脱硫灰替代沥青混合料填料应用研究

陈海湘 林婵华

(福建船政交通职业学院，福州 350007)

1 引言

目前我国公路多采用沥青混凝土路面，沥青混合料中的填料多用矿粉。 矿粉是采用石灰岩或岩浆岩的强基性岩石(碱性岩石)磨细而成，属不可再生资源，而且其开采也带来了能源消耗和环境污染。在南方地区，沥青混凝土路面水损问题突出，为改善矿粉与沥青之间的粘结力，往往需要在其在石灰岩粉磨过程中掺入一定比例的消石灰粉，而石灰粉也属于不可再生资源。

脱硫灰是为减轻排放的废气中二氧化硫含量进行脱硫技术而产生的一种工业废料，颗粒细(中粒径约为10～30μm)，含水率低，主要成分为亚硫酸钙、硫酸钙和消石灰等[1]。 目前脱硫灰用于沥青路面的已有相关研究相对较少。 主要有李萃斌等[2]按4%的沥青用量配置不同配比脱硫灰替代矿粉检测普通沥青混合料材料性能指标， 结果表明沥青混合料马歇尔高温稳定度试验各项指标均符合沥青混合料规范要求， 提出沥青混合料的填料中脱硫灰与矿粉的最优比例为3∶7 的结论；陈居涌[3]则在以硫酸钙为主要成分的脱硫灰进行理化分析的基础上，按4.8%和4.3%的油石比，采用不同的试验方法，得出了脱硫灰能够提高沥青胶浆的强度，脱硫灰沥青混凝土的水稳定性能、 热稳定性能、 高温抗车辙性能、 低温抗裂性能对比普通石灰石矿粉制备的沥青混合料均有所提高的结论。

本文将4.9%沥青用量配置不同掺量脱硫灰矿粉的沥青混合料，探讨4.9%沥青用量配置脱硫灰替代矿粉沥青混合料可行性及合理掺量。

2 试验

2.1 试验方案

本次试验所选矿粉掺加20%的消石灰， 矿粉的各项技术指标均符合规范要求。 脱硫灰为某锅炉干法脱硫灰。试验以福建某高速公路沥青路面AC-16C 的生产配合比为参照，制备五组不同填料的沥青混合料，进行同比例替代试验研究， 以研究脱硫灰替代矿粉的可行性。 这五组沥青混合料除了填料不同外， 其他条件相同。 五组填料具体情况见表1。

2.2 沥青混合料AC-16C 配合比

(1)矿质混合料的配合比

本次试验采用的集料为玄武岩， 各集料的所有工程性质指标均符合现行规范的技术要求。 矿质混合料的配合比见表2。

表1 沥青混合料填料的类型

表2 矿质混合料的配合比

图1 矿质混合料合成级配曲线

矿质混合料的合成级配见图1，依《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004) 符合AC-16 沥青混合料的级配要求。

(2)沥青混合料的沥青最佳用量

本试验采用SBS 改性沥青，本次沥青混合料的沥青最佳用量为4.9%，经检验沥青的各项技术性能指标均符合现行规范规定要求。

2.3 沥青混合料试验比对项目

为了检验脱硫灰替代矿粉对沥青混合料性能的影响， 本次主要验证了沥青混合料的水稳性和高温稳定性的相关指标。 详见表3。

表3 沥青混合料填料性能检测项目

2.4 试验试件制备

按照 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20 T0702-2011)要求制备相应试验标准试块。 沥青加热温度165℃，集料加热温度185℃，沥青混合料拌和温度控制在175℃左右。 现场图片见图2～4。

2.5 沥青混合料AC-16 的技术标准

依照我国现行行业标准 《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)对AC-16 的技术要求见表4。

图2 沥青混合料马歇尔试验试块

图3 车辙试验试块

图4 马歇尔试块恒温水浴

表4 AC-16 密级配热拌沥青混合料技术标准

3 沥青混合料性能试验检测结果及分析

3.1 马歇尔试验及浸水马歇尔试验比对

根据 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20 T0702-2011)，对五组不同填料沥青混合料进行高温稳定性马歇尔度试验及浸水马歇尔试验， 试验结果见图5～8，所有数据均满足沥青混合料AC-16 的技术标准：稳定度超过8KN，流值在1.5～4 之间(见表4)。

从图形曲线走势可以看出，马歇尔试验中稳定度因脱硫灰的掺入有些下降， 但浸水马歇尔试验稳定度不仅没有降低反而是增大的，水稳定性有所提高，这主要与所用的脱硫灰含有氢氧化钙， 同时其副产物常含有一定量具有火山灰胶凝性物质有关。

五组不同填料沥青混合料的残留稳定度见表5，可以看出， 五种不同填料的沥青混合料其残留稳定度均符合规范要求，但掺脱硫粉复合填料的残留稳定度更高，本批次脱硫灰掺量30%为最优，可至50%。

3.2 冻融劈裂试验比对

五组不同填料的沥青混合料冻融劈裂试验结果见图9～10。从表6 试验对比可以看出，所有指标均符合规范要求的技术标准。同时可以看出，当脱硫灰掺量不太大的时候对冻融劈裂指标影响性不太大，30%～70%替代掺量对AC-16 沥青混合料的冻融劈裂性能影响不大。

图5 脱硫粉替代对稳定值影响图

图6 脱硫粉替代对流值影响图

图7 脱硫粉替代浸水稳定值影响图

图8 脱硫粉替代浸水流值影响图

表5 马歇尔试验结果比对表

表6 冻融劈裂试验结果比对表

图9 脱硫粉替代冻融前劈拉强度影响图

图10 脱硫粉替代冻融后劈拉强度影响图

3.3 车辙试验比对

五组不同填料的沥青混合料车辙试验结果见表7。 试验结果显示所有指标均符合规范要求的技术标准，但全矿粉的指标最好，且随着脱硫灰含量的增加动稳定度逐次下降，即脱硫灰对沥青混合料的车辙试验动稳定性的结果是削弱的， 这与脱硫灰颗粒跟矿粉相比颗粒粒径小有关，故建议可适当调整矿质混合料的配合比，以提高稳定度。 该批脱硫灰建议掺量不可过大，以30%～50%为佳。

表7 车辙试验结果比对表

4 结语

原料材性、 沥青混合料配合比等是影响沥青混合料性能的重要因素， 因而脱硫灰替代矿粉沥青混合料需充分考虑含脱硫灰成分，沥青混合料配比、脱硫灰填料掺量配比等相关因素。

本文以4.9%沥青用量的AC-16C 混合料为基准，制备了30%、50%、70%、100%脱硫粉替代矿粉沥青混合料填料试件， 与全矿粉AC-16C 沥青混合料结果比较可以得出如下结论：

(1)脱硫灰取代矿粉做沥青混合料的填料，所验证的各项指标均满足现行规范对沥青混合料AC-16C 技术指标要求。

(2)同比试验从车辙试验结果和冻融劈裂强度指标来看， 本次厂家提供的脱硫灰掺入对二者指标有一定的削弱效应， 但对水稳性这块因其含有一定量的氢氧化钙及副产物常含有一定量具有火山灰胶凝性物质， 故有一定加强作用。 该批次脱硫灰掺量建议可30%～50%替代矿粉，同时建议因脱硫灰颗粒较细，应适当调整矿质混合料配合比。

不同企业处理出来的脱硫灰矿物成分会因其烟气来源、脱硫工艺等因素不同而存在差异。 确定合理掺量，需对不同来源脱硫灰的理化性质进行细化分析， 同时脱硫灰替代填料用于沥青路面不仅是试验室验证， 更需进一步在试验路段验证，以求合理利用。