CN102731029A - 再生利用路基工程材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涉及建筑材料技术领域的再生利用路基工程材料及其制备方法，所述再生利用路基工程材料是以双组份再生粉体作为掺合料制备而成。本发明还公开了所述的再生利用路基工程材料的制备方法。本发明的再生利用路基工程材料能够满足对道路用材料技术指标的要求，性能好，采用双掺，能够节约资源，降低工程成本且适用面广。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种再生利用路基工程材料及其制备方法。
背景技术
道路工程材料包括路面材料和路基材料两类。道路工程材料的路面材料主要材料是沥青混凝土，路基材料主要是采用水泥等材料稳定碎石的半刚性混凝土。路基材料是需求量极大的材料。道路面积通常占城市面积的15%左右，城市越发达，道路面积占城市面积越大。据测算，我国每年公路、市政道路建设年需求10-15亿吨稳定碎石路基材料。
水泥是路基材料主要组成部分，降低水泥的使用量我国工业节能减排的主要内容。我国水泥产量年产20亿吨，其中30%左右用于道路工程，对于低强度指标要求的路基材料尽量寻求具有胶凝性质的废渣类粉体材料替代水泥，对水泥业节能减排意义巨大。
美国废旧混凝土再生材料50%用于道路铺设，我国建筑垃圾在道路中应用有极大的发展潜力。实践上，我国有用建筑垃圾铺设道路的应用，就是把建筑垃圾破碎后掺水泥拌制水泥稳定建筑垃圾。该种建筑垃圾道路铺设应用技术属于单掺再生材料技术和粗放利用技术范畴，即没有实现建筑垃圾综合利用。所谓建筑垃圾综合利用就是充分发挥不同建筑垃圾材性作用，以实现物尽其用。
废旧烧结粘土砖磨细后具有火山灰活性，适宜作为水泥基建材掺合料使用，既有利于节约水泥降低成本，又能改善水泥基建材材料性能。如何以合适的比例制备适用于道路不同基层的材料，充分发挥不同建筑垃圾材性作用，节约水泥等基建材料是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的首要目的就在于克服现有建筑垃圾道路应用技术所存在的不足，从而提供一种再生利用路基工程材料。
本发明的第二个目的在于提供所述再生利用路基工程材料的制备方法。
本发明的一种再生利用路基工程材料，所述再生利用路基工程材料是以双组份再生粉体作为掺合料制备而成。
所述双组份再生粉体包括活性材料和惰性材料。
所述活性材料为粒径≤80μm的微集料。
所述惰性材料为80μm＜粒径≤5000μm的细集料。
所述再生利用路基工程材料包括四种类型，分别为：水泥再生粉体稳定混凝土再生骨料、水泥再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料、石灰再生粉体稳定混凝土再生骨料和石灰再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料。
所述水泥再生粉体稳定混凝土再生骨料配方为：水泥2-4%；双组份再生粉体15-21%；混凝土再生骨料60-65%；砂料10-20%；膨胀类外加剂1-2%；纤维1-2%，其余为水。
所述水泥再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料配方为：水泥≤5%；双组份再生粉体10-20%；建筑垃圾混合再生骨料80-85%；砂料≤2%；其余为水。
所述石灰再生粉体稳定混凝土再生骨料配方为：石灰2-4%；双组份再生粉体7-15%；混凝土再生骨料60-70%；砂料≤20%；其余为水。
所述石灰再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料配方为：石灰≤15%；双组份再生粉体5-20%；建筑垃圾混合再生骨料80-83%；砂料≤2%；其余为水。
所述混凝土再生骨料是指由建筑垃圾中的废弃混凝土生产的粒径＞5mm的再生骨料。
所述砂料为再生砂或者天然砂。
所述再生砂是指由建筑垃圾生产的粒径≤5mm的再生细骨料。
所述建筑垃圾混合再生骨料是指由建筑垃圾生产的再生骨料，所述建筑垃圾混合再生骨料包括混杂物和土。
所述膨胀类外加剂为硫铝酸钙。
所述纤维为短切纤维。
本发明的一种再生利用路基工程材料制备方法，包括以下步骤：
第一步、水泥或石灰与双组份再生粉体混合搅拌成对应的水泥胶凝混合浆料或者石灰胶凝混合浆料；
第二步、所述水泥胶凝混合浆料或者石灰胶凝混合浆料、混凝土再生骨料和砂料搅拌成水泥再生粉体稳定混凝土再生骨料或石灰再生粉体稳定混凝土再生骨料；
本发明的另一种再生利用路基工程材料制备方法，包括以下步骤：
第一步、水泥或石灰与双组份再生粉体混合搅拌成对应的水泥胶凝混合浆料或者石灰胶凝混合浆料；
第二步、所述水泥胶凝混合浆料或者石灰胶凝混合浆料、建筑垃圾混合再生骨料和砂料搅拌成水泥再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料或石灰再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料。
本发明的有益效果在于：
1）本发明的再生利用路基工程材料满足《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034—2000）对道路用材料技术指标的如下要求：
水泥稳定土中碎石或砾石的压碎值应符合下列要求：
基层：
高速公路和一级公路 不大于30%
二级和二级以下公路 不大于35%
底基层：
高速公路和一级公路 不大于30%
二级和二级以下公路 不大于40%
石灰稳定土中碎石或砾石的压碎值应符合下列要求：
基层：
二级公路 不大于30%
二级以下公路 不大于35%
底基层：
高速公路和一级公路 不大于30%
二级和二级以下公路 不大于35%
级配碎石或级配碎砾石所用石料的压碎值应满足下列规定：
基层：
高速公路和一级公路 不大于26％
二级公路 不大于30％
二级以下公路 不大于35％
底基层：
高速公路和一级公路 不大于30％
二级公路 不大于35％
二级以下公路 不大于40％
2）本发明的再生利用路基工程材料性能好，双组份再生粉体的活性材料部分起到胶凝作用，双组份再生粉体的惰性材料部分起到填充作用，起到密实水稳作用，从而提高水稳抗渗性能作用。本发明的再生利用路基工程材料可以根据施工道路的特殊需要加入膨胀类外加剂和短切纤维，以达到抗裂和抗渗的效果。
3）本发明的再生利用路基工程材料采用双掺，能够节约资源。第一、掺入双组份再生粉体，该再生粉体具有胶凝性质的废渣类粉体材料，该再生粉体代替水泥，对水泥业节能减排意义巨大。据初步测算，我国年需求10吨水泥稳定碎石，大约需要4亿吨水泥，采用本发明的技术方案，可以节约50%水泥用量，全国推广可以节约2亿吨水泥。第二、掺入混凝土再生骨料或者建筑垃圾混合再生骨料代替天然材料，可以大量节约天然石材的开采。
4）本发明能够降低工程成本，如果某工厂年产100万吨水稳类材料，利用本发明技术可节约水泥2万吨/年，约降低成本600-800万元。
5）本发明的再生利用路基工程材料适用面广，适用于道路路基、底基层和基层的使用。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
本发明的一种再生利用路基工程材料，所述再生利用路基工程材料是以双组份再生粉体作为掺合料制备而成。
所述双组份再生粉体，就是环境友好粉体材料，是指用建筑垃圾专用磨粉设备研磨生产的粒径≤5000μm的再生骨料，该双组份再生粉体包括活性材料和惰性材料。
所述活性材料为粒径≤80μm的微集料。
所述惰性材料为80μm＜粒径≤5000μm的细集料。
所述混凝土再生骨料是指由建筑垃圾中的废弃混凝土生产的粒径＞5mm的再生骨料。
所述砂料为再生砂或者天然砂。
所述再生砂是指由建筑垃圾生产的粒径≤5mm的再生细骨料。
所述建筑垃圾混合再生骨料是指由建筑垃圾生产的再生骨料，所述建筑垃圾混合再生骨料包括混杂物和土。
所述再生利用路基工程材料包括四种类型，分别为：水泥再生粉体稳定混凝土再生骨料、水泥再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料、石灰再生粉体稳定混凝土再生骨料和石灰再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料。
实施例1、双组份再生粉体的制备
按照以下步骤制备本发明的双组份再生粉体：
A、通过预处理设备处置建筑垃圾，得到5mm≤粒径≤50mm的物料；
具体地，首先将建筑垃圾粗破，采用挤压破碎设备或冲击破碎设备等将建筑垃圾粗破碎至粒径100mm左右物料；接着将建筑垃圾中塑料、织物、木头之类轻质可燃物采用人工或机械的方式分拣去除；然后采用冲击破碎设备（反击破或粗锤破）实现建筑垃圾粗物料中破；同时，由于建筑垃圾中泥土强度较低，在高速旋转的破碎设备里，通过击、打、磨、搓等工艺，泥土迅速变成粉末，采用筛分机将不同粒径的物料分开以作不同方式处置，其中把粒径＜5mm含土量较大的物料剥离，粒径＜5mm含土量较大的物料筛分后直接输出作为路基材料等使用；回收5mm≤粒径≤50mm的物料作为下一道工序材料，粒径＞50mm物料返回中破的破碎设备中再破碎，其中粗破、中破、筛分过程后还包括磁选去除金属杂质的步骤。
B、将步骤A所得物料进一步制粉，得到粒径≤1000μm的粉体材料
具体地，采用粉磨设备（辊压机、锤磨机、冲击磨或立磨等）对建筑垃圾预处理获得的5mm≤粒径≤50mm物料进行研磨，经粉磨后的物料采用收尘设备（气箱脉冲收集器）收集粒径≤1000μm的粉体材料，粒径＞1000μm的物料可返回粉磨设备进一步研磨或者单独收集以作他用。
实施例2、水泥再生粉体稳定混凝土再生骨料的配制
按表1所示配方，将各组分按比例重量比（%）混合搅拌均匀，得到水泥再生粉体稳定混凝土再生骨料。
表1
| 1-1# | 1-2# | 1-3# | 1-4# | 1-5# | |
| 双组份再生粉体 | 15 | 18 | 21 | 12 | 22 |
| 混凝土再生粗骨料 | 60 | 60 | 65 | 61 | 58 |
| 再生砂或者天然砂 | 20 | 14 | 10 | 15 | 15 |
| 水泥 | 3 | 4 | 2 | 2 | 2 |
| 硫铝酸钙等膨胀类外加剂 | 1 | 2 | 1 | 1 | 1 |
| 短切纤维 | 1 | 2 | 1 | 1 | 1 |
按表1所示的配方，将各组分按比例混合搅拌均匀，作为基层使用，基层厚度20cm，采用路拌法施工，松铺系数采用1.25-1.4，压路机压实。
根据《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）以及《公路路基路面现场测试规程》（JTJ059-95）对表1配方基层进行测试，结果如表2所示：
表2
| 1-1# | 1-2# | 1-3# | 1-4# | 1-5# | |
| 压实度（%） | ≥97 | ≥97 | ≥97 | ≥88 | ≥85 |
| 7d无侧限抗压强度（MPa） | 2.82 | 3.05 | 3.33 | 2.05 | 1.85 |
| 回弹模量E0（MPa） | 152.7 | 137.3 | 289.0 | 110.2 | 112.5 |
| 回弹弯沉（0.01mm） | 53 | 25 | 31 | 20 | 21 |
根据对基层进行测试的实验数据，采用1-1#、1-2#和1-3#的配制比例，压实度均≥97，其它参数也符合标准。根据1-4#和1-5#的配制比例所得到的参数，与1-1#、1-2#和1-3#的参数比较均大幅减小。
所以，根据1-1#、1-2#和1-3#的配制比例得到水泥再生粉体稳定混凝土再生骨料配方的优选范围是：水泥2-4%；双组份再生粉体15-21%；混凝土再生骨料60-65%；砂料10-20%；膨胀类外加剂1-2%；纤维1-2%，其余为水。
实施例3、水泥再生粉体稳定混凝土再生骨料的制备方法
第一步、水泥与双组份再生粉体混合搅拌成水泥胶凝混合浆料；
第二步、所述水泥胶凝混合浆料、混凝土再生骨料和砂料搅拌成水泥再生粉体稳定混凝土再生骨料。
所述砂料为再生砂或者天然砂。
实施例4、水泥再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料的配制
按表3所示配方，将各组分按比例重量比（%）混合搅拌均匀，得到水泥再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料。
表3
| 2-1# | 2-2# | 2-3# | 2-4# | 2-5# | |
| 双组份再生粉体 | 20 | 12 | 10 | 9 | 21 |
| 建筑垃圾混合再生骨料 | 80 | 81 | 85 | 87 | 77 |
| 再生砂或者天然砂 | 0 | 1 | 2 | 1 | 1 |
| 水泥 | 0 | 5 | 3 | 2 | 0 |
按表3所示的配方，将各组分按比例混合搅拌均匀，作为道路底基层使用，道路底基层厚度20cm，采用路拌法施工，松铺系数采用1.25-1.4，压路机压实。
根据《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）以及《公路路基路面现场测试规程》（JTJ059-95）对表3配方底基层进行测试，结果如表4所示：
表4
| 2-1# | 2-2# | 2-3# | 2-4# | 2-5# | |
| 压实度（%） | ≥95 | ≥95 | ≥95 | ≥80 | ≥80 |
| 7d无侧限抗压强度（MPa） | 1.77 | 2.50 | 2.32 | 1.25 | 1.15 |
| 回弹模量E0（MPa） | 77.5 | 117.8 | 92.9 | 56.5 | 50.4 |
| 回弹弯沉（0.01mm） | 116 | 60 | 178 | 50 | 45 |
根据对底基层进行测试实验数据，采用2-1#、2-2#和2-3#的配制比例，压实度均≥95，其它参数也符合标准。根据2-4#和2-5#的配制比例所得到的参数，与2-1#、2-2#和2-3#的参数比较均大幅减小。
所以，根据2-1#、2-2#和2-3#的配制比例得到水泥再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料配方的优选范围是：水泥≤5%；双组份再生粉体10-20%；建筑垃圾混合再生骨料80-85%；砂料≤2%；其余为水。
实施例5、水泥再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料的制备方法
第一步、水泥与双组份再生粉体混合搅拌成水泥胶凝混合浆料；
第二步、所述水泥胶凝混合浆料、建筑垃圾混合再生骨料和砂料搅拌成水泥再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料。
所述砂料为再生砂或天然砂。
实施例6、石灰再生粉体稳定混凝土再生骨料的配制
按表5所示配方，将各组分按比例重量比（%）混合搅拌均匀，得到石灰再生粉体稳定混凝土再生骨料。
表5
| 3-1# | 3-2# | 3-3# | 3-4# | 3-5# | |
| 双组份再生粉体 | 7 | 12 | 15 | 5 | 17 |
| 混凝土再生骨料 | 68 | 65 | 60 | 72 | 58 |
| 再生砂或者天然砂 | 18 | 19 | 20 | 18 | 20 |
| 石灰 | 2 | 4 | 3 | 2 | 3 |
按表5所示的配方，将各组分按比例混合搅拌均匀，作为道路底基层使用，道路底基层厚度20cm，采用路拌法施工，松铺系数采用1.25-1.4，压路机压实。
根据《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）以及《公路路基路面现场测试规程》（JTJ059-95）对表1配方路基进行测试，结果如表6所示：
表6
| 3-1# | 3-2# | 3-3# | 3-4# | 3-5# | |
| 压实度（%） | ≥95 | ≥95 | ≥95 | ≥80 | ≥80 |
| 7d无侧限抗压强度（MPa） | 1.20 | 1.50 | 2.12 | 0.80 | 0.80 |
| 回弹模量E0（MPa） | 76.5 | 88.8 | 90.0 | 69.8 | 68.5 |
| 回弹弯沉（0.01mm） | 133 | 80 | 155 | 50 | 52 |
根据对底基层进行测试实验数据，采用3-1#、3-2#和3-3#的配制比例，压实度均≥95，其它参数也符合标准，3-1#、3-2#和3-3#的配制比例是在优选范围内。根据3-4#和3-5#的配制比例所得到的参数，与3-1#、3-2#和3-3#的参数比较均大幅减小。
所以，根据3-1#、3-2#和3-3#的配制比例得到石灰再生粉体稳定混凝土再生骨料配方的优选范围是：石灰2-4%；双组份再生粉体7-15%；混凝土再生骨料60-70%；砂料≤20%；其余为水。
实施例7、石灰再生粉体稳定混凝土再生骨料的制备方法
第一步、石灰与双组份再生粉体混合搅拌成石灰胶凝混合浆料；
第二步、所述石灰胶凝混合浆料、混凝土再生骨料和砂料搅拌成石灰再生粉体稳定混凝土再生骨料。
所述砂料为再生砂或天然砂。
实施例8、石灰再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料的配制
按表7所示配方，将各组分按比例重量比（%）混合搅拌均匀，得到石灰再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料。
表7
| 4-1# | 4-2# | 4-3# | 4-4# | 4-5# | |
| 双组份再生粉体 | 20 | 10 | 5 | 22 | 3 |
| 建筑垃圾混杂再生骨料 | 80 | 83 | 80 | 73 | 85 |
| 再生砂或者天然砂 | 0 | 1 | 0 | 1 | 2 |
| 石灰 | 0 | 4 | 15 | 2 | 9 |
按表7所示的配方，将各组分按比例混合搅拌均匀，作为道路底基层使用，道路底基层厚度20cm，采用路拌法施工，松铺系数采用1.25-1.4，压路机压实。
根据《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）以及《公路路基路面现场测试规程》（JTJ059-95）对表7配方底基层进行测试，结果如表8所示：
表8
| 4-1# | 4-2# | 4-3# | 4-4# | 4-5# | |
| 压实度（%） | ≥93 | ≥93 | ≥93 | ≥85 | ≥85 |
| 7d无侧限抗压强度（MPa） | 0.53 | 0.97 | 0.89 | 0.25 | 0.22 |
| 回弹模量E0（MPa） | 48.9 | 56.6 | 91.3 | 30.5 | 28.8 |
| 回弹弯沉（0.01mm） | 131 | 153 | 260 | 80 | 88 |
根据对底基层进行测试实验数据，采用4-1#、4-2#和4-3#的配制比例，压实度均≥95，其它参数也符合标准，4-1#、4-2#和4-3#的配制比例是在优选范围内。根据4-4#和4-5#的配制比例所得到的参数，与4-1#、4-2#和4-3#的参数比较均大幅减小。
所以，根据4-1#、4-2#和4-3#的配制比例得到石灰再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料配方的优选范围是：石灰≤15%；双组份再生粉体5-20%；建筑垃圾混合再生骨料80-83%；砂料≤2%；其余为水。
实施例9、石灰再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料的制备方法
第一步、石灰与双组份再生粉体混合搅拌成石灰胶凝混合浆料；
第二步、所述石灰胶凝混合浆料、建筑垃圾混合再生骨料和砂料搅拌成石灰再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料。
所述砂料为再生砂或天然砂。
Claims (9)
1.一种再生利用路基工程材料，其特征在于，所述再生利用路基工程材料是以双组份再生粉体作为掺合料制备而成；
所述双组份再生粉体包括活性材料和惰性材料；
所述活性材料为粒径≤80μm的微集料；
所述惰性材料为80μm＜粒径≤5000μm的细集料。
2.如权利要求1所述的再生利用路基工程材料，其特征在于，所述再生利用路基工程材料包括四种类型，分别为：水泥再生粉体稳定混凝土再生骨料、水泥再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料、石灰再生粉体稳定混凝土再生骨料和石灰再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料。
3.如权利要求2所述的再生利用路基工程材料，其特征在于，所述水泥再生粉体稳定混凝土再生骨料配方为：水泥2-4%；双组份再生粉体15-21%；混凝土再生骨料60-65%；砂料10-20%；膨胀类外加剂1-2%；纤维1-2%，其余为水；
所述石灰再生粉体稳定混凝土再生骨料配方为：石灰2-4%；双组份再生粉体7-15%；混凝土再生骨料60-70%；砂料≤20%；其余为水。
4.如权利要求2所述的再生利用路基工程材料，其特征在于，所述水泥再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料配方为：水泥≤5%；双组份再生粉体10-20%；建筑垃圾混合再生骨料80-85%；砂料≤2%；其余为水；
所述石灰再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料配方为：石灰≤15%；双组份再生粉体5-20%；建筑垃圾混合再生骨料80-83%；砂料≤2%；其余为水。
5.如权利要求3所述的再生利用路基工程材料，所述混凝土再生骨料是指由建筑垃圾中的废弃混凝土生产的粒径＞5mm的再生骨料。
6.如权利要求3或4所述的再生利用路基工程材料，其特征在于，所述砂料 为再生砂或者天然砂；
所述再生砂是指由建筑垃圾生产的粒径≤5mm的再生细骨料。
7.如权利要求4所述的再生利用路基工程材料，其特征在于，所述建筑垃圾混合再生骨料是指由建筑垃圾生产的再生骨料，所述建筑垃圾混合再生骨料包括混杂物和土。
8.一种如权利要求1至7任一所述的再生利用路基工程材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、水泥或石灰与双组份再生粉体混合搅拌成对应的水泥胶凝混合浆料或者石灰胶凝混合浆料；
第二步、所述水泥胶凝混合浆料或者石灰胶凝混合浆料、混凝土再生骨料和砂料搅拌成水泥再生粉体稳定混凝土再生骨料或石灰再生粉体稳定混凝土再生骨料。
9.一种如权利要求1至7任一所述的再生利用路基工程材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、水泥或石灰与双组份再生粉体混合搅拌成对应的水泥胶凝混合浆料或者石灰胶凝混合浆料；
第二步、所述水泥胶凝混合浆料或者石灰胶凝混合浆料、建筑垃圾混合再生骨料和砂料搅拌成水泥再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料或石灰再生粉体稳定建筑垃圾混合再生骨料。
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| CN112110705A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-12-22 | 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 | 一种建筑垃圾再生利用的自修复型半刚性基层材料 |
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2012
- 2012-06-20 CN CN2012102056676A patent/CN102731029A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103253882A (zh) * | 2013-05-14 | 2013-08-21 | 上海国砼环保设备有限公司 | 低能耗环境友好型建渣再生砂粉混合材料及其制备方法 |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121017 |