建筑废料沥青混合料路用性能研究.pdf

作 者 简 介：许 友 青（），男，江 西 高 安 人，本 科 学 历，工 程 师，主 要 从 事 公 路 养 护 工 作。建筑废料沥青混合料路用性能研究许 友 青（宜 春 市 公 路 事 业 发 展 中 心 明 月 山 分 中 心，江 西 宜 春）摘要：文 章 通 过 马 歇 尔 试 验、车 辙 试 验、小 梁 低 温 弯 曲 试 验 以 及 水 稳 定 性 能 试 验 研 究 了 不 同 掺 量下 建 筑 废 料 沥 青 混 合 料 的 路 用 性 能。结 果 表 明，建 筑 废 料 对 沥 青 混 合 料 的 高 温 性 能 提 升 仅 在 低 掺量 时 效 果 较 好。沥 青 混 合 料 的 低 温 弯 曲 试 验 抗 弯 拉 强 度 总 体 呈 下 降 趋 势，并 且 在掺 量 时 降 至最 低 点，建 议 在 夏 季 高 温 时 采 用 建 筑 废 料 掺 量 不 超 过的 沥 青 混 合 料。关 键 词：道 路 工 程；建 筑 废 料；沥 青 混 合 料；路 用 性 能前言随 着 中 国 城 市 化 进 程 与 新 基 建 的 加 速，建 筑 业在 消 耗 大 量 天 然 资 源 的 同 时 也 产 生 了 大 量 的 建 筑垃 圾。中 国 建 筑 垃 圾 的 年 产 量 已 经 超 过亿 吨，占 城 市 生 活 垃 圾 总 量 的。尽 管 建 筑 垃 圾 综合 利 用 率 达 到 了，但 传 统 的 建 筑 垃 圾 处 理 方式，如 运 输 和 填 埋，会 导 致 土 地 资 源 的 浪 费 和 多 次污 染 环 境。中 国 在“十 四 五”时 期 提 出“碳 达 峰、碳中 和”的 目 标 明 确 指 出 建 筑 废 料 再 利 用 是 减 少 碳 排放 的 重 要 途 径 之 一。与 此 同 时，伴 随 着 环 保 要 求 的提 高，道 路 用 砂 石 材 料 价 格 日 益 增 加，公 路 建 设 成本 也 随 之 提 高。因 此，将 建 筑 废 料 用 于 公 路 工 程建 设 中，不 仅 可 以 减 少 建 筑 垃 圾 的 排 放 量，还 可 以降 低 公 路 工 程 的 造 价。诸 多 学 者 尝 试 将 建 筑 废 料 用 于 公 路 工 程 领 域中，并 对 此 展 开 了 大 量 研 究。崔 晋 阳将 废 旧 混 凝土、空 心 砖 废 料 及 水 泥 砂 浆 三 种 废 料 以 不 同 的 比 例掺 配 用 于 一 级 公 路 路 基 拓 宽 改 造 中，结 果 显 示 建 筑废 料 用 于 路 堤 中 具 有 较 好 的 力 学 性 能。段 琰 楠研 究 了 建 筑 废 料 路 基 的 施 工 工 艺，结 果 显 示 由 于 建筑 废 料 的 粒 径 大 小 不 均 匀，需 配 合 液 压 冲 击 镐 对 较大 的 建 筑 废 料 进 行 处 理 才 可 用 于 路 基 填 筑。王奇详 细 研 究 了 建 筑 废 料 用 于 地 铁 车 站 基 坑 回 填，结 果 显 示 建 筑 垃 圾 中 粗 颗 粒 的 压 碎 率 为，远低 于 在 路 面 基 层 中 应 用 的 集 料 的 压 碎 率 指 标 允 许值。齐 琳 等擦 用计 算 了 用 建 筑 废 料 铺筑 水 稳 层 的 厚 度，结 果 显 示 随 着 建 筑 废 料 掺 量 的 增加，水 稳 层 层 底 拉 应 力 会 减 小。综 上 所 述，已 有 研究 对 建 筑 废 料 的 应 用 集 中 在 路 基 回 填 以 及 路 面 基层 的 部 分 替 代 上，但 关 于 建 筑 废 料 在 沥 青 面 层 中 的应 用 较 少。由 于 建 筑 废 料 通 常 来 自 于 不 同 的 建 筑 项 目，其规 格 与 类 型 难 以 统 一。此 外，建 筑 废 料 可 能 存 在 石膏 等 材 料，易 引 起 沥 青 路 面 耐 久 性 下 降。因 此，本文 采 用 颚 式 破 碎 机 处 理 建 筑 废 料 并 过 筛，再 将 其 按不 同 的 比 例 与 石 灰 石 集 料 混 合 制 备 密 级 配 沥 青 混合 料。通 过 马 歇 尔 试 验、车 辙 试 验、小 梁 低 温 弯 曲试 验 以 及 水 稳 定 性 能 试 验 研 究 了 不 同 掺 量 下 建 筑废 料 沥 青 混 合 料 的 路 用 性 能，为 建 筑 废 料 在 沥 青 路面 中 的 推 广 提 供 理 论 依 据。原 材 料 与 试 验 方 法原 材 料试 验 建 筑 废 料 来 自 宜 春 某 建 筑 工 地，其 中 混 凝土 与 砖 块 占 比以 上，采 用 颚 式 破 碎 机 对 材 料 进行 破 碎，将 破 碎 后 的 集 料 进 行 筛 分。天 然 集 料 选 用宜 春 某 石 料 厂 生 产 的 石 灰 岩 碎 石，填 料 同 样 采 用 石灰 岩 矿 粉。粗 集 料 与 细 集 料 技 术 性 能 对 比 如 表所 示，矿 粉 性 能 见 表。由 表可 知，建 筑 废 料 的 吸水 率 显 著 提 高，这 是 由 于 建 筑 废 料 中 的 砖 块 与 混 凝土 的 孔 状 结 构 更 多，因 此 本 研 究 中 的 集 料 采 用 建 筑废 料 与 石 灰 岩 碎 石 共 混，其 中 建 筑 废 料 分 别 占 总 集料 质 量 比 为、与。号 基 质 沥青 来 自 广 东 佛 山 某 沥 青 厂，技 术 性 能 如 表所 示。表集 料 技 术 性 能 对 比性 能石 灰 岩 碎 石 建 筑 废 料粗 集 料洛 杉 矶 磨 耗 值（）吸 水 率（）压 碎 值（）毛 体 积 相 对 密 度（）表 观 相 对 密 度（）细 集 料毛 体 积 相 对 密 度（）表 观 相 对 密 度（）吸 水 率（）表填 料 技 术 性 能性 能石 灰 岩表 观 密 度（）通 过 百 分 率（）表沥 青 技 术 性 能项 目技 术 要 求结 果 方 法针 入 度（，）软 化 点（）延 度（，）闪 点（）相 对 密 度（）试 验 方 法 沥 青 混 合 料 的 制 备按 照 标 准 马 歇 尔 试 验 设 计 方 法 设 计 了 级 配 为 的 沥 青 混 合 料，的 级 配 如 表所示，并 分 别 采 用 击 实 法 与 轮 碾 法 成 形 了 试 验 所 用 的沥 青 混 合 料 试 件。表 级 配粒 径（）通 过 率 沥 青 混 合 料 试 验参 照 公 路 工 程 沥 青 及 沥 青 混 合 料 试 验 规 程 中、与分 别 进 行 沥 青 混合 料 试 件 的 马 歇 尔 稳 定 度 试 验、车 辙 试 验、低 温 弯曲 试 验 以 及 冻 融 劈 裂 试 验。试 验 结 果 与 分 析马 歇 尔 设 计 参 数由 表可 知 随 着 建 筑 废 料 掺 量 增 加，最 佳 沥 青用 量 也 随 着 增 大，这 意 味 着 需 控 制 建 筑 废 料 在 沥 青混 合 料 中 的 用 量 以 保 持 良 好 的 经 济 性。在 最 佳 沥青 用 量 下 测 试 的 马 歇 尔 稳 定 度 与 流 值 如 图与 图所 示，由 图 可 知 马 歇 尔 稳 定 度 随 着 建 筑 废 料 掺 量 的增 加 呈 先 增 大 后 减 小 的 趋 势，且 在掺 量 时 达 到最 大 值，而 流 值 则 出 现 不 断 增 大 的 趋 势。这 是 由 于沥 青 混 合 料 中 的 建 筑 废 料 掺 量 较 小 时，建 筑 废 料 良好 的 力 学 性 能 可 提 高 沥 青 混 合 料 的 抗 压 性 能。随着 掺 量 进 一 步 增 大，建 筑 废 料 可 能 会 导 致 沥 青 与 颗粒 之 间 的 黏 附 力 下 降，进 而 稳 定 度 下 降。流 值 的 增大 与 最 佳 沥 青 用 量 的 增 大 呈 正 相 关。表最 佳 沥 青 用 量建 筑 废 料 占 比（）最 佳 沥 青 用 量（）010203040建筑废料掺量（%）1086420马歇尔稳定度（kN）图最 佳 沥 青 用 量 下 马 歇 尔 稳 定 度010203040建筑废料掺量（%）420流值（mm）图最 佳 沥 青 用 量 下 流 值车 辙 试 验 结 果 分 析沥 青 混 合 料 车 辙 试 验 结 果 可 有 效 反 应 沥 青 混合 料 在 夏 季 高 温 时 受 车 辆 荷 载 作 用 时 材 料 抵 抗 水平 剪 切 能 力。由 图可 知 随 着 建 筑 废 料 掺 量 的 增加，沥 青 混 合 料 的 动 稳 定 度 先 增 加 后 减 小。且 在时 存 在 最 大 值 为次，在时 动 稳定 度 下 降 至次。这 表 明 建 筑 废 料 对 沥 青混 合 料 的 高 温 性 能 提 升 仅 在 低 掺 量 时 效 果 较 好。010203040建筑废料掺量（%）2000150010005000动稳定度（次/mm）图沥 青 混 合 料 动 稳 定 度 随 建 筑 废 料 掺 量 的 变 化低 温 弯 曲 试 验 结 果 分 析低 温 弯 曲 试 验 采 用 的 梁 试 样 在 试 验 温 度 下 以 加 载 速 率 对 小 梁 施 加 竖 向 力，所 得 数 据 如 图与 图所示。抗 弯 拉 强 度 是 指 沥 青 混 合 料 在 低 温 下 承 受 弯曲 应 力 时 的 抵 抗 能 力，抗 弯 拉 强 度 值 越 大，表 明 混合 料 在 低 温 下 具 有 更 好 的 抵 抗 弯 曲 变 形 和 开 裂 的能 力。由 图可 知，沥 青 混 合 料 的 抗 弯 拉 强 度 总 体呈 下 降 趋 势，当 建 筑 废 料 占 比 达 到时，抗 弯 拉强 度 降 至，较 掺 量 为时 下 降 了 约。这 是 因 为 建 筑 废 料 的 掺 入 会 导 致 沥 青 混合 料 的 力 学 性 能 下 降，建 筑 废 料 中 的 空 隙 率 较 高，容 易 导 致 沥 青 混 合 料 内 部 的 孔 隙 率 增 加，从 而 影 响混 合 料 的 抗 弯 强 度。梁 底 最 大 弯 拉 应 变 表 征 了 混合 料 在 低 温 下 的 变 形 能 力，由 图可 知，沥 青 混 合料 最 大 弯 拉 应 变 随 着 建 筑 废 料 掺 量 增 大，呈 现 先 快速 下 降 再 缓 慢 下 降 的 趋 势。010203040建筑废料掺量（%）86420抗弯拉强度（MPa）图沥 青 混 合 料 抗 弯 拉 强 度 随 建 筑 废 料 掺 量 的 变 化010203040建筑废料掺量（%）25002000150010005000最大弯拉应变（）图沥 青 混 合 料 最 大 弯 拉 应 变 随 建 筑 废 料 掺 量 的 变 化水 稳 定 性 能 试 验 结 果 分 析冻 融 劈 裂 强 度 比（）反 映 了 沥 青 混 合 料 在 低温 环 境 下 的 稳 定 性 和 抗 冻 融 性 能。通 常 来 说，值 越 大 表 示 沥 青 混 合 料 的 低 温 下 的 水 稳 定 性 越 好。由 图可 知，随 着 建 筑 废 料 掺 量 增 加，沥 青 混 合 料的值 下 降，且 每 增 加的 掺 量，值 就 会下 降 约，且 在掺 量 时值 低 于 规 范 要 求值。因 此，建 筑 废 料 沥 青 混 合 料 在 低 温 地 区 的 掺 量建 议 不 超 过。010203040建筑废料掺量（%）25002000150010005000最大弯拉应变（）图沥 青 混 合 料 冻 融 劈 裂 强 度 比 随 建 筑 废 料 掺 量 的 变 化结语本 文 通 过 研 究 建 筑 废 料 掺 量 对 沥 青 混 合 料 性能 的 影 响，探 究 建 筑 废 料 在 沥 青 混 合 料 中 的 最 佳 掺量，为 相 关 工 程 提 供 技 术 支 持 和 理 论 指 导。该 研 究（下 转 第页）具 有 良 好 的 特 征 提 取 和 分 类 能 力。结 果 表 明，与 和相 比，本 文 所 提 出 的 路 面 裂 缝 识别 方 法 具 有 更 高 的、和，因 此 所 提 出 的方 法 的 分 类 性 能 均 较 好。最 后，在 未 来 的 工 作 中，通 过 采 用 自 适 应 控 制 策 略 对 稀 疏 自 编 码 器 进 行 修改，并 将 采 集 更 多 的 黑 色 沥 青 砼 路 面 图 像 来 验 证 模型 的 精 度，从 而 进 一 步 提 高 路 面 裂 缝 识 别 模 型 的 分类 性 能。参 考 文 献：王 鑫，冯 登 超，李 万 军路 面 裂 缝 检 测 算 法 研 究 与 实 现 北 华 航 天 工 业 学 院 学 报，（）：，：罗 晖，余 俊 英，涂 所 成基 于 深 度 学 习 的 公 路 路 面 病 害 检 测算 法 科 学 技 术 与 工 程，（）：，：，：，（）：张 宁基 于 的 公 路 路 面 病 害 检 测 算 法 的 研 究南 昌：华 东 交 通 大 学，（）：罗 晖，贾 晨，李 健基 于 改 进的 公 路 路 面 病 害 检 测算 法 激 光 与 光 电 子 学 进 展，（）：，（）：，：，（）：李 良 福，孙 瑞 赟复 杂 背 景 下 基 于 图 像 处 理 的 桥 梁 裂 缝 检测 算 法 激 光 与 光 电 子 学 进 展，（）：，（）（上 接 第页）的 意 义 在 于 推 广 和 应 用 建 筑 废 料 资 源，减 少 废 弃 物对 环 境 的 污 染 和 对 资 源 的 浪 费，并 为 绿 色 可 持 续 发展 提 供 了 思 路 和 参 考。主 要 研 究 结 论 如 下 所 示：（）随 着 建 筑 废 料 掺 量 的 增 加，沥 青 混 合 料 的最 佳 沥 青 用 量 也 随 之 增 加，但 需 控 制 建 筑 废 料 在 沥青 混 合 料 中 的 用 量 以 保 持 良 好 的 经 济 性。（）建 筑 废 料 对 沥 青 混 合 料 的 高 温 性 能 提 升 仅在 低 掺 量 时 效 果 较 好。（）随 着 建 筑 废 料 掺 量 的 增 加，沥 青 混 合 料 的低 温 弯 曲 试 验 抗 弯 拉 强 度 总 体 呈 下 降 趋 势，并 且 在掺 量 时 降 至 最 低 点，这 是 因 为 空 隙 率 增 加 导致 的。（）建 筑 废 料 掺 量 的 增 加 将 降 低 沥 青 混 合 料 的冻 融 劈 裂 强 度 比（）值，从 而 降 低 其 水 稳 定 性 能，应 根 据 工 程 需 要 控 制 掺 量。综 合 本 研 究 试 验 结 果，建 议 在 夏 季 高 温 时 采 用建 筑 废 料 掺 量 不 超 过的 沥 青 混 合 料。此 外，建议 之 后 研 究 不 同 种 类 和 来 源 的 建 筑 废 料 对 沥 青 混合 料 性 能 的 影 响 及 建 筑 废 料 的 改 性 后 的 性 能。参 考 文 献：傅 为 忠，潘 玉，王 丹双 碳 背 景 下 中 国 建 筑 垃 圾 资 源 循 环产 业 政 策 量 化 评 价 研 究 基 于指 数 模 型 工 业技 术 经 济，（）：张 钟 升中 国 建 筑 垃 圾 空 间 特 征 及 其 影 响 因 素 研 究 东 北 财 经 大 学，崔 晋 阳路 基 填 筑 用 建 筑 废 料 路 用 性 能 试 验 研 究 黑 龙江 交 通 科 技，（）：段 琰 楠建 筑 废 料 在 路 基 填 筑 施 工 中 的 应 用 四 川 建材，（）：王 奇建 筑 废 料 回 填 地 铁 车 站 基 坑 设 计 与 应 用 研 究 福 建 农 林 大 学，齐 琳，赵 锋，于 海 涛基 于的 水 泥 稳 定 建 筑 废 料 基层 厚 度 研 究 辽 宁 科 技 学 院 学 报，（）：