废旧陶瓷颗粒对彩色乳化沥青混合料性能影响研究

2020-03-24王锐海陈修乐周宇航蒋婷婷任新田

科技风 2020年9期

王锐海陈修乐周宇航蒋婷婷任新田

摘要：废旧陶瓷量与日增多，既污染环境又浪费资源。为提高废旧陶瓷利用率，本研究将废陶瓷经过破碎、筛分制成再生骨料，以不同的掺量取代部分骨料与浅色改性乳化沥青混合配制形成试件，探究不同掺量废旧陶瓷颗粒下的彩色稀浆混合料的性能。结果表明：废旧陶瓷颗粒在4.75mm～0.6mm粒径范围内，在稀浆分层混合料ES2级配范围下取代率为15%时的综合性能最好，进而确定彩色稀浆混合料合理的配合比和最佳油石比。

关键词：浅色改性乳化沥青;废旧陶瓷颗粒;配合比

Study on the effect of waste ceramic particles

on the performance of color emulsified asphalt mixture

Wang RuihaiChen XiuleZhou YuhangJiang TingtingRen Xintian

College of civil engineering，Northwest University for nationalitiesGansuLanzhou730124

Abstract：the quantity and increasing of waste ceramics not only pollute the environment but also waste resources.In order to improve the utilization rate of waste ceramics，the waste ceramics were crushed and screened to make recycled aggregate，and some of them were replaced by different content to mix with light color modified emulsified asphalt to form test pieces，and the performance of color slurry mixture with different content of waste ceramics was explored.The results show that the composite properties of the waste ceramic particles are the best when the replacement ratio is 15% in the range of ES2 gradation and the particle size is 4.75mm ～ 0.6mm，and then the reasonable mixture ratio and the best oil stone ratio of the color slurry mixture are determined.

Key words：light color modified emulsified asphalt;waste ceramic particles;mix proportion

随着环境和可持续发展的需要，再生骨料作为一种绿色环保型建筑材料已经得到了广泛的重视[1，2]。我国是陶瓷大国，全国陶瓷废料的年产量估计在1000万吨以上，但废旧陶瓷再利用率相对较低，导致大量废旧陶瓷资源堆积，既占地又污染环境，因此，若将废陶瓷破碎制备成再生骨料回收利用，不仅可以解决资源问题，而且可以协调环境发展。

现国内外学者对废旧陶瓷制备再生骨料利用的研究主要集中于再生混凝土[3]和道路生态砖方面[4，5]，对再生利用于彩色乳化沥青混合料的报道鲜少。目前，彩色乳化沥青混合料在我国尚处研究应用起步阶段，其彩色乳化沥青混合料路面除了要满足常用沥青的路用功能外[6]，还要考虑其色彩的耐久性，尤其是在紫外线较强以及风沙较严重的西北地区。所以，为解决上述诸多难题，根据我国废旧陶瓷量多的现状，本試验研究将彩色废旧陶瓷颗粒与彩色乳化沥青混合配置成彩色沥青混合料，用于维护或养护路面，不仅降低成本且能够保持路面色彩的持久性，提高路面的抗磨耗性，符合我国节能减排的国策，促进西北地区彩色路面的快速发展，从而达到多赢的模式。

1 原材料及方案设计

彩色废旧陶瓷颗粒乳化沥青混合料的制备是将彩色废旧陶瓷颗粒代替部分矿物骨料与浅色改性乳化沥青、水、填料和添加剂等按照一定的比例在25℃的室温下混合、搅拌均匀而得到的。

1.1 彩色废旧陶瓷颗粒的选择

由于彩色废旧陶瓷破碎后粒径<0.6mm的陶瓷颗粒多为原有的釉面破碎形成的针片状，且釉面比较光滑，对后面替换部分骨料与乳化沥青相混合制备出混合料的各项指标性能影响较大[7]，所以本试验将收集来的彩色废旧陶瓷进行破碎、清洗、烘干后，通过筛析法，首先筛除公粒径≥9mm的颗粒（与后面的规范级配范围有关），筛选出粒径在4.75mm～0.6mm之间的粒径，本试验所采用的废旧陶瓷颗粒技术指标见表1，均满足规范要求[8]。

1.2 浅色改性乳化沥青

本试验采用先改性后乳化的方法制备浅色改性乳化沥青。将树脂A、树脂B、树脂C、SBS、SBR、芳烃油按照一定比例在温度160℃下采用物理共混法，通过高速剪切仪以5000r/min剪切50分钟后制备出浅色改性胶结料，经多组不同原料配合比试验后，最终按油水比为55：45，乳化剂1.5%，溶液呈酸性环境，在温度为150℃下通过胶体磨的作用制备出浅色改性乳化沥青，各项指标如表2，符合规定[8]应用于稀浆封层的改性乳化沥青技术要求。

1.3 集料、填料、颜料、添加剂及水

（1）稀浆封层集料应选择坚硬、粗糙、耐磨、洁净的集料。本试验采用的是本地所产的花岗岩，由于硬度较大，难破碎成细小粒径，所以选用粒径为4.25mm～2.36mm，石灰岩（≤2.36mm），其技术指标见表3。

（2）填料主要选用矿粉（≤0.6mm），且要干燥，疏松;颜料以无机颜料为主，选用氧化铁红，既可以增添稀浆混合料色泽，又可以用作填料使用;

（3）添加剂：可以调节稀浆混合料可拌和时间、破乳速度等的添加剂;

（4）水选用干净的自来水或人类饮用水。

2 混合料级配设计

参照参考文献[8]，初选用ES2型矿料级配。彩色废旧陶瓷颗粒代替部分骨料，取代率为分别为0%、5%、10%、15%、20%，同矿料A、矿料B和矿粉进行矿料配合比设计，合成级配曲线见图1。

3 混合料结果分析

将自制浅色改性乳化沥青、填料、水和外加剂的用量（沥青用量在6.0%～8.0%之间、水的用量一般在6%～11%之间），分别添加不同取代率的废旧陶瓷颗粒混合矿料搅拌均匀，对彩色乳化沥青混合料的各项技术指标进行检测。

3.1 拌和试验和粘聚力试验

用不同取代率的废旧陶瓷颗粒混合矿料同自制浅色改性乳化沥青、填料、水和外加剂的用量（沥青用量在6.0%～8.0%之间、水的用量一般在6%～11%之间）进行拌和试验和粘聚力试验，其试验结果为表5：

从表5可知，相比级配5（陶瓷0%），从级配4到级配1（对应废旧陶瓷掺量5%～20%），可拌和时间整体呈增大趋势，60min的粘结力逐渐下降，但对30min的粘结力并无太大影响。对比级配5（陶瓷0%）可知：

（1）随着废旧陶瓷替换量逐渐增多，混合料可拌和时间逐渐也增大，这是由于所掺废旧陶瓷表面大部分为瓷质材料，吸水率相对较小，拌和时水就相对较多，导致可拌和时间增大，其中陶瓷替换量最大20%使可拌和时间最大提高了10.1%;

（2）因拌和后，试件还比较湿软，乳化沥青与混合料粘结性还比较差，所以在30min后测得各级配混合料的粘结力差别不太大，但在60min后，混合料中水分相对减小，沥青与混合料具有一定粘聚力，但因废旧陶瓷颗粒表面光滑瓷质使得与乳化沥青粘结力减小，且随着其掺量的逐渐增大，粘结力逐渐减小。

3.2 湿轮磨耗WTAT试验

将不同彩色乳化沥青用量、不同的废旧陶瓷取代率制备而成的试件进行1h的磨耗试验，其试验结果如图2所示。

从图2可，废旧陶瓷颗粒的掺入导致彩色乳化沥青混合料磨耗值总体呈下降趋势。相比空白组，当取代率为5%时其磨耗值降低2%，10%时降低4.9%，15%时降低6.5%，20%时降低5.5%;当取代率不超过15%，磨耗值呈下降趋势，这与废旧陶瓷表面织构有关，表面相对光滑，与彩色乳化沥青粘附性较差，导致磨耗值下降;当废旧陶瓷掺量超过15%，磨耗值下降程度减小，主要是因为废旧陶瓷可以改善乳化沥青混合料密实程度，提高其抗水损能力。

3.3 粘附砂量LWT试验

不同彩色乳化沥青用量、不同的废旧陶瓷取代率制备而成的试件，进行负荷轮碾压试验，其试验结果如图3：

从图3可知，废旧陶瓷颗粒的掺入导致彩色乳化沥青混合料砂粘量总体呈下降趋势。相比空白组，当废旧陶瓷替换率为5%时下降4%，10%下降5.6%，15%下降6%，20%下降6.3%;试验结果说明，由于废旧陶瓷表面不完整釉面和陶制颗粒的合理级配，使得沥青混合料试件表面相对光滑和密实，在负荷车轮的作用下，与砂的粘附量减小，因此最大沥青的用量也相对降低，以节约材料。

3.4 最佳彩色乳化沥青用量的确定

根据混合料级配所确定的废旧陶瓷颗粒取代率为0%、5%、10%、15%、20%的混合料配方，分别变化不同的沥青用量，按照《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F402004）中稀浆封层混合料技术要求重复试验并将不同沥青用量的1h湿轮耗值及砂粘量绘制成关系曲线图4，以磨耗值接近要求的沥青用量作为最小沥青用量，砂粘附量接近要求的沥青用量为最大沥青用量，得出沥青用量可选范围为6.0%～8.0%之间。取中值为最佳用油量，即沥青用量7.0%为最佳用量。

4 结论

（1）在彩色乳化沥青混合料中，可用废旧陶瓷替换部分骨料，可替换粒径范围为4.75mm～0.6mm，其可拌和时间、粘结力、湿轮磨耗值、砂粘量均满足规范要求，且对湿轮磨耗值降低影响显著;

（2）試验结果表明，废旧陶瓷替换量为15%，沥青用量8.0%时，湿轮磨耗值最小，混合料抗水损能力最强;

（3）当彩色乳化沥青混合料中废旧陶瓷替换量达到一定数值，本试验中为15%，混合料的湿轮磨耗不随替换量的增大而减小;

（4）废旧陶瓷的替换量为15%，ES2型彩色乳化沥青混合料的最佳油石比为7%。

参考文献：

[1]段国伟，杜希荣，沈键.绿色再生轻骨料混凝土制备及力学性能的研究[J].价值工程，2020，39（02）：274276.

[2]郑明博，刘海涛，吴泽玉，白新理，李长春，牛亚宁.水泥稳定混合骨料再生料路用性能分析[J].四川建材，2020，46（01）：155156.

[3]王东旭，何思瑶，蒋贵鑫，王滨，刘瑶.废旧陶瓷再生混凝土力学性能试验研究[J].山西建筑，2019，45（03）：110111.

[4]杨鹤，陶珍东，李旭光，赵林南.利用废旧陶瓷制作免烧道路砖的试验研究[J].建材技术与应用，2015（01）：13.

[5]杨鹤.利用废旧陶瓷制作道路砖[D].济南大学，2015.

[6]王华新.再生集料乳化沥青混合料设计方法与路用性能研究[D].华南理工大学，2018.