废玻璃对排水沥青混合料路用性能影响研究.pdf

第 4 0卷 ， 第 2期 2 0 1 5年 4月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 4 0，No 2 Ap r， 2 0 1 5 废玻璃对排水沥青混合料路用性能影响研究 陈永 志 ( 重庆水利 电力 职业技术学院 ， 重庆4 0 2 1 6 0 ) 摘要 先评估玻璃砂 和天然细粒料 的特 性差 异 ， 接着 以不 同比例的玻璃 砂来 取代排水 混合料 中细粒料 部 分 ， 探讨其在工 程性 质上的表现和影响 。玻璃砂相较 于天然细粒料 ， 吸水率低且 比重略小 ， 取代排 水混合料 中细粒 料部分时会有较厚的沥青薄膜厚度 ， 增加其抗磨耗表现； 但随着添加比例上升， 对于孔隙率及排水能力虽然影响不 大 ， 但都有略 为下 降趋势 。表面纹理平滑使得玻璃砂取代越 多 ， 稳定度会略微降低 。此外玻 璃多角 的特性 ， 提供 混 合料 在抗 拉强度上有较佳表现 。另外从 回弹模量 和流值以及车辙试验得知 ， 玻 璃砂会 使得排水混合 料有较 高的变 形量 ， 增加其 塑性 ， 防止裂缝及龟裂 产生 。抗水侵 害能力方 面 ， 在水 侵害初 期添加 玻璃 比例越多 ， 剥脱 情形会较 严 重 ； 但随浸水 天数拉 长 ， 有无添加玻璃砂 的混 合料的强度损失率 已差异很小 。综合各项试验 评估 ， 应用玻璃砂 于排 水混合料中， 建议玻璃砂最适当的取代量为 5 左右。 关键 词】废玻璃砂 ； 排 水沥青混凝 土 ；资源利用；环保 中图分类 号】U 4 1 4 1 文献标 识码 】A 文章编号 1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 2 9 9 - 0 7 Re s e a r c h o f W a s t e Gl as s o n t he Pe r f o r ma nc e o f Dr a i n a g e As ph a l t M i x t u r e CHEN Yo n g z h i ( C h o n g q i n g V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e o f H y d r a u l i c a n d E l e c t r i c E n g i n e e ri n g ，C h o n g q i n g 4 0 2 1 6 0，C h i n a ) Ab s t r a c t T h e p u r p o s e o f t h i s s t u d y w a s t O a s s e s s d i ff e r e n c e s i n g l a s s s a n d a n d n a t u r a l e h a r a e t e r i s t i c s o f t he fi ne a g g r e g a t e，t h e n wi t h d i ffe r e nt p r o p o r t i o ns o f g l a s s s a nd t o r e p l a c e d r a i n a g e mi x t u r e o f fin e g r a i n e d ma t e r i a l p a r t ，d i s c us s t h e p e r f o r ma n c e a n d i n f l u e n c e o n e ng i n e e rin g p r o p e r t i e s Gl a s s s a n d c o m- p a r e d wi t h na t u r a l fin e a g g r e g a t e，b i b u l o u s r a t e i s l o w a n d a s l i g h t l y s ma l l e r p r o p o rti o n， r e p l a c e t h e d r a i n a g e mi x t u r e o f fin e a g g r e g a t e pa rt wi l l h a v e t h i c k e r a s p h a l t fil m t h i c k ne s s，i n c r e a s e i t s a b r a s i o n r e s i s t a n c e p e rfo rm a n c e；Bu t wi t h t h e a d d i ng p r o p o r t i o n r i s e s，a l t h o u g h l i t t l e i mp a c t o n po r o s i t y a n d d r a i n a g e a b i l i t y，b u t h a s a s l i g h t l y d o wn wa r d t r e nd T he mo r e s mo o t h s u rfa c e t e x t u r e ma k e s g l a s s s a n d t o r e p l a c e，s t a bi l i t y wi l l d e c r e a s e s l i g h t l yBe s i d e s g l a s s mo r e a n g u l a r f e a t u r e s，pr o v i d e t h e mi x t u r e h a s be t t e r p e rfo rm a n c e i n t e n s i l e s t r e n g t h I n a d d i t i o n f r o m t h e mo d u l u s o f r e s i l i e n c e a n d flo w v a l ue s，a n d r ut t i n g t e s t ，g l a s s s a n d wi l l ma k e t h e d r a i n a g e mi x t u r e h a v e h i g h e r d e f o rm a t i o n ，i n c r e a s e i t s p l a s t i c i t y，t o p r e - v e n t t h e c r a c ks a n d c r a c k Abi l i t y t o r e s i s t wa t e r e n roa c h o n，a t t h e b e g i n ni n g o f t h e wa t e r e n roa c h o n a d d i n g p r o p o rti o n o f g l a s s ，t h e mo r e s t r i pp e d s i t u a t i o n i s mo r e s e r i o u s ；Bu t a l o n g wi t h t he i mme r s e d d a y s s t r e t c h e d，wi t h o r wi t ho u t a dd i n g g l a s s s a n d mi x t u r e s t r e n g t h l o s s r a t e h a s s ma l l d i f f e r e n c e s Co n s i d e rin g v a r i o u s t e s t e v a l ua t i o n，a p pl i c a t i o n o f g l a s s s a n d i n d r a i n a g e mi x t u r e，s u g g e s t g l a s s s a n d i s t he mo s t a p p r o p r i a t e t o r e p l a c e q u a n t i t y i s a p p r o x i ma t e l y 5 Ke y wo r d s w a s t e g l a s s s a n d ； d r a i n a g e a s p h a l t c o n c r e t e ； r e s o u r c e u t i l i z a t i o n ；e n v i r o n m e n t a l p r o t e ct i o n 我国每年约有数百万吨的废玻璃未能有效分类 再利用， 而遭弃 置于掩埋场或进入焚化炉 处理。 由 于废玻璃焚化不易熔 成灰烬 ， 若进行焚化处理将折 损焚化炉的寿命 ， 此外废玻璃无法经 由 自然生物分 收稿 日期 】2 0 1 4 1 0 2 9 、 【 基金项 目重庆市 自然科学基金资助项 目( c s t c 2 0 1 3 a 3 0 0 0 6 ) ； 交通部 西部交通建设项 目( 2 0 1 3 3 1 8 2 2 3 1 0 1 0 ) 【 作者简介 】陈永志( 1 9 8 2 一) ， 男 ， 重庆人 ， 讲师 ， 研究方向 ：土木工程施工与管理 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 0 公路工程 4 0卷 解 ， 对掩埋场而言只是多 占空间。由于高温湿热多 雨地 区， 路面上的水分若不迅速排除而积贮在路面 表面， 会侵害沥青混凝土 ， 造成混凝 土黏结性丧失 ， 导致行成剥脱 ， 进而引起结构性的破坏， 影响路面的 使用年 限。然 而排水 性 沥青混 凝 土拥 有 1 5 一 2 5 的高孔隙率 ， 因此能将水分迅速排除， 拥有雨天 抗滑 、 增加行车安全、 降低水花飞溅 、 减少 噪音等优 点。若能将废玻璃应用于排水沥青混凝土路面上 ， 可回收大量的废玻璃使得垃圾减量 ， 和做到资源有 效再利用等 目标。 1 研究方法 本 研究 计划 主要是 探讨玻 璃砂 和天 然粒 料 的物 理特性与化学特性的差异 ， 并使玻璃砂取代排水沥 青混凝土中细粒料部 分的不同 比例 ( 0 、 5 、 1 0 、 l 5 ) ， 配合 S B S改性沥青和 0 3 的木质纤维 ， 进 行 日本排水配比设计 ， 选定最佳沥青含量后 ， 接着进 行性能试验 ， 探讨其添加废玻璃细砂多少对排水沥 青 混凝 土工 程性 质的影 响 。 2 试 验结果与分析 2 1细粒料基 本性 质 比较 就 外观 而言 ， 相对于 天然粒 料 的粗糙 ， 玻璃 表面 纹理较为平滑， 颗粒形状而言玻璃砂表面呈棱角形 和半棱角形问游走 ； 而天然粒料形状集中于半 圆形 和半棱角形之间。较佳的颗粒形状对工作度与混合 料压实到达规定 的密度有较佳的表现。表 1 为玻璃 砂 与天 然细粒 料基本 性质 的 比较 。 表 1 玻璃砂 与天然细粒料基本 性质 Ta b l e 4 Ba s i c pr o pe r t i e s o f g l a s s s a n d wi t h n a t u r a l fin e a g g r e g a t e 由试验结果得知玻璃砂 比重较小 ， 代表相同重 量之下 ， 玻璃砂可 以取代天然细粒料的体积量会 略 微 增 加， 而 高 吸 水 率代 表 着 粒 料 会 吸 收 较 多 沥 青。 ， 天然粒料在吸收沥青能力方面较玻璃砂大 出许多 ， 表示玻璃砂相对 只须较少量的沥青就可使 混合 料 达到 所需 的沥青 薄膜 厚度 。此 外洁净 的粒 料 在沥青黏结包裹上会有较好的表现。由于废玻璃细 粒料 表 面的孑 L 洞较 天 然 细粒 料 少 ， 黏 土 一 般 大小 的 粉末难以附着其 内， 故含沙当量较天然粒料 高出许 多 ， 玻璃粒料表 面也较为洁净。玻璃砂的细集料棱 角性值较高于天然细粒料， 粒料 间具有更多的破裂 面并具备更多角的特性 ， 以增加混合料问的互制 能力 。 2 2 日本 排 水配 比设计 结果 本研究所设定排水级配的 目标孔隙率为 2 0 。 首先依照废玻璃 细粒料 的不 同取代量 ( 对 总料 0 、 5 、 1 0 、 1 5 ) 下， 分别 以日本排水铺装技术 ( 案) 所使用的最 大公称粒径 1 9 mm作为配 比设 计的基 本级配。并搭配 三组尝试级 配( 8 筛 过筛 率 1 5- I 3 ) ( 8 筛 的粒径为 2 3 6 m m) 以及尝试沥青含量， 得 到 8 过 筛 率 和孔 隙率 的关 系 图 ， 如 图 1 ( a ) 所示 ， 以此决定 出 目标孔隙率 2 0 下的正式骨材级的 8 筛真正过筛率 ， 如图 1 ( b ) 所示。 g 筛通 过率 ， 废玻 璃取代 百分 比 ( a )取代 0 下 8 筛过 ( b )不同取代量与 8 筛率与孔隙率 筛过筛率 图 1 取代 O 下 8 筛过筛率与孔隙率 ， 以及 不同取代 量 与 8 筛过筛率 Fi g u r e 1 To r e p l a c e 8#s i e v e s i e v e r a t e u n d e r Oa n d p o r o s i t y a n d d i f f e r e nt r e p l a c e q ua n t i t y wi t h 8 s i e v e s i e v e r a t e 结 果表 明 ， 在 相 同的 8 过 筛 率 之 下 ， 玻 璃 砂 取 代量越大 ， 其混合料试件的孔隙率也有越小的趋势。 这是由于天然粒料和玻璃砂 比重差异造成了当玻璃 细粒料添加 比例越多， 可填充于混合料 的体积相对 于被取代的天然细粒料会 变大 ， 而导致 由粗骨材堆 叠行成的孔隙变小 ， 所以唯有级配 自行借 由调降 8 筛过筛率来增加混合料孔 隙率 ， 使其最后到达所要 求的目标孔隙率 2 0 。 排水沥青混凝土 的最佳沥青含量是一个范 围 值 。由 于取代 越 多 比例 的 玻璃 砂 ， 其 混 合 料 得 到 的 析漏试验值越低， 所以使用玻璃砂取代 1 5 的混合 料试验值来决定其整体沥青含量的上限； 而在没有 添加废玻璃砂时 ， 混合料有最高的磨耗试验值 ， 所以 使用玻璃砂取代 0 的混合料试验值来决定其整体 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 陈永志 ： 废玻璃对排水 沥青混合料路用性能影 响研究 3 0 1 沥青含量的下 限。如图 2所示。本研究为了提升粒 料间的稳定性与路面耐久性 ， 故选定整体最佳沥青 含量范围的上限值 5 4 ， 做 为整体混 合料的最佳 沥青含量， 并制作马歇尔试件进行工程试验。 、 咖 赡 沥青含量， ( a )取代 1 5 下的 析 漏试 验 沥青含量， ( b )取代 O 下的 C a n t a b r o 磨耗试验 图 2取代 l 5 下 的析漏试 验与取代 0 下 的 C a n t a b r o 磨耗试验 F i g u r e 2 I n s t e a d o f t h e 1 5 u n d e r t h e a n a l y s i s o f l e a k t e s t a n d t o r e p l a c e 0o f Ca n t a b r o a b r a s i o n t e s t 2 3孔 隙率 与透 水试 验 结果分 析 由 图 3 ( a ) 可看 出 ：随着 玻 璃砂 添加 量 的增 加 ， 其排水混合料孔隙率与连续孔隙率有略为下降的趋 势 。研判主要原因为为在进行工程性质所选定的最 佳沥青含量 ， 与进行配 比设计 时的尝试沥青含量有 一 略微沥青增加用量。就整体混合料而言 ， 由于添 加玻璃砂的比例增加会让混合料整体的吸油量， 相 对于没有添加玻璃时变少 ， 而使得沥青薄膜厚度会 增加 ， 进而影响到孔隙率的下降， 所 以孔隙率并非是 固定的 目标孔隙率 2 0 。就透水试验 的结果 ， 如图 3 ( b ) 所示 。当玻璃砂取代量上升时 ， 透水 系数会略 微下降。其原因在于前小节所提到的不同粒料问吸 水率差异使得当玻璃砂取代量增加时会使混合料的 连续孔隙率下降， 而连续孔隙率是直接影响到排水 2 2 1 8 、 JIj L 鬣 l 4 l 0 日全孔 隙率 O 5 1 0 l 5 废玻璃细粒料取代率 ， ( a )不同取 代 比例与 L 隙率 = 、 暑 、 辍 废 玻璃 细 粒 料取 代 量 ， ( b )不同取代比例与 透 水系数 图 3不同取代 比例与孔 隙率 以及与透水 系数 F i g u r e 3 Di f f e r e n t s ub s t i t u t i o n r a t i o a nd po r o s i t y a n d d i f f e r e n t s ub s t i t u t i o n r at i o a nd pe r me a b l e c o e f fici e n t 级配本身排水能力 ， 以致透水系数会随着废玻璃 添加量上升而会有下降的趋势。 2 4沥青薄膜厚度分析 影响沥青薄膜厚度的因子 ， 主要为沥青添加量 和粒料 的直径与其吸收性能力。根据沥青薄膜厚度 的经验公式计算 出沥青薄膜厚度结果如表 2所示 ， 得知废玻璃细粒料添加越多， 就混合料而言原本可 以吸收 的沥青量会变少， 而导致混合料有效沥青体 积增加 ； 所以当玻璃砂添加量上升的同时， 沥青薄膜 厚度也随之变厚 。此结果与孔隙率及及透水试验结 果 呼应 。 表 2 不同添加玻璃砂 比例的薄膜厚度分析 Ta b l e 2 Di ffe r e n t a d d i n g g l a s s s a nd r a t i o a n a l y s i s o f t he t h i n f i l m t h i c kn e s s 2 5稳 定度 与 流值试 验 结果 分析 由图 4 ( a ) 不同玻璃砂添加量和稳定 度的关系 图发现 ， 当玻 璃砂 添加 量 在 5 之前 ， 稳 定 度 的 变化 没有太大的差异 ； 但玻璃砂添加量超过 5 时， 混合 料会随着玻璃砂取代量上升 ， 稳定度有略微下降的 趋势。其原因和混合料在受荷重时其细粒料间的表 面纹理有很大关联。回顾稳定度试验的流程和受力 机理 ， 发现 6 O c 【 = 的试验温度使得沥青薄膜变软 ， 在 包裹住混合料的荷压下， 会让粒料间的接触面更为 紧密且频繁 ， 所以混合料在添加较高 比例的废玻璃 砂 同时， 其玻璃砂光滑表面所造成的粒料间表面纹 理摩擦力变小的影响 ， 已经大于其本身多角性佳 的 优点 ， 所以在添加高 比例的废玻璃时， 稳定度会逐渐 变小 。 除此之外 虽 然玻璃 吸水 性低 可增 加有 效沥青 体积来提高沥青薄膜厚度， 增加对其混合料的稳定 度， 不过越高比例的平滑表面会也让黏结料与粒料 面有较差的黏结效果 。 由流值试验结果 由图 4 ( b ) 得知 ：流值明显 的有随着废玻璃添加量上升的 趋势。添加废玻璃 细粒料会使得流值提升 的原因， 研判为有效沥青体积的增加造成的结果 ； 以及粒料 在受压之时 ， 由玻璃平滑面所 造成粒料间更 大的滑 动有关。所以混合料再添加玻璃砂后会有着较高的 塑性， 对于抗路面龟裂等问题有积极的效益。 2 6 磨耗试验与间接抗拉试验结果分析 图5 ( a ) 为磨耗试验 的结果 ， 发现混合料在添加 4 5 3 5 2 5 5 0 吣 m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 2 公路工程 4 0卷 废玻璃细粒料取代量 ( a )不同取代比例与 稳定度 45 40 l 3 5 三3 0 、 25 2 0 1 5 8 0 5 10 l5 废玻 璃细粒 料取代 率 ， ( b )不同取代比例与 流值 图 4 不 同取代 比例与稳定度 ， 以及与流值 F i g u r e 4 D i ff e r e n t s u b s t i t u t i o n r a t i o a n d s t a b i l i t y a n d d i ffe r e n t s u bs t i t ut i on r a t i o a nd flo w v a l ue 废玻璃砂后其抗磨损能力会较没有添加玻璃砂时的 混合料高的原因， 得归咎于添加玻璃砂后 的沥青薄 膜厚度变厚的影响所致。较厚的沥青薄膜对于粒料 问的包覆性越佳 ， 混合料越不容易遭受磨耗 ； 此外也 推测废玻璃本身的硬度 远大于天然砂石 ， 在磨 耗 的过程 中 ， 天然 粒料 所 受 磨损 程 度 会 大 于废 玻 璃 砂 ， 所以有添加玻璃砂的混合料在开放交通后 ， 路面 有 较佳 的抗磨 损表 现 。 图 5 ( b ) 为不 同玻璃砂添加 比例与间接抗拉强 度的关系 图， 由图可看 出在玻璃 细粒料 添加 量到 1 0 以前 ， 混合料间接抗拉值有一个上升的趋势 ， 造 成其原因主要是由于废玻璃细粒料较天然细粒料质 有较高的细集料棱 角性值 ， 多角性佳 ， 且质地坚硬 ， 会使的粒料问互制 的效果更佳 ， 让混合料的结构更 加完整 ， 所以在增加玻璃添加量的同时其力学强度 也会提升。此外就 间接抗拉试验过程而言， 其试件 破 坏 的走 向主要是 由受 力处往 粗骨 材 间的介 面产 生 裂缝， 由破裂后 的试件可以观察到其裂缝处会有些 少许 的小颗粒骨材断裂情况。 对混合料提供的强度 废玻璃取代量 废玻璃砂取代率 ( a )不同取代比例对 ( b )不同取代比例与 磨耗率 间接抗拉强度 图 5 不 同取代 比例与磨耗率 。 以及 与间接抗拉 强度 Fi g u r e 5 Di ffe r e n t s ub s t i t u t i o n r a t i o o n we a r r a t e a nd di f f e r e n t s ub s t i t u t i o n r a t i o a n d i n d i r e c t t e ns i l e s t r e n g t h 而言， 由骨材断裂所提供混合料的介面强度， 会比以 骨材间沥青黏结料所提供的介面强度来得大 。 ， 而废玻璃的硬度又较天然粒料高 ， 所 以在混合料受 抗拉破坏时其粒料断裂上所能提供的强度， 废玻璃 的表现会 比天然粒料来 的好。至于 当废玻 璃砂添 加量到 1 5 时， 其间接抗拉强度值下降的原因， 推测 主要是受到沥青薄膜厚度的影响。沥青薄膜过厚时， 沥青的黏结行为会将由黏结渐渐偏向滑动， 也使得粒 料间的距离会被拉远 ， 让骨材间的互制能力下降。 2 7水侵 害试验 结果分 析 表 3为 添 加 不 同 比 例 的 废 玻 璃 细 粒 料 和 T S R 的关系， 由图可得知 当废玻璃取代量上升时其 T S R 有明显下降的趋势。分析原因如下面几点， 根据氢 离子浓度试验得知虽然天然粒料和废玻璃砂 都为 p H值大于 7为碱性材料 ， 可是天然粒料碱性的强度 却比废玻璃来的大， 就黏结理论中的化学反应理论 而言 ， 越是碱性的粒料 ， 其沥青与粒料间的黏结性就 越强 ， 所 以添加越高比例的玻璃砂 ， 越是降低整体粒 料 的酸 碱度 进而增 加对 水 的敏感 度 。此外废 玻璃 的 表面较 为平 滑 ， 所 以废 玻璃 细 砂 和 沥 青 间 的 黏结 力 较天然粒料差， 水分较易进入粒料表面而产生剥脱， 最后 由于玻璃含有大量 的 s i 元 素， 为亲水性材料 ， 所以当水进入沥青和粒料之间时 ， 会容易形 成一层 水膜会让沥青不易与玻璃黏结 ， 使得混合料的剥脱 程度增加。 表 3不 同取代量下 T S R试验结果 Ta bl e 3 TSR t e s t r e s u l t s u n de r d i ff e r e n t i n s t e a d o f qu a n t i t y 为 了针对 混合 料 在 添 加 玻璃 砂 后 ， 对 水 侵 害 的 进一步长期的考虑。探讨在浸水 0 、 1 、 3 、 7 d后 的间 接抗拉强度值 比较 ， 并针对 间接抗拉强度的损失率 对水侵害做更进一步分析。 图 6 ( a ) 为浸水不 同天数的间接抗拉强度值试 验结果和其关系图， 由结果看 出所有混合料 ， 不管其 玻璃添加量多少 ， 在经过不同天数浸泡时间后 ， 其间 接抗拉值都有明显下 降的趋势 ， 意味着随着浸泡时 间拉长， 混合料结构受水侵害的影响越大。由图也 可明显的看 出随着浸泡时间拉长 ， 不管玻璃砂 添加 量为何 ， 其下降的斜率有越来越缓的趋缓 ， 表示越长 时 间的水 侵害所 造成 的影 响会越 渐渐 不如 浸泡 初期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 陈永 志 ： 废玻璃对排水沥青混合料路用性能影响研究 3 0 3 时 来 的大 。 针对强度损失率 的结果 ， 图 6 ( b ) 所示。就玻璃 砂添加不同比例所造成的间接抗 拉损失率 ， 在浸泡 1 d后 的结果 彼 此差 异 最 大 ， 表示 添 加玻 璃 砂 后 ， 其 混合料在浸泡 1 d时有较 明显的影响 。但 随着浸泡 天数的增加 ， 不同玻璃添加量的损失率彼此差 异会 变 的 比浸泡 I d时来 的较 小 。研 判 原 因为粒 料 表 面 洁净度的差异所致。 、 嘲 鲻 厦 浸泡天 数 ， d ( a )浸水不同天数的 间接 抗拉强 度 浸泡天 数 ， d ( b )不同浸泡天数 的强度 损失率 图 6浸 水 不 同天 数 的 间接 抗 拉 强 度 与 不 同 浸 泡 天 数 的 强 度 损 失 率 Fi g ur e 6 Di ffe r e n t d a y s i mme r s i o n o f t he i nd i r e c t t e ns i l e s t r e - ng t h a nd da y s d i ffe r e n t s o a k i n g s t r e n g t h l o s s r a t e 就水 侵 害 而 言 ， 虽 然 玻璃 有 亲 水 性 且 表 面平 滑 使水分容易渗人等不 良因素 ； 但 由含沙当量试验结 果得知 ， 玻璃表面较天然粒料洁净 ， 使得天然粒料表 面在 一有 水分 人侵 时 ， 表 面 的 黏 土 物质 或 有 机 物 会 吸水膨胀 ， 使得粒料面会和沥青剥离 ， 导致黏结效果 下降 “ 。所以浸泡时间拉长 ， 水分越有机会进入 粒料 面 ， 使得 彼此 间 接 抗 拉损 失 率 在浸 泡 初 期 过 后 会变的彼此更接近。此外也从文献得知道 ， 由于玻 璃 平 滑 的表 面纹理 ， 几 乎没 有孔 隙 的情 况下 ， 所 以在 经较长期水分条件作用下 ， 其 残留的劲度值仍然是 在可接受 的程度 ， 可知添加 玻璃 砂对较 长期 的水侵 害影 响较 不 如初期 来 的 明显 。 经过不 同浸泡天数的间接抗拉损失率 比较 ， 对 添加玻璃砂于排水 混合 料的抗水侵害结论如下 ， 在 浸泡初期 ， 由于在玻璃添加量越高损失率越高情况 下 ， 玻璃添加量 1 5 的 T S R太接近规范值 ， 所 以有 使用 的疑虑 ； 此外在浸泡 7 d后 ， 在玻璃添加量 5 时 ， 和没有添加玻璃砂时的间接抗拉损失率差 异已 非常接近。所以就水侵害的结果 而言， 建议玻璃砂 于排 水混 合 料 的添加 量不 超 过 5 。 2 8回弹 与车辙 试验 分析 从 图 7 ( a ) 得 知 ：有 添 加 玻 璃 砂 的 混 合 料 在 回 弹模量上有较低的表现。显示了添加了废玻璃砂的 混合料较没有添加玻璃砂的更能抵御裂缝产生。此 外随着废玻璃砂 添加量上升 的回弹模量 也跟着下 降 ， 所 以当添加过量玻璃砂时， 需要考虑到车辙对路 面的危害。这个结果和前小节稳定度与流值试验的 结果 相辅 相成 。 在车辙试验方面， 本研究针对混合料在没有添 加玻璃砂时 ， 和在添加最高 比例 1 5 的玻璃砂时 ， 制作车辙试件进行试验 ， 其试验结果在与马歇尔劲 度指数 ( MS I ) 做分析 比对 ， 评估玻璃添加量对车辙 的影 响 。 表 4为动稳定度与变形率的 比较， 混合料在添 加 O 与 1 5 的玻 璃 砂 时 ， 都达 到 日本排 水 规 范 值 1 5 0 0次 m m的要求。动稳定度大表示混合料 的劲 度较佳 ， 有较佳抗车辙表现 ； 较高的变形率说明单位 时间车辆辗压下 ， 混合料会有较大 的变形。在添加 玻璃砂后会让混合料的动稳定度下降， 变形率上升。 表 4动稳定度与变形率的试验结果 Ta bl e 4 Dy n a mi c s t a b i l i t y a n d d e f o r ma t i o n r a t e o f t he t e s t r e s ul t s 图 7 ( a ) 为滚 压次数和 变形量 的关系 图可知： 在滚压初期 ， 都有个斜率 比较大的剧烈变形 ， 属于试 件被压密所产生的形变 川 ， 而在没有添加玻璃的 混合料初期变形量较高 于玻璃添加 1 5 时的沉陷 量 ， 说明添加玻璃砂 有助 于车辙试件达 到比较高 的 压实度来抵抗压 密车辙。但 在经过较长 时间滚压 后 ， 混合料在添加玻 璃砂后 的上升斜率会较高于没 有添加玻璃时的混合料 ， 表示添加玻璃砂后会相对 增 加混 合 料 的侧 向塑性 流 。 探讨混合料的特质差异， 可以使用马歇尔劲度 指数 ( MS I ) 来做 判 断 。 马歇 尔劲 度 指数 指 的是 稳 定 度除以流值所得到的结果。马歇 尔劲度指数越高 ， 混合料越具韧性 ， 越不容易破坏 ， 代表混合料将较能 抵抗永久变形 ； 反之， 则表示混合料将产生较大的永 久变形 。 ， 。 图 7 ( b ) 为不同添加 比例玻璃砂与 M S I 的计算 结果 的关 系 图。得 知 随着玻璃 添加 量 的上 升， 其 MS I 有 越来 越小 的趋 势 。从文 献得 知 MS I 值 和 车辙 变形是有着显着关 系， M S I 值越高表示车辙变形量 越少 。由此可推得混合料在添加玻璃 5 和 1 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 4 公路工程 4 0卷 时， 车辙的总变形量会大概会 落于玻璃取代量 0 与 l 5 之 间 。 次数1 次 ( a ) 滚压次数与变形 量的关系 玻璃添加百分比 ( b) 不同取代量与 MS I 值 图 7滚压 次数 与变 形量 的关 系 以及不 同取代量与 M 值 Fi g ur e 7 Ro l l nu mbe r S r e l a t i o n s h i p wi t h t h e d e f o r ma t i o n a n d di f f e r e n t r e p l a c e q ua nt i t y wi t h Msl v a l u e s 3 结论 废玻璃砂较天然粒料坚硬、 多棱角 ， 其表 面 纹 理上 也较 天然 粒料平 滑 、 洁净 ； 几 乎没 有孔 隙下 造 就了其低吸水率 ， 使得玻璃砂相对于天然细粒料， 让 混合料 只需较少量的沥青就可以达到其所需的薄膜 厚度的要求。此外玻璃砂在酸碱度上 ， p H值低于天 然粒料 ； 但其抗风化能力却较天然粒料好 。 玻璃砂 比重较天然粒料略小 ， 进行配 比设计 时， 玻璃砂取代越多 ， 由粗骨材所建构的孔隙骨架会 填进多一些的玻璃砂 ， 让混合料孔隙率变小。 在添加玻璃砂后的混合料 ， 由于低吸水率造 成沥青薄膜厚度 的上升， 而让其孔 隙率、 连续孔 隙 率、 透水系数都有随玻璃砂 的取代量上升而有略为 下降的趋势 ； 但较厚的沥青薄膜与玻璃本身具备 较 佳的硬度， 使得在添加玻璃砂后其混合料 的磨耗率 会有降低的效果 。 细粒料表面纹理的差异 ， 使得混合料在玻璃 砂取代量从 5 开始， 随着玻璃添加量的上升 ， 稳定 度虽然都符合规范要求 ， 不过会有些微下降的趋势。 玻璃砂多角性佳， 在间接抗拉试验所提供在 力学上的强度， 让添加玻璃砂 的混合 料在 间接抗拉 的表 现 上较 为 突出 。在 玻 璃取 代 量 为 1 0 时 ， 有 最 大的间接抗拉强度值 ， 但添加超过 1 0 后 ， 由于较 厚的沥青薄膜使的沥青在粒料间从黏结转为滑动使 间接抗拉强度值开始下降。 在抗水侵害方面 ， 玻璃几乎无孔隙的表面让 水较容易渗入黏结料与粒料之 间， 加上玻璃亲水 的 特性 ， 混合料在添加玻璃砂后会有较严重的浸 水剥 脱。就残余强度试验结果而论 ， 随着玻璃砂添加量 上升 ， 其 T S R值有明显下降趋势 ， 当玻璃取代量 到 达 1 5 时， 已非常接近规范值底 限； 但是在较长期 的浸水后 ， 不同玻璃取代量的间接抗拉损失率 已非 常接近 ， 其 中玻璃添加量为 5 时 ， 损失率 已和没有 添加玻璃砂的混合料几乎没有差异。 流值试验和 回弹模量试验 ， 以及车辙试验结 果可以发现添加玻璃砂后在抗裂缝产生与防止路面 龟裂有较佳 的表现 ， 但 添加过多比例 的玻璃砂会使 得路面沉陷量上升。 根据添加玻璃砂 于排水混合料 的工程性质 试验结果 ， 考虑路面的稳定性和耐久度及抗水侵 害 的表现 ， 本研究建议在废玻璃应用 于排水沥青混凝 土时， 在取代混合料 中天然细粒料部分 ， 最适当的取 代量 为 5 左 右 。 参考文献 1 李旺 钢渣在沥青路 面面层 中的应用 J 筑路 机械与施 工机 械化 ， 2 0 1 0 。 2 7 ( 9 )： 3一l O 2 Me G e n n i s ， R B ， An d e r s o n ， R M ， K e n n e d y ， T W ，a n d S o - l a i ma n i a n， M ，“B a c k g r o u n d o f Su p e r p a v e As ph a l t Mi x t u r e De s i g n a n d An a l y s i s ” ， 1 9 9 5 3 张忠岐 城市道路 降噪排水路 面设计 与施 工 J 公路 ， 2 0 0 9， 2 3 ( 8 ) ： 71 4 4 沈金安 沥青及沥 青混合料路 用性能 M 北京 ： 人民交通 出 版社 ， 2 0 0 0 5 】 刘明华 废玻璃和废 陶瓷再生 利用技术 M 北 京 ： 化学 工业 出版社 ， 2 0 1 4 6 曹东伟 排水沥青路面 M 北京 ： 人 民交通出版社 ， 2 0 1 0 7 B o u l d i n ， M G ， G M R o w e ， J B S o u s a a n d M J S h a o c k， ” M i x Rh e o l o g y a T o o l f o r P r e d i c t i n g t h e Hi g h T e mp e r a t u r e Pe rfo r ma n c e o f Ho t Mi x As p h a l t”， AAP T， V0 1 6 3 ， 1 9 9 4 8 R o b e , s ，F L ， P Ka n d h a l ，E B r o w n ，D L e e a n d T K e n n e d y， “Ho t Mi x As p h a l t Ma t e ria l s Mi x t