比

强化处理前后的沥青混合料的马歇尔试验各项指标见表4～表5。

表4 未处理再生骨料AC-20C不同油石比马歇尔试验结果

表5 处理组再生骨料AC-20C不同油石比马歇尔试验结果

根据表4、表5试验结果可以看出，未经处理组沥青混合料的最佳油石比为4.8%，经甲基硅酸钠处理组的最佳油石比为4.25%，且各项指标均满足技术要求。

4 再生骨料沥青混合料路用性能

4.1 高温性能

采用车辙试验来评价再生粗骨料沥青混合料的高温性能。在最佳油石比条件下，未处理再生粗骨料AC-20C沥青混合料和甲基硅酸钠处理过的再生粗骨料AC-20C沥青混合料的车辙试验动稳定度DS结果见图1。

图1 动稳定度DS结果对比

通过车辙试验可以看出，未处理再生骨料沥青混合料的动稳定度只有1 105次/毫米，只能勉强满足JTG F40-2004的要求，而经过甲基硅酸钠处理后动稳定度达到了3 500次/毫米，有很大程度的提高，并且明显要高于未处理的再生骨料沥青混合料，还远大于规范要求的（≥1 000次/毫米）。

4.2 水稳性能

采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价再生骨料沥青混合料的水稳定性能，见图2、图3。

图2 甲基硅酸钠处理前后浸水残留稳定度MS0对比

图3 甲基硅酸钠处理前后冻融劈裂强度比TSR对比

由试验结果可知，未经过处理再生骨料混合料MS0只有70.08%，未能满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中不小于80%要求。经过甲基硅酸钠处理过的再生骨料混合料比较完整，剥落较少，且MS0为76.36%，比未处理组提高了9%，但也没能达到规范要求。未经过处理再生骨料沥青混合料TSR为60.81%，未能满足JTG F40-2004要求的75%，同时在长时间浸水过程中，有的试件出现了沥青胶浆脱落，甚至骨料剥落现象。经过甲基硅酸钠处理过的再生骨料沥青混合料TSR为68.4%，比前者提高了12%，而且试件比较完整，剥落较少，但是相对于单纯浸水试件剥落的量较多，尽管TSR高于前者，但没达到JTG F40-2004要求。

4.3 低温性能

采用间接拉伸试验即低温劈裂试验评价再生骨料沥青混合料的低温抗裂性能。由图4可知，经由甲基硅酸钠处理后的再生骨料沥青混合料的RT未处理组的2.21 MPa提高到了2.43 MPa，提高了10%，低温性能有所改善。

图4 甲基硅酸钠处理前后劈裂抗拉强度RT对比

5 结语

（1）再生混凝土骨料与天然骨料性能类似，可以替代天然骨料用于沥青混合料。（2）再生骨料采用甲基硅酸钠溶液对其浸泡，80 min后，骨料吸水率下降明显，能满足规范要求用于沥青混合料。（3）未经处理的再生骨料的沥青混合料的动稳定度低，水稳性能较差。经甲基硅酸钠处理后的再生骨料沥青混合料的动稳定度和水稳性有较大提高。