CN112110705A - 一种建筑垃圾再生利用的自修复型半刚性基层材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种建筑垃圾再生利用的自修复型半刚性基层材料,主要包括以下重量份的原料:再生粗骨料:100份;自修复型细骨料:30~65份;消石灰或/和水泥:3.5~8份;矿物掺合料:4~10份;聚乙烯醇纤维:0.25~0.60份;再生粗骨料为废弃混凝土经破碎筛分所得再生骨料;自修复型细骨料为采用废弃砖块的再生细骨料,经浸渍烘干后封存的方式,将硅酸钠封存于细骨料的内部孔隙中得到的。本发明的自修复型半刚性基层材料实现了再生细骨料的自修复功能,还降低了再生细骨料的吸水率,提高了再生细骨料的强度,进而保证了半刚性基层材料的高强度与自修复特性,提高了道路使用寿命。

Description

一种建筑垃圾再生利用的自修复型半刚性基层材料
技术领域
本发明属道路工程技术领域,具体涉及一种建筑垃圾再生利用的自修复型半刚性基层材料。
背景技术
道路工程建设对加快社会经济发展和提高人民生活水平具有重要意义,半刚性基层沥青路面结构是我国城市道路的主要形式,其具有强度高、施工工艺简单及造价低等系列优点。而水泥/二灰稳定碎石类基层是我国半刚性基层的主要类型,在建设过程中需要消耗大量的优质天然石料,而随着我国环保政策的逐渐收紧,此类天然材料的获取越来越难,且成本较高。
与此同时,在我国城镇化建设的过程中产生了大量的建筑废弃物,如废弃混凝土、废弃砖瓦及工程渣土等,这些废弃物若不能得到合理有效的利用,不仅会占用大量土地还会对环境造成不利影响。目前,利用废弃混凝土制备的再生骨料因良好的强度特性得到了一定的应用,但总体利用率不高,而废弃砖瓦经破碎后制得的再生骨料存在吸水率高及强度低等缺点,其资源化利用程度较低。因此,如何安全合理的提高建筑废弃物的资源化利用率是实现社会可持续发展的关键。
结合道路工程建设对碎石骨料的巨大需求,以及再生骨料自身良好的强度特性,可考虑再生骨料在道路工程中进行资源化利用。但考虑到再生骨料的多孔特性(尤其是废弃砖瓦制备的再生骨料),单纯利用水泥/二灰对再生骨料进行稳定处理以制备半刚性基层材料,将存在较大的开裂风险,进而降低了建筑垃圾在道路工程中的资源化利用的水平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种建筑垃圾再生利用的自修复型半刚性基层材料,利用废弃砖瓦制备的再生细骨料的多孔特性,实现修复材料的固载封装,并通过合理的配合比设计,开发了一种以建筑垃圾为骨料并具有良好裂缝自修复功能的半刚性基层材料,可有效利用建筑垃圾并提高道路基层的裂缝自修复能力,对提高我国建筑垃圾资源化利用率及道路建设质量具有重要意义。
本发明的一种建筑垃圾再生利用的自修复型半刚性基层材料,其特征在于,主要包括以下重量份的原料:
再生粗骨料:100份;
自修复型细骨料:30~65份;
消石灰或/和水泥:3.5~8份;
矿物掺合料:4~10份;
聚乙烯醇纤维:0.25~0.60份;
所述再生粗骨料为废弃混凝土经破碎筛分所得再生骨料;所述自修复型细骨料为采用废弃砖块的再生细骨料,经浸渍烘干后封存的方式,将硅酸钠封存于细骨料的内部孔隙中得到的。
进一步地,所述再生粗骨料由19.0~31.5mm、9.5~19.0mm及4.75~9.5mm三级配粒径颗粒组成,各级配的比例分别为22%~40%、32%~39%及21%~33%;利用废弃混凝土良好的力学性能并优选级配,实现骨料间的嵌挤,可以提供良好的骨架支撑作用。
进一步地,所述消石灰的有效氧化钙和氧化镁总量应不少于70%,所述水泥为硅酸盐水泥或/和普通硅酸盐水泥,强度等级应不低于42.5级;消石灰/水泥作为胶凝材料起到半刚性基层材料的早期胶结硬化作用,同时也为半刚性基层材料内部提供碱性环境,保证修复材料后期发生水化反应。
进一步地,所述矿物掺合料为等级不低于II级的粉煤灰或/和等级不低于S75级的矿渣粉;粉煤灰/矿渣粉也起到了半刚性基层材料的早期胶结硬化作用,但由于其水化活性较弱,部分矿物掺合料未反应并存在于半刚性基层材料内部,在后期半刚性基层材料发生开裂时可与修复材料发生水化反应。
进一步地,所述聚乙烯醇纤维的纤维长度为9~15mm;聚乙烯醇纤维具有较好的分散性,可提高半刚性基层材料的抗裂性能,同时减小裂缝的宽度,有助于提高自修复速度及效果。
本发明的一种建筑垃圾再生利用的自修复型半刚性基层材料,其原料还包括水,采用击实试验确定最佳含水量,其用水量为最佳含水量的±2%。
本发明所述的自修复型半刚性基层材料的自修复型细骨料的制备方法,包括以下步骤:(1)将废弃砖块经破碎、筛分、烘干,得到粒径为0~4.75mm的细骨料A;(2)将所述细骨料A在压力-0.07MPa~0.101MPa下浸渍于硅酸钠水溶液中20~80min,取出烘干;然后重复操作所述浸渍和烘干过程至少1次,得到细骨料B;(3)在翻拌的同时将建筑石膏浆液喷至所述细骨料B的表面,搅拌均匀即可。
进一步地,步骤(1)所述细骨料A由2.36~4.75mm及0~2.36mm两级配粒径组成,其中2.36~4.75mm级配的颗粒含量为17%~29%。
进一步地,所述步骤(2)的烘干温度为60~75℃。
进一步地,所述硅酸钠水溶液的质量浓度为35%~44%。
进一步地,所述建筑石膏浆液的水灰比为1:(0.5~1)。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
在本发明采用固载封存技术将修复材料封存于再生细骨料内部形成的自修复型细骨料中,硅酸钠作为修复材料封存于细骨料的内部孔隙中,当半刚性基层材料受损开裂,受剪切作用影响,自修复型细骨料表面的建筑石膏硬壳层破坏,其内部的硅酸钠遇水后溶出,与裂缝处的氢氧化钙及未反应的矿物掺合料发生水化反应,生成水化硅酸钙凝胶等产物,可实现裂缝的修复。
本发明利用再生粗骨料及再生细骨料制备半刚性基层材料,为建筑垃圾的资源化利用提供了新的应用方向,具有良好的环境效应及经济效益;通过自修复材料添加、纤维增强及级配优化等手段,不仅实现了再生细骨料的自修复功能,还降低了再生细骨料的吸水率,提高了再生细骨料的强度,进而保证了半刚性基层材料的高强度与自修复特性,提高了道路使用寿命。
具体实施方式
本技术领域的一般技术人员应当认识到本实施例仅是用来说明本发明,而并非用作对本发明的限定,只要在本发明的实施范围内对实施例进行变换、变型都可在本发明权利要求的范围内。
实施例1
一种建筑垃圾再生利用的自修复型半刚性基层材料,按原材料重量份为:再生粗骨料100份、自修复型细骨料30份、52.5级硅酸盐水泥3.5份、II级粉煤灰4份及长度为9mm的聚乙烯醇纤维0.25份称取原材料;
其中,自修复型细骨料采用包括以下步骤制备:(1)将废弃砖块经破碎、筛分、烘干,得到粒径为由2.36~4.75mm及0~2.36mm两级配粒径组成,其中2.36~4.75mm级配的颗粒含量为29%的细骨料A;(2)将细骨料A在压力-0.07~-0.05MPa下浸渍于浓度为44%的硅酸钠水溶液中30min,取出后在70℃下烘干;然后重复操作所述浸渍和烘干过程1次,得到细骨料B;(3)在翻拌的同时将水灰比为1:1的建筑石膏浆液喷至所述细骨料B的表面,搅拌均匀即可;
经击实试验确定最佳含水率及最大干密度后,按照最佳含水量再称取相应重量的水,利用单卧轴强力搅拌机进行上述原材料的均匀拌合,得到本发明产品,记为S1。
实施例2
一种建筑垃圾再生利用的自修复型半刚性基层材料,按原材料重量比份为:再生粗骨料100份、自修复型细骨料45份、42.5级普通硅酸盐水泥4.5份、S75级矿渣粉6份及长度为12mm的聚乙烯醇纤维0.39份称取原材料;
其中,自修复型细骨料采用包括以下步骤制备:(1)将废弃砖块经破碎、筛分、烘干,得到粒径为由2.36~4.75mm及0~2.36mm两级配粒径组成,其中2.36~4.75mm级配的颗粒含量为18%的细骨料A;(2)将细骨料A在压力-0.07~-0.05MPa下浸渍于浓度为40%的硅酸钠溶液中25min,取出后在65℃下烘干;然后重复操作所述浸渍和烘干过程1次,得到细骨料B;(3)在翻拌的同时将水灰比为1:0.8的建筑石膏浆液喷至所述细骨料B的表面,搅拌均匀即可;
经击实试验确定最佳含水率及最大干密度后,按照最佳含水量再称取相应重量的水,利用单卧轴强力搅拌机进行上述原材料的均匀拌合,得到本发明产品,记为S2。
实施例3
一种建筑垃圾再生利用的自修复型半刚性基层材料,按原材料重量份为:再生粗骨料100份、自修复型细骨料55份、消石灰6份,S95级矿渣粉8份及长度为12mm的聚乙烯醇纤维0.52份称取原材料;
其中,自修复型细骨料采用包括以下步骤制备:(1)将废弃砖块经破碎、筛分、烘干,得到粒径为由2.36~4.75mm及0~2.36mm两级配粒径组成,其中2.36~4.75mm级配的颗粒含量为22%的细骨料A;(2)将细骨料A在压力0.101MPa(常压)下浸渍于浓度为38%的硅酸钠溶液中60min,取出后在72℃下烘干;然后重复操作所述浸渍和烘干过程1次,得到细骨料B;(3)在翻拌的同时将水灰比为1:0.7的建筑石膏浆液喷至所述细骨料B的表面,搅拌均匀即可;
经击实试验确定最佳含水率及最大干密度后,按照最佳含水量再称取相应重量的水,利用单卧轴强力搅拌机进行上述原材料的均匀拌合,得到本发明产品,记为S3。
实施例4
一种建筑垃圾再生利用的自修复型半刚性基层材料,按原材料重量份为:再生粗骨料100份、自修复型细骨料65份、消石灰8份,I级粉煤灰10份及长度为15mm的聚乙烯醇纤维0.60份称取原材料;
其中,自修复型细骨料采用包括以下步骤制备:(1)将废弃砖块经破碎、筛分、烘干,得到粒径为由2.36~4.75mm及0~2.36mm两级配粒径组成,其中2.36~4.75mm级配的颗粒含量为25%的细骨料A;(2)将细骨料A在压力0.101MPa(常压)下浸渍于浓度为35%的硅酸钠溶液中45min,取出后在68℃下烘干;然后重复操作所述浸渍和烘干过程2次,得到细骨料B;(3)在翻拌的同时将水灰比为1:0.8的建筑石膏浆液喷至所述细骨料B的表面,搅拌均匀即可;
经击实试验确定最佳含水率及最大干密度后,按照最佳含水量再称取相应重量的水,利用单卧轴强力搅拌机进行上述原材料的均匀拌合,得到本发明产品,记为S4。
测试实施例
对实施例1~4的四组产品进行击实试验,得到四组产品各自的最佳含水率及最大干密度,结果如表1所示。
表1 实施例1~4产品的击实试验结果
Figure BDA0002649481610000071
将实施例1~4产品在最佳含水率附近(±2%)按96%的压实度进行无侧限抗压强度试件成型,并置于标准养护条件(温度为20℃±2℃,湿度大于95%)下养护56d,随后进行强度测试,当试样开裂后立即停止测试,并将所有试样再次放入标准养护条件下养护14d,最后再进行强度测试,测试结果如表2所示。
表2 实施例1~4试样无侧限抗压强度测试结果
Figure BDA0002649481610000072
注:空白组采用与S1相同的配比,但再生细骨料未进行自修复材料的固载封装。
由表2可知,未掺加自修复材料的空白组在测试完56d强度后继续标准养护14d,其强度仅为56d强度的39.1%,试样受损严重。相比而言,S1试样的配比与空白组相同,但由于其内部掺加了自修复材料,受损后标养14d,其强度可恢复至56d强度的83.5%,恢复效果良好。相似的,S2、S3及S4三组试样在受损后,经14d标养,由于其内部自修复材料与裂缝处的氢氧化钙及矿物掺合料发生水化反应,水化产物对裂缝进行了修复,试样强度均得到了明显恢复。表明本发明的产品不仅具有较高的无侧限抗压强度,同时还具有良好的自修复性能。

Claims (10)

1.一种建筑垃圾再生利用的自修复型半刚性基层材料,其特征在于,主要包括以下重量份的原料:
再生粗骨料:100份;
自修复型细骨料:30~65份;
消石灰或/和水泥:3.5~8份;
矿物掺合料:4~10份;
聚乙烯醇纤维:0.25~0.60份;
所述再生粗骨料为废弃混凝土经破碎筛分所得再生骨料;所述自修复型细骨料为采用废弃砖块的再生细骨料,经浸渍烘干后封存的方式,将硅酸钠封存于细骨料的内部孔隙中得到的。
2.根据权利要求1所述的自修复型半刚性基层材料,其特征在于,所述再生粗骨料由19.0~31.5mm、9.5~19.0mm及4.75~9.5mm三级配粒径颗粒组成,各级配的比例分别为22%~40%、32%~39%及21%~33%。
3.根据权利要求1所述的自修复型半刚性基层材料,其特征在于,所述消石灰的有效氧化钙和氧化镁总量应不少于70%,所述水泥为硅酸盐水泥或/和普通硅酸盐水泥,强度等级应不低于42.5级。
4.根据权利要求1所述的自修复型半刚性基层材料,其特征在于,所述矿物掺合料为等级不低于II级的粉煤灰或/和等级不低于S75级的矿渣粉;所述聚乙烯醇纤维的纤维长度为9~15mm。
5.根据权利要求1所述的自修复型半刚性基层材料,其特征在于,原料还包括水,通过击实试验确定最佳含水量,其用水量为最佳含水量的±2%。
6.根据权利要求1所述的自修复型半刚性基层材料,其特征在于,所述自修复型细骨料的制备方法,包括以下步骤:(1)将废弃砖块经破碎、筛分、烘干,得到粒径为0~4.75mm的细骨料A;(2)将所述细骨料A在压力-0.07MPa~0.101MPa下浸渍于硅酸钠水溶液中20~80min,取出烘干;然后重复操作所述浸渍和烘干过程至少1次,得到细骨料B;(3)在翻拌的同时将建筑石膏浆液喷至所述细骨料B的表面,搅拌均匀即可。
7.根据权利要求6所述的自修复型半刚性基层材料,其特征在于,步骤(1)所述细骨料A由2.36~4.75mm及0~2.36mm两级配粒径组成,其中2.36~4.75mm粒径范围的颗粒含量为17%~29%。
8.根据权利要求6所述的自修复型半刚性基层材料,其特征在于,所述步骤(2)的烘干温度为60~75℃。
9.根据权利要求6所述的自修复型半刚性基层材料,其特征在于,所述硅酸钠水溶液的浓度为35%~44%。
10.根据权利要求6所述的自修复型半刚性基层材料,其特征在于,所述建筑石膏浆液的水灰比为1:(0.5~1)。
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