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综述:再生混凝土与陶瓷骨料增强沥青-混凝土复合材料的力学性能与耐久性
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月13日 来源:MethodsX 1.7
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(推荐语)本研究创新性地采用废弃陶瓷(porcelain)替代部分再生混凝土骨料(RCA),通过马歇尔稳定度(Marshall stability)、轮迹试验(wheel tracking)和伯姆磨损测试(B?hme abrasion)验证了25%陶瓷掺量可提升沥青混合料体积密度(Gmb=2.24)、流动值(4.6mm)及稳定性(33kN),为可持续道路工程提供了兼具环境效益与机械性能的优化方案。
背景
沥青路面技术随着车辆增长不断演进,亟需兼具耐久性与可持续性的材料。自1980年代以来,传统筑路材料开始与非常规废弃物结合,其中再生混凝土骨料(RCA)的应用已取得阶段性成果。然而,RCA存在剥离风险和技术性能不足的缺陷。本研究另辟蹊径,探索用废弃陶瓷替代RCA对沥青-混凝土复合材料性能的影响,旨在实现环境治理与材料强化的双重目标。
材料与方法
研究采用伊拉克Erbil市拆除建筑产生的废弃陶瓷和RCA,结合40-60级沥青(Lanaz炼油厂)进行实验。陶瓷骨料表现出低吸水性(0.57%)和高密度(2.27 g/cm3
),而RCA吸水性达5.34%。通过四种配比设计(M1纯RCA;M2 25%陶瓷;M3 40%陶瓷;M4 60%陶瓷),采用ASTM D6927标准制备马歇尔试件。关键测试包括:
结果与讨论
力学性能方面,25%陶瓷掺量(M2)展现出最优综合性能:
体积密度(Gmb)提升6%至2.24 g/cm3
60°C马歇尔稳定度达33kN(较纯RCA提高6.4%)
流值从3.5mm增至4.6mm,体现更佳塑性变形能力
耐久性测试揭示:
M2抗车辙荷载达732.1kN,比M4提高22%
伯姆磨损率降低20%,证实陶瓷的耐磨优势
IRS指数显示M2具有最优应力抵抗能力
但温度敏感性分析发现,陶瓷掺量使TS值升高18%,提示高温环境下需谨慎控制掺比。微观上,超过25%的陶瓷添加会导致扁平颗粒堆积形成空隙(M4密度降至2.068 g/cm3
),这解释了60%掺量时性能下降的现象。
结论与展望
研究证实25%陶瓷替代RCA可显著提升沥青混合料的机械强度和耐久性,同时实现废弃物资源化。该方案为可持续基础设施建设提供了新思路,建议后续结合动态剪切流变仪(DSR)深入研究改性沥青的流变特性。筑路材料的"变废为宝"不仅缓解环境压力,更开辟了循环经济在土木工程中的创新应用路径。
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