周 钏

(重庆水利电力职业技术学院， 重庆 402160)

回收粉与炉渣粉资源化应用于热拌沥青混合料的研究

周 钏

(重庆水利电力职业技术学院， 重庆 402160)

评估矿粉、炉渣粉、水泥以及回收粉尘填充于密级配沥青混凝土的工程性质，结果显示添加炉渣粉取代3%～5%时在马歇尔稳定度、流值、间接抗拉强度及车辙试验等各项工程性质表现中更优于经常利用的矿粉，虽然其性质有略低于水泥，但对于密级配沥青混凝土的铺筑，强度及抗车辙的能力已足以适用；然而添加回收粉尘虽然强度表现较差，但是回收粉尘在取代1%时其效果与矿粉或水泥并无明显的差异，其结果显示炉渣粉及回收粉尘是可用来替代矿粉与水泥，可降低矿粉及水泥的使用率，对于环境资源避免过度开采也能有所帮助。

密级配沥青混凝土、炉渣粉、填充料

1 概述

沥青混凝土填充料最主要是添加水泥或是矿粉，不论是矿粉或水泥来源都必须从自然矿物中开采加工后获得，对于目前资源逐渐匮乏的情况，使用替代的填充料于沥青混凝土是目前积极推广的目标，回收粉尘及炉渣粉都为多余产物再回收利用的填充料，对于解决多余产物堆积问题及减少自然矿物开采都能有效的助益[1-3]。

近年来交通量增加，导致车辙的问题在我国的道路上必须更加重视[4，5]，过往要得到一组抗车辙能力的数据需要经过混合料配比设计、养护等时间，整体的效率较差，若遇上时效性较赶的工程往往会无法完整将数据呈现，所以若能运用胶浆得到的性质特性推估出混合料在抗车辙的性能，进一步可以推估实际路面的情形，未来就可以运用胶浆得到的性质，便可以直接了解大致上路面的状况，以有效的降低实验过程的时间，提升其效率。

2 研究目的

本论文利用回收粉尘及炉渣粉为废弃物回收再利用的材料，可以降低对于环境的影响，此外密级配沥青混凝土为使用最普遍的沥青混凝土，若能将回收粉尘或炉渣粉应用于密级配沥青混凝土中，便可以有效的降低对环境的影响，且不过分影响路面原本性能。本论文的目的在于利用回收粉尘及炉渣粉添加于密级配沥青混凝土中，透过不同填充料种类及比例，比较与常见的水泥或矿粉添充料的差异，寻找较为合适的填充料及取代比例，并透过DSR胶浆试验其胶浆性质，评估是否能够推估其沥青混凝土路面车辙的性能，以有效增加评估车辙性能的效率。

3 研究方法

本研究首先评估矿粉、炉渣粉、水泥以及回收粉尘之间基本物理性质的差异。采用密级配配比设计根据ASTM D3515的规范，选用最大公称粒径为19 mm，按照马歇尔配比设计方法确定最佳沥青含量。添加4种不同填充料(水泥、矿粉、炉渣粉、回收粉尘)，分别采用取代不同比例(1%、3%、5%分别取代底盘石粉)，并先行将填充料与沥青拌合成胶浆，并再制作成马歇尔试件，进行工程性质的探讨，包含马歇尔稳定度、流值、间接抗拉强度、回弹模量、Cantabro磨耗、车辙试验与沥青胶浆试验及分析。

3.1 沥青

本研究采用中海油生产的70号道路石油沥青，其基本物性试验的结果如表1所示。

表1 沥青试验结果Table1 Asphalttestresults针入度/(0．1mm)延度/cm软化点/℃闪点/℃溶解度/%64．9>1005523899．8

3.2 密级配沥青混凝土马歇尔配比设计结果

本研究根据马歇尔配比设计方法，依据沥青黏结料以及骨材的物理性质结果，绘制成图表后，决定出最佳沥青含量以及骨材级配，本研究最佳沥青含量采用5.12%，如表2所示。

表2 马歇尔配比设计试验结果Table2 Marshallproportioningdesigntestresults最佳沥青含量/%稳定度/kN流值/mmVMA/%VFA/%TSR/%5．1213．462．2914．826691

4 试验结果与讨论

4.1 马歇尔稳定度试验结果

马歇尔稳定度的试验，从ANOVA分析中得知，p-Value值小于显著水平0.05，说明炉渣粉及回收粉尘与矿粉、水泥的稳定度有显著的差异。从图1可看出: 无论是取代不同的填充料，其稳定度满足规范8 kN的要求，其中可发现使用炉渣粉取代相较于矿粉有良好的表现，但回收粉尘的稳定度却较差。

图1 各填充料全取代的马歇尔稳定度Figure 1 Filling material to replace all the marshall stability

图2中发现随着取代的比例提高，除了回收粉尘的外稳定度都有上升的趋势，回收粉尘反而随取代比例提升，稳定度下降，推测炉渣粉颗粒较矿粉粒径小，比较接近水泥的粒径所以对于沥青黏结的效果较好，回收粉尘虽然粒径也小于矿粉，但稳定度却反而较低，甚至随着添加比例增加而有下降的趋势，推测因为回收粉尘是回收沥青拌合厂在干燥炉中回收的粉尘，沥青拌合厂干燥炉是利用重油产生动能，所以回收的粉尘难免会沾上重油，而沾有重油的填充料会降低沥青与粒料间的黏结力。

图2 各填充料取代不同比例的马歇尔稳定度Figure 2 Filling material instead of different proportion

4.2 马歇尔流值试验结果

马歇尔流值代表沥青混凝土抵抗塑性变形的能力。流值过高是表示容易发生塑性流动，反之流度值过低代表其耐久性较差，沥青混凝土容易造成龟裂的情形，通常马歇尔流值试验会与马歇尔稳定度试验结果相互呼应。

从ANOVA分析中得知，p-Value值小于显著水平0.05，说明炉渣粉以及回收粉尘与矿粉、水泥的流值有显著的差异，再者图3看出:无论是取代不同的填充料，其流值都有在规范2～4 mm之间，其中可以发现取代回收粉尘的流值有明显较差的情形。

图4中发现随着取代的比例提高，除了回收粉尘之外，流值都有下降的趋势，回收粉尘反而随取代比例提升，流度值却上升。

图3 各填充料全取代的马歇尔流值Figure 3 Filling material to replace all of the Marshall

图4 各填充料取代不同比例的马歇尔流值Figure 4 Proportion of different filler to replace marshall flowvalue

4.3 间接抗拉强度试验结果

从ANOVA分析中得知，p-Value值小于显著水平0.05，说明炉渣粉以及回收粉尘与矿粉、水泥的间接抗拉强度值有显著的差异。从图5发现以炉渣粉取代的沥青混凝土试件在间接抗拉强度值表现较为优秀，反之以回收粉尘取代的间接抗拉强度值明显较差。

图6中发现随着取代的比例提高，除了回收粉尘之外间接抗拉强度值都有上升的趋势，回收粉尘反而随取代比例提升，间接抗拉强度值却下降，其中以炉渣粉取代的沥青混凝土在间接抗拉强度表现较水泥好，推测炉渣粉颗粒可能稍微比水泥细，与沥青黏结效果可能较水泥稍佳。

4.4 Cantabro磨耗试验结果

图5 各填充料全取代的间接抗拉强度值Figure 5 Indirect tensile strength value of the filling material

从图7可以发现不论取代不同的填充料Cantabro磨耗值都无明显的差异，并且根据ANOVA分析中得知，p-Value值大于显著水平0.05，表示各种不同的填充料取代下并没有明显的差异存在，推论取代不同的填充料对于Cantabro磨耗值并没有直接的影响关系。

图7 各填充料全取代的Cantabro磨耗值Figure 7 Filling material to replace all cantabro abrasion value

4.5 回弹模量试验结果

从ANOVA分析中得知，p-Value值小于显著水平0.05，说明炉渣粉及回收粉尘与矿粉、水泥的回弹模量值有显著差异，其中可发现以炉渣粉取代的沥青混凝土试件在回弹模量值表现较好(见图8)，反之以回收粉尘取代的回弹模量值有明显较差。

图9中可以发现:随着取代的比例提高，除了回收粉尘之外回弹模量值都有上升的趋势，回收粉尘反而随取代比例提升，回弹模量值却下降，显示出炉渣粉在25°C时回弹模量表现较佳，回收粉尘则表现较为不良。

图8 各填充料全取代的回弹模量值Figure 8 Rebound modulus value of each filler

图9 各填充料取代不同比例的回弹模量值Figure 9 Filling material instead of different proportion ofresilient modulus value

4.6 DSR试验结果

SHRP规范建议采用G*/sinδ模拟沥青黏结料抗车辙指标，其中高G*值，低δ值表示沥青黏结料的劲度高且较具有弹性，即抵抗沥青黏结料发生永久变形能力佳。因G*/sinδ越大表示其抗车辙能力越佳，故可以透过判断公式G*/sinδ，进而跟车辙试验的结果相互映证。从图10、图11可以看出:水泥G*/sinδ较其他各填充料较高，推测水泥在胶浆下与沥青拌合胶结后产生的影响较大。

图10 各填充料全取代的G*/sinδ值Figure 10 G*/sinδ of each filler

图11 各填充料取代不同比例的G*/sinδ值Figure 11 proportion of different filler to replace G*/sinδ

4.7 车辙试验结果

从ANOVA分析中得知，p-Value值都小于显著水平0.05，说明炉渣粉以及回收粉尘与矿粉、水泥在动稳定度上都有显著的差异，其中可以发现以炉渣粉取代的沥青混凝土试件在动稳定度上表现较为优秀，反之以回收粉尘取代的动稳定度明显较差。

图12，图13中发现随着取代的比例提高，除了回收粉尘的外动稳定度都有上升的趋势，回收粉尘反而随取代比例提升而动稳定度下降。

图12 各填充料全取代的动稳定度Figure 12 Different filling material to replace all the dynamicstability

图13 各填充料取代不同比例的动稳定度Figure 13 filling material instead of different proportion ofdynamic stability

5 结论与建议

5.1 结论

① 马歇尔稳定度及流值显示添加炉渣粉，强度确实会比添加矿粉表现较好，回收粉尘部分则是随着比例增加强度下降，但是回收粉尘在取代5%时，强度仍有12.49 kN，依旧符合规范的要求，表示其试件强度仍然足够。

② 间接抗拉强度及回弹模量结果显示添加炉渣粉强度增加十分显著，回收粉尘的强度仍然表现较差，其结果与上述的马歇尔稳定度与流值试验结果可以相互呼应。

③ Cantabro磨耗试验中可以发现添加不同填充料时，其差异并不明显，由此推断添加不同种填充料时对于沥青混凝土磨耗并无显著的影响。

④ 车辙试验结果显示与上述各工程试验结果相互呼应，回收粉尘虽然表现较差不过其动稳定度2 058.80 次/mm，仍有超过规范值1 500 次/mm的要求，依然有一定程度的抗车辙能力。

⑤ DSR胶浆试验中可以看出水泥G*/sinδ数据优于其他各填充料的胶浆，由此可见水泥对于沥青黏结的效果影响较其他填充料提高其沥青混凝土工程性质影响最显著。

⑥ DSR胶浆试验G*/sinδ结果，可以发现与车辙试验的趋势相近，推测在相同的级配条件下，可以透过胶浆的动态分析结果以评估该沥青混凝土试件车辙试验结果。

5.2 建议

① 炉渣粉在各工程性质表现中都合于规范，甚至工程性质更优于常见的矿粉，虽然其性质有略低于水泥，但对于密级配沥青混凝土的铺筑，强度及抗车辙能力已足以适用目前国内各地铺筑使用，建议可以取代3%～5%，除了提升路面本身强度之外，对于自然矿物的开采与废弃物回收再利用也都有正面效益。

② 回收粉尘虽然强度表现较差，但是取代1%时其效果并无明显的差异，建议若能利用回收粉尘取代1%，对于环境仍然有所助益。

③ 本论文研究为取代各种不同填充料，建议可以再将配比更多元化，混合不同种填充料，以其找出更佳的填充料组合。

④ 本论文DSR胶浆试验利用G*及δ数据的影响来推估车辙，建议可以建立数据库，找出回归方程式，让推估车辙试验的准确性提升。

[1] Aanderson,D.A.and Goetz,W.H.“Mechanical Behavior and Reinforcement of Mineral Filler-Asphalt Mixtures”, Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists Vol.42,pp.37-66(2011)

[2] Roberts, F.L., E.Ray Brown, Prithvi S.Kandhal, Dah-Yinn Lee, Thomas W.Kennedy“Hot Mix Asphalt Materials,Mixture Design,and Construction”,NAPA Education Foundation, Laham, Maryland(2013).

[3] Airey, G.D.“Rheological Characteristics of Polymer Modified and Aged Bitumens”, Ph.D. Thesis, Department of Civil Engineering, University of Nottingham, United Kingdom(2013).

[4] Liao, M.C.“Small and Large Strain Rheological and Fatigue Characterisation of Bitumen-Filler Mastics”, Ph.D. Thesis, School of Civil Engineering, University of Nottingham, United Kingdom (2007).

[5] Akhtarhusein A,Tayebali,Glen A,Maipass,and N.paul Khusla,“Effective of Mineral Filler Type and Amount on the Design and Performance of Asphalt Concrete Mixtures”,Transportation Research Board 77thAnnual Meeting January 11-15，Washington,D.C(2013)。

Recycling Powder and Slag Powder Utilization is Applied to the Study of the Hot Mix Asphalt Mixture

ZHOU Chuan

(Chongqing Water Power Vocational Technology College, Chongqing, 402160, China)

This study the evaluation of mineral powder, slag powder and cement and recycling dust filling the engineering properties of dense gradation asphalt concrete, the results showed that adding slag powder instead of 3% to 5% in the Marshall stability, flow value, indirect tensile strength and rutting test in various engineering properties such as performance more superior to frequently use kuangfen, though the nature has slightly lower than that of cement, but for the dense gradation asphalt concrete paving, the strength and ability to resist rutting was enough to apply;While adding recycling dust strength performance is poorer, but recycling dust with mineral powder or cement in replacing 1% when the effect and no obvious difference, the result shows that slag powder and dust recycling is used instead of mineral powder with cement, can reduce the utilization rate of mineral powder and cement, to avoid environmental resources can also help.

asphalt concrete, slag powder, filling material

2015 — 06 — 11

新世纪优秀人才支持计划资助(NCET-14-0276)；江苏交通科技计划进步项目(JS2015EEM011)

周 钏(1982 — )，男，重庆永川人，硕士，研究方向：土木工程，项目管理。

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)06 — 0303 — 05