掺废旧玻璃对沥青混凝土路用性能的影响分析

李万英，晏 茂

(1.湖南省常德市公路局上德工程试验检测有限公司，湖南常德 415000;2.湖南省常德市公路局常德大德公路勘察设计有限公司，湖南常德 415000)

0 引言

废玻璃沥青混凝土是指将废旧玻璃作为集料掺入到普通沥青混凝土中，实现废玻璃再利用的有效措施。早在60年代，欧美国家已经开始了对该类技术的研究和应用;其中美国的纽约、新泽西州、旧金山等地区均有相关的试验记录和使用记录。加拿大还将该类技术应用于重载车道，实践证明使用效果良好［1，2］。国内的凌天清、张曙光、陈亮等［3，4］将废旧玻璃用于隧道铺装，提高了隧道铺装的可视度和行车安全性，使用性能良好。随着我国经济的发展，废玻璃的年产量逐年递增，如能更好地将其用到道路工程中，是一项变废为宝的实用技术。本文在参考国内外相关研究成果的基础上，分别分析了6种不同废玻璃掺量对沥青混凝土路用性能的影响，以得出不同交通状况及道路等级下合理的废玻璃掺量，为该类技术的推广提供一定的试验数据和施工依据。

1 试验材料及配合比设计

1.1 沥青及集料

沥青采用SBS改性沥青，集料各项指标均满足规范要求，具体指标见表1、表2。

表1 改性沥青

表2 集料物理性能

1.2 废玻璃

普通的废玻璃极易破碎，同时考虑到现场施工的可行性，一般掺入沥青混合料的废玻璃粒径不宜过粗，一般粒径为4.75mm或者更小。废玻璃的密度为 1.3 ～1.5g/cm3，在高温下具有良好的热稳定性，其热膨胀系数为800×10－6～900 ×10－6cm/℃。该次试验采用的碎玻璃集料为粒径3～5mm的干燥、洁净的碎玻璃颗粒，其筛分结果见表3。

表3 废玻璃筛分结果

1.3 配合比设计

本文采用规范规定的AC－13密实型级配进行试验分析。根据各级粒径筛分试验结果，进行集料的配合比设计，级配设计曲线见图1。在级配设计结果的基础上，采用废玻璃作为集料以不同的比例和碎石掺配，配制成废玻璃沥青混凝土。玻璃集料的替代率分别为集料总量的5%、7%、9%、11%、13%。

图1 AC－13级配设计图

2 废玻璃沥青混合料路用性能分析

2.1 高温稳定性分析

废玻璃的掺量分别为0%、5%、7%、9%、11%、13%，经室内试验成型车辙试件，并按照规范要求进行车辙试验，其试验结果见图2。

图2 车辙试验

结果分析:随着废玻璃掺量的增加，车辙试验动稳定度急剧下降，当废玻璃掺量大于9%时，已经不能满足现行规范(＞2800次/mm)的要求。分析其原因，是由于废玻璃表面光滑，而且没有太明显的菱角性，同时在碾压过程中容易破碎，从而改变了混合料内部的嵌挤结构，使其抗剪能力下降，因此，随着废玻璃掺量的增加，动稳定度出来了急剧的降低，因此，废玻璃掺量不宜大于9%。

2.2 水稳定性分析

废玻璃按照上述的掺量，分别成型马歇尔试件，进行浸水马歇尔和冻融劈裂试验，用于分析废玻璃掺量对其混合料水稳定性能的影响，试验结果见图3、图4。

图3 残留稳定度试验结果

图4 冻融劈裂强度试验结果

结果分析:随着废玻璃掺量的增加，浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比均出现了一定的衰减，当废玻璃掺量大于9%时，已经不能满足现行规范的要求。分析其原因，是由于废玻璃表面光滑，和沥青没有足够强的粘附性，随着废玻璃的掺入，使其混合料内部的骨料间的粘附性降低，因此浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比都有一定的降低，当掺量大于9%时，已经难以满足现行规范的要求。

2.3 低温抗裂性分析

废玻璃按照上述的掺量，分别成型小梁试件，进行低温弯曲试验，用于分析废玻璃掺量对其混合料低温抗裂性能的影响，试验结果见图5。

图5 低温抗裂试验结果

结果分析:随着废玻璃掺量的增加，混合料的破坏劲度模量均出现了一定的降低。分析其原因，是废玻璃的掺入降低了混合料内部的粘结力，使其抗开裂性能出现了一定的衰减。

2.4 反光性能分析

废玻璃沥青混合料的优点是具有良好的反光性，废玻璃掺入集料中，会形成很多小镜面，提高路面的可视度和行车安全性。本文利用照度仪对6种不同掺量的废玻璃沥青混合料的反光性进行了实测，并计算出各组试件反光系数，如图6所示。

图6 反光系数测试结果

结果分析:随着废玻璃掺量的增加，沥青混合料的反光系数也随之增加。分析其原因为废玻璃的掺入，使其混合料表面也分布有部分零星的废玻璃，掺量越多，零星分布在试件表面的废玻璃越多，因此反光系数越强。废玻璃沥青混合料的独特反光特性可以增强实际路面的可视度，降低行车危险性。

2.5 抗滑性能分析

废玻璃按照上述的掺量，分别成型试件，采用摆式仪器进行摩擦系数试验，用于分析废玻璃掺量对其混合料抗滑性能的影响，试验结果见图7。

图7 BPN平均值测试结果

结果分析:随着废玻璃掺量的增加，沥青混合料的摩擦系数也随之降低。分析其原因为废玻璃的掺入，使其混合料表面空隙率变大，同时废玻璃在碾压过程中破碎，使其表面摩擦系数降低，因此参照日本道路公团的施工规范中规定路面交工时BPN值不能小于60～65，废玻璃的掺量不宜大于11%。

3 结论

1)废玻璃的掺入，使其混合料内部嵌挤结构发生一定的改变，因此混合料的动稳定度有所降低，废玻璃掺量不宜过大，建议小于9%为宜。

2)废玻璃的掺入，使得混合料内部的粘附性降低，因此，混合料的水稳定性和低温抗裂性均有所降低。

3)废玻璃的掺入能有效改善混合料的反光性，能提高路面的可视度，提高交通行车安全。

4)废玻璃的掺入，使得混合料表面构造发生了一定的变化，使其摩擦系数有所衰减，废玻璃的掺量不宜大于11%。

［1］Day DE，Schaffer Ｒ． Glashalt Paving Handbook［M］． Jefferson:University of Missouri-Ｒolla，1993．

［2］Kanhdal PS，Koehler WS． The Asphalt Handbook［M］． The Asphalt Institute Manual Series N04，1989．

［3］张曙光.隧道路面的明色铺装技术研究［D］.重庆:重庆交通大学，2010.

［4］陈 亮.高速公路隧道SMA路面明色铺装技术研究［D］.重庆:重庆交通大学，2012.