基于表面处理工艺的废旧玻璃沥青混合料路用性能研究

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废旧玻璃是常见的生活垃圾,也是一种工业废物。它难以自然降解且焚烧效率低,给环境资源带来较大负担。利用废旧玻璃替代天然石料进行沥青混合料制备,可有效缓解天然石料消耗,亦是解决废旧玻璃污染环境的一条重要途径。由于废旧玻璃酸性基团的亲水特性,将降低废玻璃/沥青之间界面粘结作用,导致沥青膜发生剥落,进而产生坑槽、松散等损害。鉴于此,本文以废玻璃表面处理工艺为切入点,采取微观和宏观相结合的界面观测方法,全面评价不同表面处理工艺对废玻璃/沥青之间界面粘结的改善作用。此外,系统开展添加不同掺量及粒径的玻璃沥青混合料路用性能研究,提出一种适宜的掺废玻璃沥青混合料设计方案。采用物理及化学两种表面处理工艺对玻璃集料进行表面处理。开展Leica显微镜及X射线能谱测试,研究界面特性变化及表面处理机理。再配合水煮法试验、像素分析法以及接触角试验,评价不同表面处理工艺对玻璃集料/沥青之间粘附性的改善效果,由此确定适宜的玻璃集料表面处理工艺。结果表明硅烷偶联剂表面处理工艺可有效改善玻璃集料/沥青的界面粘结力,原因在于玻璃集料表面被偶联剂形成的凝胶膜所覆盖,其与沥青之间反应惰性也因此转变为较强化学吸附作用,进而使玻璃集料与沥青间粘附性增强。依据道路路面材料要求,调研废旧玻璃回收来源及加工工艺,确定出源料粒径范围。并且从物理指标、力学指标角度,对其技术性能展开分析。在此基础上,通过混合料配合比设计和马歇尔试验,确定掺入不同玻璃掺量、不同玻璃粒径的六种玻璃沥青混合料最佳油石比。结果表明废玻璃集料的表观相对密度及吸水率均小于相同粒径的石灰岩和玄武岩,其压碎值高于同种粒径的石灰岩和玄武岩,说明玻璃集料抗压能力较同种粒径的天然石料偏小。基于表面处理工艺,将不同掺量、不同粒径的废玻璃掺入沥青混合料,通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、高温车辙试验、低温弯曲试验、摆式摩擦系数测试仪抗滑试验,以及课题组自制的轮胎-路面动态摩擦测试系统(TDFA)动摩擦试验对混合料的路用性能进行测试与分析。结果表明,表面处理后的玻璃沥青混合料抗水损害能力均优于常规沥青混合料及掺入未表面处理玻璃的沥青混合料。且掺入玻璃粒径为2.36~4.75mm、掺量为10%时,混合料试件具有较好的抗水损害能力;掺入玻璃粒径为4.75~9.5mm、掺量为10%时,混合料试件的路面抗剪强度变大,即高温稳定性达到最佳;经硅烷偶联剂表面处理后,掺入玻璃不同掺量及粒径的小梁试件抗弯拉强度等指标均有所提高;掺废玻璃沥青混合料试件的抗滑摆值及摩擦系数均大于常规沥青混合料。此外,随着玻璃集料掺量及掺入粒径变大,混合料试件的摆值及动摩擦系数均呈现下降趋势,但抗滑性能指标仍能满足路用要求。通过正交试验,以体积指标优化为目标,对玻璃掺量、玻璃粒径、油石比进行影响因素研究,提出一种适宜的掺废玻璃沥青混合料设计方案,为该类绿色环保型沥青路面的推广提供一定的试验数据和施工依据,具有一定经济、社会及环境效益。
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