CN108797271B - 一种高建筑垃圾骨料掺量再生沥青混合料的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于沥青混合料制备技术领域，具体涉及一种高建筑垃圾骨料掺量再生沥青混合料的生产方法；包括确定建筑垃圾骨料的关键筛孔通过率修正系数；根据修正系数修正建筑垃圾骨料各档通过率，与集料各档通过率合成再生沥青混合料通过率；对再生沥青混合料体积参数进行测定并确定设计级配混合矿料的合成毛体积相对密度；确定相同级配条件下类似级配最佳油石比Pa1并据此计算得到设计级配最佳油石比预估值；成型马歇尔试件后确定目标配合比的最佳油石比，最后拌制再生沥青混合料；本发明基于建筑垃圾骨料对混合矿料的合成毛体积相对密度影响考虑，成型马歇尔试件，以类似级配油石比为标准预估设计最佳油石比，节约了沥青用量，降低生产成本。

Description

一种高建筑垃圾骨料掺量再生沥青混合料的生产方法
技术领域
本发明属于道路工程沥青混合料制备技术领域，具体涉及一种高建筑垃圾骨料掺量再生沥青混合料的生产方法。
背景技术
建筑垃圾主要是指拆除房建设施等产生的废弃混凝土和废弃砖块，以及在道路建设和翻修过程中产生的废弃水泥混凝土。建筑垃圾主要由碎混凝土、碎砖瓦、碎砂石土等无机物构成，化学成分是硅酸盐、碳酸盐、氢氧化物及硫酸盐等，具有较好的硬度、强度、耐磨性、韧性、抗冻性、水稳定性、化学稳定性，且遇水不收缩，冻胀危害小。随着我国城市化进程的不断加快，城市中建筑垃圾的产生和排出数量也在快速增长。据有关部门统计，全国已有200多个城市陷入了“垃圾包围城市”的困境。人们在享受城市文明同时，也在遭受城市垃圾所带来的烦恼，中国城市固体废弃物已达70亿吨，建筑垃圾约占总量的30％～40％，而且比例还在不断的上升。如此庞大的建筑垃圾产量不仅侵占了有限的土地资源、污染了大气及水资源，而且影响市容市貌。建筑垃圾传统的处理方式是统一露天堆放或填埋，倾倒填埋建筑垃圾不仅污染城市环境，而且随着建筑垃圾中污染物质的挥发和渗透，也对地表水、深层水造成了不同程度的影响。如何处理和利用越来越多的建筑垃圾，已经成为各级政府部门和建筑垃圾处理单位所面临的一个重要难题。
而与此同时，公路建设的蓬勃发展对道路建筑材料需求量加大，且对材料性能提出了更高的要求。但目前我国不少地区砂石资源日渐短缺，特别是长期以来，由于矿产资源的无序开采，使得诸如优质石灰石、河砂等常用建筑材料日渐匮乏，部分地区已难以寻找优质的砂石料。未来高质量石料的不足将成为很多地区的主要问题。因此，将建筑垃圾再生骨料应用于道路建设，既解决了大量建筑垃圾的处理问题，又满足了道路建设不断增长的需求，避免了对生态环境的破坏。另一方面，中国公路建设正经历快速发展阶段，对优质的道路工程材料的需求也在日益增长，在我国，最为常见的无论是路基填料还是半刚性基层、沥青混合料面层的路面结构，都对天然石料的消耗都巨大。而建筑垃圾几何形状与力学性能与轧制碎石相似，具有代替天然石料的潜能，能有效解决筑路材料短缺的问题，具有显著的经济效益、环保效益和社会效益。
但是现有建筑垃圾毕竟不同于传统的轧制碎石，如建筑垃圾骨料对沥青的吸收作用明显强于传统的轧制碎石，因此油石比以及沥青混合料的相关参数必然不同，如何确定最佳的油石比，减少沥青资源的浪费，以及提高再生沥青混合料中建筑垃圾的掺量且减少变异性，生产出性能高且稳定的再生沥青混合料，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高建筑垃圾骨料掺量再生沥青混合料的生产方法，减少高建筑垃圾骨料掺量沥青混合料性能的变异性；确保生产出性能高且稳定的再生沥青混合料。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种高建筑垃圾骨料掺量再生沥青混合料的生产方法，包括以下步骤：
S1：以4.75mm筛孔作为关键筛孔，确定建筑垃圾骨料的关键筛孔通过率修正系数；
试验测定建筑垃圾骨料加热搅拌3min后4.75mm筛孔通过率，记为M1；测定未加热处理的建筑垃圾骨料4.75mm筛孔通过率，记为M2；按如下公式(1)计算得到4.75mm筛孔通过率的修正系数K：
Figure DEST_PATH_GDA0001753992640000021
K—建筑垃圾骨料4.75mm筛孔通过率修正系数；
M1—建筑垃圾骨料加热处理后4.75mm筛孔通过率；
M2—建筑垃圾再生骨料未加热处理4.75mm筛孔通过率；
S2：根据步骤S1中确定的修正系数修正建筑垃圾骨料4.75mm及以下各档通过率，与集料各档通过率合成再生沥青混合料通过率；
S3：采用表干法对再生沥青混合料体积参数进行测定，并按计算公式(2)计算设计级配混合矿料的合成毛体积相对密度；
Figure DEST_PATH_GDA0001753992640000031
式中：
γsb—混合矿料的合成毛体积相对密度；
P1、P2、…、Pn—混合矿料成分的配合比，其和为100；
γm1、γm2、…、γmn—建筑垃圾骨料相应的毛体积相对密度；
γ'm1、γ'm2、…、γ'mn—集料相应的毛体积相对密度；
w—建筑垃圾骨料相对于集料的掺量；
S4：确定相同级配条件下类似级配最佳油石比Pa1，
带入油石比预估公式(3)中得到设计级配最佳油石比预估值；然后成型马歇尔试件；
Figure DEST_PATH_GDA0001753992640000032
式中：
Pa—预估的最佳油石比，％；
Pa1—类似级配的最佳油石比，％；
γsb—设计级配集料的合成毛体积相对密度，无量纲；
γsb1—类似级配集料的合成毛体积相对密度，无量纲；
γse—设计级配集料的有效相对密度，无量纲；
γse1—类似级配集料的有效相对密度，无量纲；
γa—设计级配沥青的有效相对密度，无量纲；
确定与最大密度、最大稳定度、设计空隙率中值、饱和度范围中值对应的四个油石比平均初始值OAC1，作图求出能满足沥青混凝土各项指标要求的油石比范围，此范围中值为OAC2，取OAC1与OAC2的中值作为目标配合比的最佳油石比OAC；
S5：再生沥青混合料的拌制工艺：
将建筑垃圾骨料与沥青加入拌合缸中拌合35～40s；集料经加热筒加热处理后与矿粉一同加入到上述拌合缸中，继续拌合15～20s，出料即可。
优选的，所述再生沥青混合料中，建筑垃圾骨料掺和的重量分数为30％～60％；
再生沥青混合料的公称最大粒径即为建筑垃圾骨料公称最大粒径。
优选的，步骤S5中，将沥青加热到160～170℃，与建筑垃圾骨料加入拌合缸中，保持拌合缸温度为165～175℃；所述集料的加热温度为180～200℃。
本发明在高建筑垃圾骨料掺量沥青混合料配合比设计过程中控制4.75mm筛孔的合成通过率在级配中值以上，有效减少高建筑垃圾骨料掺量沥青混合料性能的变异性。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明将建筑垃圾骨料高掺量的用到再生沥青混合料中，代替沥青混合料中部分集料的作用。建筑垃圾的资源化利用解决了建筑工程中所产生大量废料对环境造成污染的问题，缓和了砂石材料供求紧张的状态；提高了产能利用率，节省了大量的资源。建筑垃圾循环利用减少资源的占用、降低能源消耗、控制污染排放、保护生态环境、拓展公路功能，同时降低工程造价，技术研究与应用前景广阔；
2、本发明中，建筑垃圾骨料与粗集料采用骨架结构级配，细集料与矿粉作为填隙料填充在骨架空隙中，同时，考虑提高建筑垃圾骨料高掺量后的再生沥青混合料的变异性，确保其具有高且稳定的性能；
3、本发明基于建筑垃圾骨料对混合矿料的合成毛体积相对密度影响考虑，成型马歇尔试件，综合稳定度、流值、空隙率、VMA、饱和度与油石比的关系，以类似级配油石比为标准预估设计最佳油石比，更准确的确定再生沥青混合料最佳油石比，节约沥青用量，降低生产成本；
4、本发明的制备过程中，先将建筑垃圾骨料与沥青加入拌合缸中均匀拌合再加入集料和矿粉，确保建筑垃圾骨料与沥青充分混合，避免混合料中出现花白料的现象。
附图说明
图1为马歇尔试验结果。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
选用70号基质沥青，该沥青性能指标如下表1所示：
表1沥青性能测试结果
Figure DEST_PATH_GDA0001753992640000051
将建筑垃圾骨料1#料以40％的比例掺入到相对应粒径范围的集料中，配制再生沥青混合料。
通过筛分试验预先确定建筑垃圾骨料通过率，建筑垃圾骨料加热搅拌3min后4.75mm筛孔通过率为23.4％；未加热时，建筑垃圾骨料于4.75mm筛孔通过率为20.8％，按照计算公式(1)计算，
Figure DEST_PATH_GDA0001753992640000052
根据修正系数修正建筑垃圾骨料1#料4.75mm及以下各档通过率，与集料各档通过率合并再生沥青混合料通过率，如表2所示。
表2矿料级配组成设计表
Figure DEST_PATH_GDA0001753992640000053
Figure DEST_PATH_GDA0001753992640000061
采用表干法对再生沥青混合料体积参数进行测定，并按计算公式(2)计算设计级配混合矿料的合成毛体积相对密度；类似级配与设计级配沥青混合料各项参数如表3所示。
Figure DEST_PATH_GDA0001753992640000062
式中：
γsb—混合矿料的合成毛体积相对密度；
P1、P2、…、Pn—混合矿料成分的配合比，其和为100；
γm1、γm2、…、γmn—建筑垃圾骨料相应的毛体积相对密度；
γ'm1、γ'm2、…、γ'mn—集料相应的毛体积相对密度；
w—建筑垃圾骨料相对于集料的掺量；
表3类似级配与设计级配沥青混合料基本参数
Figure DEST_PATH_GDA0001753992640000063
相同级配条件下实验室中类似级配最佳油石比Pa1取4.0％、γsb取2.853、γsb1取2.861、γse取2.889、γse1取2.919、γa取1.029。带入油石比预估公式(3)中得：
Figure DEST_PATH_GDA0001753992640000064
即设计级配最佳油石比预估值为4.2％。以4.2％油石比为中间值，增加4.0％与4.4％两组油石比实验，成型马歇尔试件，实验结果如表4所示。
表4设计配合比马歇尔稳定度试验结果
Figure DEST_PATH_GDA0001753992640000071
分别绘制稳定度、流值、空隙率、VMA、饱和度与油石比的关系曲线如图1所示。
由作图可知与最大密度、最大稳定度、设计空隙率中值、饱和度范围中值，四者的平均值为4.18％，此即为最佳油石比的初始值OAC1。同时由各项指标与油石比的关系图可得符合各指标要求的油石比范围为4.13％-4.27％，其中值为4.2％，此即为OAC2；OAC1与OAC2的平均值为4.19％。
在进行混合料拌和时，先将建筑垃圾骨料与沥青加入拌合缸中均匀拌合40s。集料在加热滚筒中加热，再将集料和矿粉加入建筑垃圾骨料与沥青的拌合缸中干拌20s。集料加热温度190℃，沥青加热温度165℃，拌合缸温度保持165℃，拌合缸出料温度165℃。
马歇尔试件实验结果如表5所示；
马歇尔浸水试件试验结果如表6所示。
表5 AC-20C马歇尔试件试验结果
Figure DEST_PATH_GDA0001753992640000072
Figure DEST_PATH_GDA0001753992640000081
表6 AC-20C马歇尔浸水试件试验结果
Figure DEST_PATH_GDA0001753992640000082
根据试验结果，计算试件的浸水残留稳定度MS0。
AC-20C：MS0＝7.46/8.71＝85.6％
从以上试验结果可以看出，再生沥青混合料试验结果能够满足设计规范要求。
再生沥青混合料试件各项性能指标变异系数均在4％以下，表明再生沥青混凝土性能较稳定。
本发明提供的高建筑垃圾骨料掺量再生沥青混合料的生产方法，通过将建筑垃圾骨料代替沥青混合料中的集料，在配合比设计过程中控制关键筛孔通过率及优化拌和顺序，提高了再生沥青混合料中建筑垃圾骨料的掺量且减小了变异性。通过预估最佳油石比的方式精确进行马歇尔实验，更准确的确定实际最佳油石比，有效减少沥青资源浪费，避免再生骨料与沥青裹附不佳的情况。提出高建筑垃圾骨料掺量再生沥青混合料生产过程中级配、油石比确定方法及混合料生产控制工艺，以生产出性能高且稳定的再生沥青混合料。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种高建筑垃圾骨料掺量再生沥青混合料的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：以4.75mm筛孔作为关键筛孔，确定建筑垃圾骨料的关键筛孔通过率修正系数；
试验测定建筑垃圾骨料加热搅拌3min后4.75mm筛孔通过率，记为M1；测定未加热处理的建筑垃圾骨料4.75mm筛孔通过率，记为M2；按如下公式(1)计算得到4.75mm筛孔通过率的修正系数K：
Figure FDA0001681037340000011
K—建筑垃圾骨料4.75mm筛孔通过率修正系数；
M1—建筑垃圾骨料加热处理后4.75mm筛孔通过率；
M2—建筑垃圾再生骨料未加热处理4.75mm筛孔通过率；
S2：根据步骤S1中确定的修正系数修正建筑垃圾骨料4.75mm及以下各档通过率，与集料各档通过率合成再生沥青混合料通过率；
S3：采用表干法对再生沥青混合料体积参数进行测定，并按计算公式(2)计算设计级配混合矿料的合成毛体积相对密度；
Figure FDA0001681037340000012
式中：
γsb—混合矿料的合成毛体积相对密度；
P1、P2、…、Pn—混合矿料成分的配合比，其和为100；
γm1、γm2、…、γmn—建筑垃圾骨料相应的毛体积相对密度；
γ'm1、γ'm2、…、γ'mn—集料相应的毛体积相对密度；
w—建筑垃圾骨料相对于集料的掺量；
S4：确定相同级配条件下类似级配最佳油石比Pa1，
带入油石比预估公式(3)中得到设计级配最佳油石比预估值；然后成型马歇尔试件；
Figure FDA0001681037340000013
式中：
Pa—预估的最佳油石比，％；
Pa1—类似级配的最佳油石比，％；
γsb—设计级配集料的合成毛体积相对密度，无量纲；
γsb1—类似级配集料的合成毛体积相对密度，无量纲；
γse—设计级配集料的有效相对密度，无量纲；
γse1—类似级配集料的有效相对密度，无量纲；
γa—设计级配沥青的有效相对密度，无量纲；
确定与最大密度、最大稳定度、设计空隙率中值、饱和度范围中值对应的四个油石比平均初始值OAC1，作图求出能满足沥青混凝土各项指标要求的油石比范围，此范围中值为OAC2，取OAC1与OAC2的中值作为目标配合比的最佳油石比OAC；
S5：再生沥青混合料的拌制工艺：
将建筑垃圾骨料与沥青加入拌合缸中拌合35～40s；集料经加热筒加热处理后与矿粉一同加入到上述拌合缸中，继续拌合15～20s，出料即可。
2.根据权利要求1所述的高建筑垃圾骨料掺量再生沥青混合料的生产方法，其特征在于：所述再生沥青混合料中，建筑垃圾骨料掺和的重量分数为30％～60％；
再生沥青混合料的公称最大粒径即为建筑垃圾骨料公称最大粒径。
3.根据权利要求1所述的高建筑垃圾骨料掺量再生沥青混合料的生产方法，其特征在于：步骤S5中，将沥青加热到160～170℃，与建筑垃圾骨料加入拌合缸中，保持拌合缸温度为165～175℃；所述集料的加热温度为180～200℃。
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