CN108358538A - 复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料及其制备方法 - Google Patents

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包洵
王朝辉
冯纪兵
赵艳辉
张军奇
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Abstract

本发明公开了一种复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料及其制备方法。该基层混合料，由下列重量份的原料制成：骨料100份、水泥3～7份、复合改性材料0.09～0.49份、橡胶颗粒0.2～1.2份、玄武岩纤维0.05～0.2份、水5.6～6.6份。所述掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料具有优异的干缩、温缩、抗冻性能及抗压等力学强度。本发明还公开了掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料的制备方法，该制备方法所用原料来源广泛、价格低廉，制备过程简单，具有经济和社会双重效益。

Description

复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路工程材料技术领域，具体涉及一种复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料及其制备方法。
背景技术
随着经济的快速发展，我国的公路建设也保持持续的高速发展，其中，水泥稳定碎石半刚性基层以其较高的强度，较低的造价和广泛的原材料来源，而被大量的应用到各等级公路基层或底基层中。但是，目前的水泥稳定碎石半刚性基层容易产生收缩开裂，从而引起面层开裂，进而缩短路面的使用寿命。此外，水泥稳定碎石半刚性基建设中普遍采用不可再生的天然集料，生产成本高。
建筑垃圾是指在拆迁、建设、装修、修缮等生产过程中产生的渣土、废旧混凝土、废旧砖石及其他废弃物的统称。随着城市建设的发展，建筑垃圾已经成为我国城市垃圾的主要组成部分，已占到城市垃圾总量的30%～40%。大量的建筑垃圾既占地，又有碍于城市美观。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，旨在循环再利用城市建筑垃圾的同时提高水泥稳定再生基层混合料的路用性能。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，由下列重量份的原料制成：骨料100份、水泥3～7份、复合改性材料0.09～0.49份、橡胶颗粒0.2～1.2份、玄武岩纤维0.05～0.2份、水5.6～6.6份。
优选的，该复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料由下列重量份的原料制成：骨料100份、水泥4～6份、复合改性材料0.15~0.35份、橡胶0.4～1.0份、玄武岩纤维0.07～0.15份、水6.0～6.4份。
优选的，该复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料由下列重量份的原料制成：骨料100份、水泥5份、复合改性材料0.25份、橡胶0.5～0.7份、玄武岩纤维0.1～0.12份、水6.2份。
优选的，所述复合改性材料由硅藻土与纳米碳酸钙按2:1～5:2的重量比组成。
优选的，所述硅藻土与纳米碳酸钙的重量比为3.5:1.5。
优选的，所述水泥的型号为PC32.5、PC42.5、PSA32.5、PSA42.5、PP32.5、PP42.5、PO32.5、PO42.5中的至少一种；所述橡胶颗粒由废旧橡胶制品制成。
优选的，所述骨料包含再生骨料40～60份、天然骨料40～60份；所述再生骨料由建筑垃圾制成，所述天然骨料由连续级配碎石和普通河砂组成；所述再生骨料的粒径为0-37.5mm，所述天然骨料的粒径为0-31.5mm。
优选的，所述骨料的级配类型参照《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）表4.5.2，即如下表1所示C-A-1、C-A-2、C-A-3、C-A-4四种类型。
表1 水泥稳定材料的推荐级配范围（%）
。
另一方面，本发明还公开了上述复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备橡胶颗粒：将废旧橡胶制品加工破碎成粒径为1～2mm的橡胶颗粒；
（2）制备玄武岩纤维：将玄武岩石料在1450～1500℃熔融，之后，由铂铑合金拉丝漏板拉制成连续纤维，将所述连续纤维切割成11～13mm长的玄武岩纤维；
（3）制备骨料：将建筑垃圾采用颚式破碎机进行破碎、之后，采用震击式标准振筛机进行筛分，即得到再生骨料及其基础筛分级配曲线；选用筛分后的碎石和普通河砂组成天然骨料；选择适合粒径的所述再生骨料40～60份和天然骨料40～60份混合，即得到骨料；所述骨料符合《公路路面基层施工技术细则》（JTG/TF 20 -2015）中对路面基层骨料的级配要求。
（4）制备的复合改性材料：对行星式球磨仪对硅藻土原料进行球磨，后进行筛分，将筛分后的硅藻土与纳米碳酸钙按照2:1～5:2的重量比混合均匀，即得到复合改性材料；
（5）制备掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料：
a. 将3～7重量份的水泥和100重量份的步骤（3）所得骨料混合，搅拌15～20s；
b. 将0.2～1.2重量份的步骤（1）中所得橡胶颗粒加入到步骤a中搅拌均匀后的水泥和骨料中，搅拌10～15s，之后，再加入0.05～0.2重量份的步骤（2）中所得玄武岩纤维，搅拌10～15s；
c. 按照重型击实试验所得出的最佳含水量，称取5.6～6.6重量份的水，将0.09～0.49重量份的步骤（4）中所得复合改性材料加入到所述水中，搅拌0.5～2min得到混合液；将所述混合液加入到步骤b最终所得产物中，搅拌1～3min，静置30s，再搅拌1～3min，即得到掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料。
优选的，所述纳米碳酸钙与预处理的硅藻土混合之前，将所述纳米碳酸钙进行分散；所述硅藻土进行筛分的目数为国标200目；在所述步骤（4）中预处理的硅藻土与纳米碳酸钙的比例为3.5:1.5。
优选的，所述废旧橡胶制品为废旧轮胎、汽车垫带或边角料；所述水的重量份数为5.8～6.2份。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
1. 本发明中的各原料配伍合理、互补增效，且制备工艺简单、成本低，所制备而成的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料性能优异，特别是具有优异的干缩、温缩、抗冻性能及抗压等力学强度。
2. 本发明所采用的橡胶颗粒在室温下富有弹性，在较小的外力作用下可产生较大形变，除去外力后可恢复原状，有助于增强混合料的干缩性能；橡胶颗粒在骨料中相对密度较低，其等质量取代细骨料有助于减少混合料中水分的吸收，从而降低干缩应变；因而，可减缓干缩时的拉应力能量和拉应力对结合面的破坏作用，从而减少了干缩裂缝的产生。
3. 本发明所采用的玄武岩纤维具有强度高、耐腐蚀、耐高温等优异性能，且污染小，在自然环境中能够降解，是一种环保绿色材料；玄武岩纤维具有高强度特性和纤维状态，能够起到类似拉筋的应力效果，可增强混合料的无侧限抗压、劈裂、弯拉强度、粘结性，改善混合料的力学性能；玄武岩纤维的加入还可改善混合料的温缩和抗冻性能。
4. 本发明所用复合改性材料量少、价低，可对水泥起到活化处理作用，大幅度提高混合料的力学强度，其中，硅藻土的有序排列的微孔结构和纳米碳酸钙的微集料效应、物理填充效应可增强混合料的密实度和强度。
5. 本发明所用原料来源广泛，价格低廉，且具有变废为宝的优点，符合绿色生态的理念。其中，作为主要原料的再生骨料来源于建筑垃圾，将建筑垃圾回收再利用不仅减少了废料堆积占地、避免了随意堆放掩埋所造成的二次污染，而且降低了再生骨料的成本；所用橡胶颗粒来源于废旧橡胶轮胎，作为近年来城市废料污染中较突出的废旧橡胶轮胎，本发明将其回收利用即绿色环保、又降低了原料的成本。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的材料及试剂，如无特别说明，均购自常规化学试剂商店；所涉及的测试、制备方法，如无特别说明，均为常规方法。
实施例1 一种掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，由下列重量份的原料制成：骨料100份，水泥5份，复合改性材料0.25份，橡胶0.5份，玄武岩纤维0.1份，纯净水6.2份。所述骨料包含再生骨料45份、天然骨料55份，其中所述天然骨料由碎石和普通河砂组成，所述骨料的具体组成如下表2所示，由天然骨料、再生骨料组合成的再生骨料基层混合料级配组成符合推荐级配表1中C-A-1的标准；所述复合改性材料包含硅藻土0.175份、纳米碳酸钙0.075份。
表2 骨料的组成份数
。
实施例2一种掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，由下列重量份的原料制成：骨料100份，水泥5份，复合改性材料0.25份，橡胶0.7份，玄武岩纤维0.1份，纯净水6.2份。所述骨料包含再生骨料45份、天然骨料55份，其中所述天然骨料由连续级配碎石和普通河砂组成，所述连续级配碎石组成如下表3所示，由天然骨料、再生骨料组合成的再生骨料基层混合料级配组成符合推荐级配表1中C-A-1的标准；所述复合改性材料包含硅藻土0.175份、纳米碳酸钙0.075份。
表3 骨料的组成份数
。
实施例3 一种掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，由下列重量份的原料制成：骨料100份，水泥5份，复合改性材料0.25份，橡胶0.5份，玄武岩纤维0.12份，纯净水6.2份。所述骨料包含再生骨料45份、天然骨料55份，其中所述天然骨料由连续级配碎石和普通河砂组成，所述连续级配碎石组成如下表4所示，由天然骨料、再生骨料组合成的再生骨料基层混合料级配组成符合推荐级配表1中C-A-1的标准；所述复合改性材料包含硅藻土0.175份、纳米碳酸钙0.075份。
表4 骨料的组成份数
。
实施例4 一种掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，由下列重量份的原料制成：骨料100份，水泥5份，复合改性材料0.25份，橡胶0.7份，玄武岩纤维0.12份，纯净水6.2份。所述骨料包含再生骨料45份、天然骨料55份，其中所述天然骨料由连续级配碎石和普通河砂组成，所述连续级配碎石组成如下表5所示，由天然骨料、再生骨料组合成的再生骨料基层混合料级配组成符合推荐级配表1中C-A-1的标准；所述复合改性材料包含硅藻土0.175份、纳米碳酸钙0.075份。
表5 骨料的组成份数
。
实施例5一种掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，由下列重量份的原料制成：骨料100份，水泥5份，复合改性材料0.25份，橡胶0.5份，玄武岩纤维0.1份，纯净水6.2份。所述骨料包含再生骨料55份、天然骨料45份，其中所述天然骨料由连续级配碎石和普通河砂组成，所述连续级配碎石组成如下表6所示，由天然骨料、再生骨料组合成的再生骨料基层混合料级配组成符合推荐级配表1中C-A-1的标准；所述复合改性材料包含硅藻土0.175份、纳米碳酸钙0.075份。
表6 骨料的组成份数
。
实施例6 一种掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，由下列重量份的原料制成：骨料100份，水泥5份，复合改性材料0.25份，橡胶0.7份，玄武岩纤维0.1份，纯净水6.2份。所述骨料包含再生骨料55份、天然骨料45份，其中所述天然骨料由连续级配碎石和普通河砂组成，所述连续级配碎石组成如下表7所示，由天然骨料、再生骨料组合成的再生骨料基层混合料级配组成符合推荐级配表1中C-A-1的标准；所述复合改性材料包含硅藻土0.175份、纳米碳酸钙0.075份。
表7 骨料的组成份数
。
实施例7 一种掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，由下列重量份的原料制成：骨料100份，水泥5份，复合改性材料0.25份，橡胶0.5份，玄武岩纤维0.12份，纯净水6.2份。所述骨料包含再生骨料55份、天然骨料45份，其中所述天然骨料由连续级配碎石和普通河砂组成，所述连续级配碎石组成如下表8所示，由天然骨料、再生骨料组合成的再生骨料基层混合料级配组成符合推荐级配表1中C-A-1的标准；所述复合改性材料包含硅藻土0.175份、纳米碳酸钙0.075份。
表8 骨料的组成份数
。
实施例8 一种掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，由下列重量份的原料制成：骨料100份，水泥5份，复合改性材料0.25份，橡胶0.7份，玄武岩纤维0.12份，纯净水6.2份。所述骨料包含再生骨料55份、天然骨料45份，其中所述天然骨料由连续级配碎石和普通河砂组成，所述连续级配碎石组成如下表9所示，由天然骨料、再生骨料组合成的再生骨料基层混合料级配组成符合推荐级配表1中C-A-1的标准；所述复合改性材料包含硅藻土0.175份、纳米碳酸钙0.075份。
表9 骨料的组成份数
。
实施例1-8中掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料的制备方法，包括如下步骤：
分别按照实施例1-8中所述的重量份数选取原料。
（1）制备橡胶颗粒：将无污染废旧橡胶制品用专用设备加工破碎成粒径为1～2mm的橡胶颗粒，所述废旧橡胶制品为废旧轮胎、汽车垫带或边角料；
（2）制备玄武岩纤维：将玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后，由铂铑合金拉丝漏板高速拉制成连续纤维，后切割成长度为12mm的玄武岩纤维；
（3）制备骨料：将废弃混凝土等建筑垃圾用颚式破碎机破碎，经振筛机筛分后即为再生骨料，选用碎石和普通河砂组成天然骨料，选择所述再生骨料40～60份和天然骨料40～60份混合，即得到骨料；
（4）制备的复合改性材料：用行星式球磨仪对常规一级硅藻土原料做球磨处理，过国标200目筛，将将筛分后的硅藻土与经物理分散后的纳米碳酸钙按照3.5:1.5的比例混合均匀，得到的复合改性材料。
（5）制备掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料：
首先，将水泥和步骤（3）所得骨料混合，搅拌15～20s。
然后，将步骤（1）中所得橡胶颗粒加入到步骤a中搅拌均匀后的水泥和骨料中，搅拌10～15s，之后，再加入步骤（2）中所得玄武岩纤维，搅拌10～15s。
最后，按照重型击实试验所得出的最佳含水量，称取5.6～6.6重量份的水，将步骤（4）中所得复合改性材料加入到所述水中，搅拌0.5～2min得到混合液；将所述混合液加入到步骤b最终所得产物中，搅拌1～3min，静置30s，再搅拌1～3min，即得到掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料。
对实施例1-8中的掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料和天然骨料混合料进行路用性能试验，试验项目包括无侧限抗压强度试验（7d）、劈裂强度试验（90d）、弯拉强度试验（90d）、干缩性能试验（90d）、冻融性能试验（28d），用以测试本发明掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料的路用性能，并与不添加橡胶颗粒、玄武岩纤维和再生骨料的纯天然骨料混合料进行对比分析，试验结果见表10。
表10 复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料路用性能试验数据
。
由表10可知，本发明掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料在满足交通部部颁标准《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）和《公路路面基层施工技术细则》（JTG/TF 20-2015）的相关要求，其力学强度、干缩性能、抗冻性等指标明显高于天然骨料混合料，表明本发明新型基层混合料的路用性能优越。
上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (10)

1.一种复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：骨料100份、水泥3～7份、复合改性材料0.09～0.49份、橡胶颗粒0.2～1.2份、玄武岩纤维0.05～0.2份、水5.6～6.6份。
2.根据权利要求1所述复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：骨料100份、水泥4～6份、复合改性材料0.15～0.35份、橡胶0.4～1.0份、玄武岩纤维0.07～0.15份、水6.0～6.4份。
3.根据权利要求1所述复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：骨料100份、水泥5份、复合改性材料0.25份、橡胶0.5～0.7份、玄武岩纤维0.1～0.12份、水6.2份。
4.根据权利要求1-3中任一项所述复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，其特征在于，所述复合改性材料由硅藻土与纳米碳酸钙按2:1～5:2的重量比组成。
5.根据权利要求4所述复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，其特征在于，所述硅藻土与纳米碳酸钙的重量比为3.5:1.5。
6.根据权利要求1-3中任一项所述复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，其特征在于，所述水泥的型号为PC32.5、PC42.5、PSA32.5、PSA42.5、PP32.5、PP42.5、PO32.5、PO42.5中的至少一种；所述橡胶颗粒由废旧橡胶制品制成。
7.根据权利要求1-3中任一项所述复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料，其特征在于，所述骨料包含再生骨料40～60份、天然骨料40～60份；所述再生骨料由建筑垃圾制成；所述天然骨料由连续级配碎石和普通河砂组成；所述再生骨料的粒径为0～37.5mm，所述天然骨料的粒径为0～31.5mm。
8.权利要求1中所述复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备橡胶颗粒：将废旧橡胶制品加工破碎成粒径为1～2mm的橡胶颗粒；
（2）制备玄武岩纤维：将玄武岩石料在1450～1500℃熔融，之后，由铂铑合金拉丝漏板拉制成连续纤维，将所述连续纤维切割成11～13mm长的玄武岩纤维；
（3）制备骨料：将建筑垃圾进行破碎、筛分，即得到再生骨料；选用连续级配碎石和普通河砂组成天然骨料；将所述再生骨料40～60份和天然骨料40～60份混合，即得到骨料；
（4）制备的复合改性材料：对硅藻土原料进行球磨，筛分，将筛分后的硅藻土与纳米碳酸钙按照2:1～5:2的重量比混合均匀，即得到复合改性材料；
（5）制备掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料：
a. 将3～7重量份的水泥和100重量份的步骤（3）所得骨料混合，搅拌15～20s；
b. 将0.2～1.2重量份的步骤（1）中所得橡胶颗粒加入到步骤a中搅拌均匀后的水泥和骨料中，搅拌10～15s，之后，再加入0.05～0.2重量份的步骤（2）中所得玄武岩纤维，搅拌10～15s；
c.将0.09～0.49重量份的步骤（4）中所得复合改性材料加入到5.6～6.6重量份的水中，搅拌0.5～2min得到混合液；将所述混合液加入到步骤b最终所得产物中，搅拌1～3min，静置30s，再搅拌1～3min，即得到掺加纤维、橡胶的复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料。
9.根据权利要求8所述复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料的制备方法，其特征在于，所述纳米碳酸钙与预处理的硅藻土混合之前，将所述纳米碳酸钙进行分散；所述硅藻土进行筛分的目数为国标200目；在所述步骤（4）中预处理的硅藻土与纳米碳酸钙的比例为3.5:1.5。
10.根据权利要求8所述复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料复合改性水泥稳定再生骨料基层混合料的制备方法，其特征在于，所述废旧橡胶制品为废旧轮胎、汽车垫带或边角料；所述水的重量份数为5.8～6.2份。
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