摘要:通過分析干法脫硫灰與各種不同產(chǎn)地礦粉的礦物組成、物理技術(shù)性質(zhì)等區(qū)別，替代天然礦粉可能性，通過試驗方法對脫硫灰瀝青混合料的材料性能、不同摻量的混合料性能進行分析，提出脫硫灰瀝青混合料的施工建議，為脫硫灰瀝青混合料推廣積累施工經(jīng)驗。

　　關(guān)鍵詞:脫硫灰;性能分析;瀝青混合料;摻量

　　1概述

　　瀝青混合料是由瀝青、粗集料、細集料及填料拌和而成。其中，填料目前主要是礦粉，礦粉作為不可再生資源，開采會產(chǎn)生水土流失和環(huán)境污染，所以尋求更為環(huán)保的材料替代就顯得尤為重要。而干法煙氣脫硫技術(shù)所具有的節(jié)能、節(jié)水、占地小及高效、多污染協(xié)同控制等優(yōu)點，被廣泛應用。其所產(chǎn)生的脫硫灰是一類粒徑細、呈干態(tài)的一般工業(yè)固體廢棄物，與天然礦粉在填充性能方面具有一定相似性。

　　由于脫硫灰中含有大量的能夠提高瀝青混合料中集料和瀝青黏附性、水穩(wěn)定性的氫氧化鈣(Ca(OH)2)，如果能將脫硫灰應用于瀝青混合料中，替代天然礦粉，不僅可以提高集料和瀝青的黏附性、水穩(wěn)定性，還可以有效的利用脫硫灰，解決因脫硫灰大量堆積而帶來的二次污染問題，實現(xiàn)資源的可循環(huán)利用，同時還能夠節(jié)約天然礦料等不可再生資源。所以，研究有關(guān)脫硫灰的綜合利用技術(shù)并有效合理的落地應用具有重大的社會和環(huán)境效益，符合建設“兩型社會”的要求。

　　2材料性能分析

　　2.1干法脫硫灰性能分析

　　1)干法脫硫灰是一種新型的一般工業(yè)固體廢棄物是利用消石灰在高濕度吸收塔中與煙氣中的二氧化硫反應脫硫形成，具有水的質(zhì)量分數(shù)低(一般在2%以內(nèi))、粒徑細(中粒徑約為10μm～30μm)，化學成分較復雜，硫和鈣的含量高等特點。主要成分為鈣基化合物，包括:亞硫酸鈣、碳酸鈣、消石灰等，且具有較高空隙率。

　　其中，碳酸鈣和石灰石礦粉一樣，可在瀝青混合料中起到填充的作用;亞硫酸鈣屬于惰性材料，與碳酸鈣類似，可用作瀝青混合料填料;消石灰顆粒細，堿性強，根據(jù)膠漿理論和化學反應理論可知，消石灰對于瀝青與集料的結(jié)合，尤其是與酸性細集料的結(jié)合具有較好的改善作用。為了分析干法脫硫灰與各種不同產(chǎn)地礦粉的區(qū)別，取福州、漳州等地礦粉進行比對(下文中取福州繞城某公路工程礦粉簡稱福州礦粉，漳州某項目部礦粉簡稱漳州礦粉)，本次作比對的幾種瀝青混合料填充料的化學成分。其中，福州礦粉以碳酸鈣為主，而漳州礦粉以二氧化硅為主。

　　在礦粉中添加一定比例的消石灰可以提高瀝青混合料的抗剝落能力。礦物組成檢測顯示，福州礦粉、漳州礦粉和三明某脫硫灰(三明某企業(yè)脫硫灰簡稱三明脫硫灰)含氫氧化鈣的量分別為6.62%，9.73%和3.89%;含碳酸鈣的量分別為91.75%，6.06%和20.31%。此外，脫硫灰中還含有55.60%的亞硫酸鈣。

　　2)干法脫硫灰與幾種不同產(chǎn)地礦粉技術(shù)性質(zhì)比較。取福州、漳州等地礦粉與三明脫硫灰進行比對，通過幾種原料的表觀密度、塑性指數(shù)和比表面積等參數(shù)對比試驗。脫硫灰表觀密度較小，比表面積最大，塑性指數(shù)居中，漳州礦粉比脫硫灰還大，無法滿足礦粉的指標要求。這與漳州礦粉中加入消石灰有關(guān)。

　　由此可見，三明脫硫灰實際使用時其物理技術(shù)性角度考慮可以替代礦粉。幾種瀝青混合料填充料的粒徑分布，脫硫灰和礦粉的粒徑分布相當。三明脫硫灰粒徑分布介于福州礦粉和漳州礦粉之間，三安脫硫灰(一種含高鈣量高的脫硫灰下文簡稱含鈣高脫硫灰)細粒含量、含鈣量較高。以下分析采用漳州礦粉和三明脫硫灰進行試驗分析(除特殊標注外)。

　　2.2其他材料

　　1)瀝青。為SBS改性瀝青。其中，針入度為55(0.1mm)，延度27mm，軟化點75.6℃。2)集料。集料采用玄武巖，其特點為堿性集料且與瀝青黏附性強，各集料技術(shù)性質(zhì)試驗值，材料其他指標均符合要求。3)填料。填料(脫硫灰)含水率0.84%，表觀密度2.512g/cm3，脫硫灰亞甲藍MBV=0.8，親水系數(shù)0.62，外觀無團粒結(jié)塊，粒度范圍符合規(guī)范要求。4)瀝青膠漿黏附性。分別采用原樣瀝青品種、改性瀝青、傳統(tǒng)填料和脫硫灰，結(jié)果表明對瀝青的黏附性能都是5級。5)試驗溫度等控制。瀝青加熱溫度165℃，集料加熱溫度185℃，拌和溫度控制在175℃左右。試驗過程證實瀝青混合料溫度控制可改善瀝青混合料施工時壓實度偏低問題。

　　3瀝青混合料試驗結(jié)果

　　本次瀝青混合料通過30%，50%，70%，100%不同脫硫灰替代量和不同含鈣量脫硫灰替代試驗，分析不同脫硫灰替代量和不同含鈣量脫硫灰對瀝青混合料路用性能影響。

　　3.1馬歇爾試件物理指標比較分析

　　1)馬歇爾試件的空隙率[1]。六組馬歇爾試件的空隙率變動差值，通過表干法試驗計算得全礦粉試件的空隙率為5.68%，可以看出含脫硫灰試件的空隙率:脫硫灰替代量少于50%馬歇爾試件的空隙率減少，超過50%馬歇爾試件的空隙率增加[2]。脫硫灰摻量瀝青混合料空隙率會比全礦粉瀝青混合料空隙率低，只有含鈣高脫硫灰壓實會比全礦粉瀝青混合料高一些。這可能是施工壓實度偏低原因之一[3]。

　　2)馬歇爾試件的瀝青飽和度。通過表干法試驗計算得全礦粉試件的瀝青飽和度為66.1%;脫硫灰替代量少于50%馬歇爾試件的瀝青飽和度減少，50%馬歇爾試件的瀝青飽和度最低，脫硫灰替代量超過50%馬歇爾試件的瀝青飽和度又增加[4]。瀝青飽和度大，易壓實，但會引起推移、泛油等病害;瀝青飽和度小，不易壓實，混合料容易松散。

　　3.2馬歇爾試件的穩(wěn)定度六組馬歇爾試件的穩(wěn)定度的變動差值，五組不同脫硫灰替代量穩(wěn)定度值均降低，但瀝青穩(wěn)定度均大于規(guī)范[5-7]要求最小值8kN。

　　3.3水穩(wěn)定性分別用30%，50%，70%和100%的脫硫灰替代漳州礦粉對瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度、流值和殘留穩(wěn)定度有一定程度的下降影響，但均大于規(guī)范要求。

　　3.4凍融劈裂強度試驗分別用30%，50%，70%和100%的脫硫灰替代漳州礦粉對瀝青混合料的凍融劈裂強度試驗，結(jié)果表明，隨著三明脫硫灰添加比例上升，其凍融劈裂強度比有一定程度下降。當選用氫氧化鈣含量較高的含高鈣脫硫灰時，其凍融劈裂強度比有一定提高。且均大于規(guī)范要求。

　　3.5高溫穩(wěn)定性用0%，30%，50%，70%和100%的脫硫灰替代漳州礦粉，雖然脫硫灰添加比例增加一定程度上降低了車轍動穩(wěn)定度，但都能滿足國家標準不小于3000次/mm的指標要求[8]。

　　3.6瀝青混合料試驗結(jié)論1)通過實驗室馬歇爾試件物理指標比較分析，施工時脫硫灰摻量在30%～70%的瀝青混合料壓實度可能會比全礦粉瀝青混合料增加一定難度。施工中建議通過調(diào)整集料配合比、控制施工溫度、瀝青油量等措施來改進。2)脫硫灰替代礦粉技術(shù)指標基本可以達到規(guī)范要求。

　　4現(xiàn)場施工要求[9]

　　4.1混合料拌和及拌和出場溫度控制脫硫灰和礦粉復合填料添加時，拌合站應增加粉罐，使兩個分料分開裝料，保證添加材料按比例混合摻配，保證混合料的級配保持穩(wěn)定。嚴控級配發(fā)生明顯的波動。通過實驗室馬歇爾試件物理指標比較分析，施工時脫硫灰摻量30%～70%瀝青混合料壓實可能會比全礦粉瀝青混合料增加難度。建議加強拌和出場溫度控制。混合料的拌和時間根據(jù)具體情況經(jīng)試拌確定，根據(jù)經(jīng)驗，在施工控制時，每鍋總拌和時間為56s，其中干拌時間為13s，必須經(jīng)過對現(xiàn)場拌和的混合料目測，混合料整體級配良好，油膜充分，無花白料及離析現(xiàn)象。

　　4.2混合料攤鋪采用兩臺攤鋪機成梯隊聯(lián)合或單機攤鋪施工，即內(nèi)側(cè)1臺攤鋪機，外側(cè)采用1臺伸縮型攤鋪機，有效確保外側(cè)加寬段的施工質(zhì)量，兩機搭接處有30mm～60mm左右寬度的瀝青混合料搭接，相鄰兩臺攤鋪機前后相距5m～10m，攤鋪時應做到螺旋布料要滿，螺旋末端安裝反向螺旋，料槽前段加裝彈性橡膠板，非必要情況下減少攤鋪機收斗進而有效避免攤鋪及溫度離析現(xiàn)象。若攤鋪后存在的局部離析部位，人工進行換填或撒布較細混合料。

　　4.3混合料碾壓在碾壓過程主要按照以下原則進行:1)在混合料攤鋪后較高溫度下緊跟進行碾壓，碾壓段長度控制在30m～50m，碾壓采用緊跟、慢壓、高頻、低幅、小水原則。2)壓路機前進靜壓后退振動碾壓1遍。碾壓時，壓路機從外側(cè)向中心碾壓，相鄰碾壓面重疊100mm～200mm，最后碾壓路中心部分。然后采用鋼輪和膠輪組合式碾壓復壓各3遍，最后采用鋼輪壓路機碾壓收光。

　　4.4性能檢驗在瀝青混合料攤鋪時，試驗人員要到現(xiàn)場隨機取有代表性的混合料，進行瀝青含量、礦料級配、馬歇爾試驗檢測。等路面完全冷卻或第二天進行路面實體檢測包括:現(xiàn)場施工平整度、壓實度等指標檢測。使施工過程中混合料產(chǎn)品質(zhì)量得到有效保證并及時反饋相關(guān)數(shù)據(jù)為后續(xù)施工提供技術(shù)支撐。

　　5結(jié)論

　　影響脫硫灰瀝青混合料性能的主要因素有瀝青用量、脫硫灰的性質(zhì)等，本次瀝青混合料試驗采用AC-16C，4.9%SBS改性瀝青，集料采用玄武巖，脫硫灰替代礦粉比例分別為0%，30%，50%，70%，100%脫硫灰，100%含鈣高脫硫灰六組，從試驗數(shù)據(jù)比較得出如下結(jié)論:

　　1)通過脫硫灰與礦粉技術(shù)性質(zhì)和粒徑篩分比較分析得出:脫硫灰表觀密度較小，比表面積最大，塑性指數(shù)居中，粒徑與礦粉相當，脫硫灰可以替代礦粉;同時試驗表明粒徑對瀝青混合料性能有一定影響，細粒含量高的脫硫灰替代礦粉對瀝青路面的性能不利影響比細粒含量低的脫硫灰大。2)含鈣量高脫硫灰對瀝青混合料黏附性能有有利影響。

　　3)從試驗數(shù)據(jù)看不同比例干法脫硫灰替代礦粉用于瀝青路面對其穩(wěn)定度、動穩(wěn)定度等都有一定程度下降，但各項指標均符合JTGF40—2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范，因此，利用脫硫灰部分或全部替代礦粉作為瀝青混合料的細填料具有較高的可行性。4)試驗發(fā)現(xiàn)同等條件下加脫硫灰(尤其脫硫灰摻量30%～70%瀝青混合料)比全礦粉施工壓實度偏低，建議加強拌和出場溫度控制。5)脫硫灰化學成分較復雜，硫和鈣的含量高等特點，還需進一步通過試驗論證脫硫灰中某些成分(如硫)對環(huán)境是否有影響。

　　參考文獻:

　　[1]陳艷瓊，高璋生.干法脫硫灰替代礦粉對瀝青路面性能影響研究[J].長春工程學院學報，2021(1):4-7.

　　[2]李萃斌，蘇達根，張子鋒.脫硫灰與石灰石礦粉復制瀝青填料研究[J].青島理工大學學報，2010，31(1):54-57.

　　[3]中華人民共和國行業(yè)標準.公路瀝青路面設計規(guī)范:JTGD50—2017[S].北京:人民交通出版社，2011.

　　[4]陳永瑞.干法脫硫灰的理化特性及其綜合利用現(xiàn)狀[J].福建師范大學福清分校學報，2019，153(2):15-20.

　　[5]中華人民共和國行業(yè)標準.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程:JTGE20—2011[S].北京:人民交通出版社，2004.

　　作者簡介:高璋生(1964-)，男，工程碩士，副教授高璋生1，陳錦輝1，蘇清發(fā)2，張李斌3