CN106946501B - 废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料，所述的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料是以废弃水泥混凝土再生集料、石灰岩矿粉、沥青以及沥青温拌剂为原材料制成。本发明将废弃水泥混凝土再生集料与泡沫沥青温拌技术两大道路环保技术结合，弥补了单纯使用沥青温拌工艺导致沥青混合料路用性能可能下降的不足，使其在不低于热拌沥青混合料路用性能指标的情况下，不仅可以减少建筑废弃物污染，节省天然集料资源，而且能够降低热拌沥青混合料生产和铺筑时的能源消耗和废气排放，同时达到建筑废弃物资源化利用和节能减排的双重环保目标。本发明的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料可以用于铺筑沥青路面上面层、中面层和下面层。

Description

废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种沥青混合料，具体地说，涉及废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料及其制备方法。
背景技术
随着我国城市建设规模的不断扩大，建筑垃圾年产生量以8％的速度逐年增多，在我国，建筑垃圾资源化利用能力很低，全国平均综合利用率不足5％，远低于欧美、日本等发达国家。建筑垃圾绝大部分未经处理，直接运往郊外或乡村采用露天堆放或填埋的方式进行处理，需耗用大量的征地费、垃圾清运费、处理费等建设费用；同时，清运和堆放过程中的遗散和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染。由于城市破旧建筑物的拆除、城市道路白改黑等改造工程的逐步实施，废弃水泥混凝土已经成为城市建筑垃圾的主要形式。目前我国利用废弃水泥混凝土生产出的再生集料的颗粒形状和级配都不好，故其性能较差，一般只能用于低强度的混凝土及其制品，用途比较单一。
近年来再生集料生产工艺逐步完善，国内开始研究将再生集料用于制备热拌沥青混合料，扩展了再生集料的应用范围，但再生集料热拌沥青混合料仍然需要将原材料加热到相当高的温度，不仅需要消耗大量的能源，而且在生产和施工的过程中还会排放出大量的废气，严重影响周围环境。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，同时解决废弃水泥混凝土和热拌沥青混合料废气排放引起的污染环境、天然集料浪费资源、热拌沥青混合料能源消耗大以及天然集料温拌沥青混合料路用性能有所下降等问题。使用本发明后能够提高建筑废弃物的利用率，减少热拌沥青混合料加热施工带来的大量能源消耗和废气排放对环境的污染，提高温拌沥青混合料的路用性能。
本发明提供了一种废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料，所述废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的原料包括：废弃水泥混凝土再生集料、石灰岩矿粉、沥青以及沥青温拌剂。
所述废弃水泥混凝土再生集料是选取已达使用年限的城市道路破旧水泥混凝土路面板块作为加工原料，将其破碎成粒径不超过30mm的集料并用方孔筛筛分直至其级配满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》要求的粗、细集料，所述废弃水泥混凝土再生集料表面孔隙较多且较粗糙，这主要是因为部分集料是由水泥砂浆包裹石子形成的。由于强化了加工细节，粗颗粒形状基本接近立方体且棱角分明，符合沥青混合料对集料外观的要求；
所述石灰岩矿粉为本领域常规石灰岩矿粉，其各项指标满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》要求；
所述沥青为本领域常规A级70号道路石油沥青，其各项指标满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》要求；
所述沥青温拌剂为常州信拓路面科技有限公司生产的XT-W3型沥青温拌剂，其属于发泡型温拌剂，其自身含有20％的结晶水，当沥青混合料的拌和温度达到85℃以上时水分会自动散失出来使沥青发泡，降低了热沥青粘度，从而保证了低温下沥青结合料牢牢裹覆在集料周围，达到低温拌和的效果；
所述废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料中的废弃水泥混凝土再生集料包括粒径为19～26.5mm的再生集料、粒径为16～19mm的再生集料、粒径为9.5～16mm的再生集料、粒径为4.75～9.5mm的再生集料、粒径为2.36～4.75mm的再生集料和粒径为0～2.36mm的再生集料；
所述废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料中的粒径为19～26.5mm的再生集料、粒径为16～19mm的再生集料、粒径为9.5～16mm的再生集料、粒径为4.75～9.5mm的再生集料、粒径为2.36～4.75mm的再生集料、粒径为0～2.36mm的再生集料和矿粉的重量比为0～14：0～12：8～28：24～28：17～18：17～33：2～4；
所述废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料中的沥青油石比为4.3％～4.6％，沥青油石比是废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料中所用沥青质量与再生集料和矿粉总质量的比例。
所述废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料中的XT-W3型沥青温拌剂用量为沥青用量的6％。
所述废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的制备方法包括如下步骤：
(1)获取已达使用年限的城市道路破旧水泥混凝土路面板块作为加工原料，将其破碎成粒径不超过30mm的石子；
(2)将所述破碎的石子用标准方孔筛筛分直至其级配满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》要求的包括粒径为19～26.5mm、粒径为16～19mm、粒径为9.5～16mm、粒径为4.75～9.5mm、粒径为2.36～4.75mm和粒径为0～2.36mm等各规格的粗、细集料；
(3)依据废弃水泥混凝土再生集料和矿粉的重量比称取规定重量的所述各规格的废弃水泥混凝土再生集料，并用烘箱加热至120～140℃，优选为130℃，再倒入沥青混合料拌和机中；
(4)依据所述XT-W3型沥青温拌剂用量称取规定重量的所述XT-W3型温拌剂，并倒入拌和机中干拌30秒左右；
(5)依据所述沥青油石比称取加热至140～160℃的规定重量的所述沥青，优选沥青加热温度为150℃，并倒入拌和机中湿拌150秒左右，再加入保温的矿粉拌和至均匀为止，总拌和时间约为3分钟，即得到目标混合料。
所述废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料拌和过程中XT-W3型沥青温拌剂中的结晶水被激发出来，从而使沥青产生连续的发泡反应，泡沫起到润滑剂的作用，从而使混合料在较低温度下拌和均匀。
本发明的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料是将回收的废弃水泥混凝土破碎成级配合理的再生集料，利用温拌沥青技术配制成的一种新型低碳环保路面材料，该材料将废弃水泥混凝土再生集料与沥青温拌技术两大道路环保技术结合，弥补了单纯使用沥青温拌工艺导致沥青混合料路用性能可能下降的不足，使其在不低于热拌沥青混合料路用性能指标的情况下，不仅可以减少建筑废弃物污染，节省天然集料资源，而且能够降低热拌沥青混合料生产和铺筑时的能源消耗和废气排放，同时达到建筑废弃物资源化利用和节能减排的双重环保目标，对于我国建立资源节约型社会，发展循环型经济，对改造生态环境都具有极其重要的意义。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明利用废弃水泥混凝土路面板块破碎加工成能用于制备沥青混合料的再生集料，节约了天然集料资源，节省了用于堆放或填埋废弃水泥混凝土的大量征地费、垃圾清运费、处理费等费用，变废为宝，提高了建筑垃圾综合利用率；
(2)本发明制备废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料时的再生集料加热温度、拌和温度、出料温度和成型温度均低于天然石灰岩集料热拌沥青混合料30℃左右，故能减少施工能源消耗和废气排放；
(3)本发明中，废弃水泥混凝土再生集料的多孔结构增强了与沥青的粘附性，弥补了常规天然集料温拌沥青混合料单纯使用沥青温拌工艺可能降低沥青与集料粘附性的不足，使废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性等路用性能指标不低于热拌沥青混合料。
具体实施方式
为进一步阐述本发明的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料及其制备方法，下面结合具体实施方式做详细说明。
实施例1
本实施例是按照《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》中的公称最大粒径为16mm的连续型密级配的级配要求制备的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料，其原材料如下：
1、本实施例选取四档废弃水泥混凝土再生集料：粒径为9.5～16mm的再生集料、粒径为4.75～9.5mm的再生集料、粒径为2.36～4.75mm的再生集料、粒径为0～2.36mm的再生集料，其表观相对密度如表1所示，各档废弃水泥混凝土再生集料的表观相对密度满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》要求。废弃水泥混凝土再生粗集料(粒径＞2.36mm)的压碎值和洛杉矶磨耗损失等力学性能指标的试验结果如表2所示，从表2中可看出废弃水泥混凝土再生粗集料的压碎值和洛杉机磨耗损失等力学性能均能够满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》的要求。
表1废弃水泥混凝土再生集料的表观相对密度
表2废弃水泥混凝土再生粗集料的压碎值和洛杉机磨耗损失
2、本实施例中的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料中各档再生集料与矿粉的重量份数比例如下：9.5～16mm再生集料19份、4.75～9.5mm再生集料28份、2.36～4.75mm再生集料17份、0～2.36mm再生集料33份、矿粉3份。
3、本实施例中的沥青为本领域常规A级70号道路石油沥青，其各项指标满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》要求，废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料中沥青油石比为4.6％。
4、本实施例中的沥青温拌剂选用XT-W3型沥青温拌剂，废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料中的XT-W3型沥青温拌剂用量与沥青的重量份数如下：XT-W3型沥青温拌剂6份、沥青94份。
本实施例中的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的制备步骤如下：
(1)获取已达使用年限的城市道路破旧水泥混凝土路面板块作为加工原料，将其破碎成粒径不超过30mm的石子，选取级配满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》要求的四档集料：粒径为9.5～16mm、粒径为4.75～9.5mm、粒径为2.36～4.75mm和粒径为0～2.36mm；
(2)依据废弃水泥混凝土再生集料和矿粉的重量比称取上述重量份数的所述各档的废弃水泥混凝土再生集料，并用烘箱加热至130℃，再倒入沥青混合料拌和机中；
(3)依据XT-W3型沥青温拌剂上述用量称取XT-W3型温拌剂，并倒入拌和机中干拌30秒左右；
(4)依据上述沥青油石比称取加热至150℃的沥青，并倒入拌和机中湿拌150秒左右，再加入保温的矿粉拌和至均匀为止，总拌和时间约为3分钟，即得到目标混合料。
实施例2
本实施例是按照《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》中的公称最大粒径为为19mm的连续型密级配制备的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料，本实施例的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料与实施例1相同，仅仅废弃水泥混凝土再生集料的粒径规格和所用各原材料的重量份数不同。
1、本实施例选取五档废弃水泥混凝土再生集料：粒径为16～19mm的再生集料、粒径为9.5～16mm的再生集料、粒径为4.75～9.5mm的再生集料、粒径为2.36～4.75mm的再生集料、粒径为0～2.36mm的再生集料，其表观相对密度如表3所示，各档废弃水泥混凝土再生集料的表观相对密度满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》要求。本实施例的废弃水泥混凝土再生粗集料的压碎值和洛杉矶磨耗损失等力学性能指标的试验结果同实施例1。
表3废弃水泥混凝土再生集料的表观相对密度
2、本实施例中的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料中各档再生集料与矿粉的重量份数如下：16～19mm再生集料10份、9.5～16mm再生集料28份、4.75～9.5mm再生集料24份、2.36～4.75mm再生集料18份、0～2.36mm再生集料18份、矿粉2份；本实施例中的沥青油石比为4.5％，XT-W3型沥青温拌剂所占重量份数与实施例1相同。
3、本实施例中的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例是按照《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》中的公称最大粒径为为26.5mm的连续型密级配制备的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料，本实施例的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料与实施例1相同，仅仅废弃水泥混凝土再生集料的粒径规格和所用各原材料的重量份数不同。
1、本实施例选取六档废弃水泥混凝土再生集料：粒径为19～26.5mm的再生集料、粒径为16～19mm的再生集料、粒径为9.5～16mm的再生集料、粒径为4.75～9.5mm的再生集料、粒径为2.36～4.75mm的再生集料、粒径为0～2.36mm的再生集料，其表观相对密度如表4所示，各档废弃水泥混凝土再生集料的表观相对密度满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》要求。本实施例的废弃水泥混凝土再生粗集料的的压碎值和洛杉矶磨耗损失等力学性能指标的试验结果同实施例1。
表4废弃水泥混凝土再生集料的表观相对密度
2、本实施例中的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料中各档再生集料与矿粉的重量份数如下：19～26.5mm再生集料14份、16～19mm再生集料12份、9.5～16mm再生集料8份、4.75～9.5mm再生集料27份、2.36～4.75mm再生集料18份、0～2.36mm再生集料17份、矿粉4份；本实施例中的沥青油石比为4.3％，XT-W3型沥青温拌剂所占重量份数与实施例1相同。
3、本实施例中的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的制备方法同实施例1。
将各实施例制备的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料进行路用性能检测，其检测方法和结果如下：
1、高温稳定性检测
本实施例采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20—2011)》中的60℃时的马歇尔稳定度试验和车辙试验检测废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的高温稳定性，检测结果见表5。
表5废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料高温稳定性检测结果
从表5中试验结果可看出废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的各项高温性能指标均满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》的要求。
2、低温抗裂性检测
本实施例采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20—2011)》中的-10℃时的低温弯曲试验评价废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的低温抗裂性能，检测结果见表6。
表6废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料低温抗裂性检测结果
从表6中试验结果可看出废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的低温抗裂性指标均满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》的要求。
3、水稳定性检测
本实施例采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20—2011)》中的浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的水稳定性，检测结果见表7。
表7废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料水稳定性检测结果
从表7中试验结果可看出废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的各项水稳定性指标均满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》的要求。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料，其特征在于，所述的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料是以废弃水泥混凝土再生集料、石灰岩矿粉、沥青以及沥青温拌剂为原材料制成；
所述废弃水泥混凝土再生集料包括粒径为19~26.5mm的再生集料、粒径为16~19mm的再生集料、粒径为9.5~16mm的再生集料、粒径为4.75~9.5mm的再生集料、粒径为2.36~4.75mm的再生集料和粒径为0~2.36mm的再生集料；
所述废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料中的粒径为19~26.5mm的再生集料、粒径为16~19mm的再生集料、粒径为9.5~16mm的再生集料、粒径为4.75~9.5mm的再生集料、粒径为2.36~4.75mm的再生集料、粒径为0~2.36mm的再生集料和矿粉的重量比为0~14：0~12：8~28：24~28：17~18：17~33：2~4；
沥青油石比为4.3%~4.6%；沥青油石比是废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料中所用沥青质量与再生集料和矿粉总质量的比例；
所述沥青温拌剂为常州信拓路面科技有限公司生产的XT-W3型沥青温拌剂，所述沥青温拌剂用量为沥青用量和沥青温拌剂用量总和的6% 。
2.如权利要求1所述的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）获取已达使用年限的城市道路破旧水泥混凝土路面板块作为加工原料，将其破碎成粒径不超过30mm的石子；
（2）将破碎后的石子用标准方孔筛筛分直至其级配满足《公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）》要求的包括粒径为19~26.5mm、粒径为16~19mm、粒径为9.5~16mm、粒径为4.75~9.5mm、粒径为2.36~4.75mm和粒径为0~2.36mm各规格的粗、细集料；
（3）依据废弃水泥混凝土再生集料和矿粉的重量比称取规定重量的各规格的废弃水泥混凝土再生集料，并用烘箱加热至120~140℃，再倒入沥青混合料拌和机中；
（4）依据所述沥青温拌剂用量称取规定重量的所述温拌剂，并倒入拌和机中干拌30秒；
（5）依据所述沥青油石比称取加热至140~160℃的规定重量的所述沥青，并倒入拌和机中湿拌150秒，再加入保温的矿粉拌和至均匀为止，总拌和时间为3分钟，即得到目标混合料。
3.根据权利要求2所述的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（3）中，用烘箱加热至130℃。
4.根据权利要求2所述的废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（5）中，沥青加热至150℃。
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