CN113582641A - 一种建筑垃圾再生骨料制成的无机混合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种建筑垃圾再生骨料制成的无机混合料，由以下重量百分比的原料组成：再生骨料93‑96wt％，水泥4‑7wt％。粒径为20‑31.5mm的再生骨料10％，粒径为10‑20mm的再生骨料25％，粒径为5‑10mm的再生骨料30％，粒径为0‑5mm的再生骨料35％。通过进一步改善再生骨料的集配，可进一步降低水泥用量，同时提高再生骨料的利用规模，并满足现有公路基层的强度需求。

Description

一种建筑垃圾再生骨料制成的无机混合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及再生无机混料的技术领域，特别是涉及一种建筑垃圾再生骨料制成的无机混合料及其制备方法。
背景技术
当前，北京市建筑垃圾主要以棚改项目拆迁为主，棚改项目拆迁产生建筑垃圾处理往往采用露天堆放、地下掩埋、焚烧等方式，严重污染水、大气和土壤，严重污染环境。对建筑垃圾进行有效处理，不仅可以避免污染土壤、水源及有害气体，还可以节约垃圾填埋场空间。
我国公路建设的快速发展消耗了大量天然集料，短期内难以再生。将棚改项目拆迁产生建筑垃圾中的混凝土块、砖块、砂浆块等分拣出来，破碎至合适的级配，制成再生集料，部分或完全代替天然集料做路面水泥稳定碎石基层或底基层具有现实的可行性。目前城市道路基层和底基层所用无机混合料是城市道路施工的重要部分，将建筑垃圾再生骨料与水泥制成无机混合料可提高建筑垃圾的利用价值，变废为宝。但目前建筑垃圾破碎后的集配依然无法满足要求，通过对建筑垃圾进行合理集配可进一步提高再生骨料的利用规模，同时可降低水泥的用量。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种建筑垃圾再生骨料制成的无机混合料，其强度满足公路基层要求，可大量用于公路基层。
解决的技术问题是：现有的建筑垃圾再生骨料集配仍无法满足需求，通过进一步改善再生骨料的集配，可进一步降低水泥用量，同时提高再生骨料的利用规模，并满足现有公路基层的强度需求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种建筑垃圾再生骨料制成的无机混合料，由以下重量百分比的原料组成：再生骨料90-97wt％，水泥3-10wt％。
进一步地，再生骨料93-96wt％，水泥4-7wt％。
水泥选用冀东32.5级矿渣硅酸盐水泥，其物理力学性能见下表1。
表1水泥的物理力学性能
Figure BDA0003192353070000021
一种建筑垃圾再生骨料制成的无机混合料，进一步的，建筑垃圾再生骨料，由以下重量百分比的原料组成：砂浆和混凝土60-80wt％，其中混凝土占再生骨料含量为36.5-42.1wt％，杂物含量为0.1-0.3wt％，其余为砖瓦。
一种建筑垃圾再生骨料制成的无机混合料，进一步的，建筑垃圾再生骨料中针片状含量为1.5-2.4wt％，含泥量3.6-4.3wt％，微粉含量2.3-2.9wt％。
一种建筑垃圾再生骨料制成的无机混合料，进一步的，砂浆和混凝土70-80wt％，其中混凝土占再生骨料含量为39.2-42.1wt％，杂物含量为0.1-0.3wt％，其余为砖瓦，所述再生骨料中针片状含量为1.5-2.4wt％，含泥量3.6-4.3wt％，微粉含量2.3-2.9wt％。
一种建筑垃圾再生骨料制成的无机混合料，进一步的，其中混凝土占再生骨料含量为40.1wt％，杂物含量为0.2wt％，其余为砖瓦，所述再生骨料中针片状含量为1.8wt％，含泥量4.3wt％，微粉含量2.6wt％。
建筑垃圾再生骨料的来源：北京市朝阳区孙河建筑垃圾资源化处置中心，该项目加工处理本区域周边棚改拆迁产生的建筑垃圾，采用颚式破碎机、反击式破碎机、筛分设备、磁吸分拣设备、风选除杂设备及其他配套机械。经过二级破碎，四级分离和多次除杂得到建筑垃圾再生骨料。
一种建筑垃圾再生骨料制成的无机混合料的制备方法为将建筑垃圾制得不同粒径的再生骨料按比例配比，然后添加水泥制得无机混合料。
进一步的，所述建筑垃圾制得的不同粒径的再生骨料的粒径分别为20-31.5mm、10-20mm、5-10mm、0-5mm。
进一步的，所述不同粒径的再生骨料配比以重量百分比计：粒径为20-31.5mm的再生骨料10％，粒径为10-20mm的再生骨料25％，粒径为5-10mm的再生骨料30％，粒径为0-5mm的再生骨料35％。
本发明的建筑垃圾再生骨料制成的无机混料与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的建筑垃圾再生骨料制成的无机混料通过控制再生骨料中混凝土等组分的配比，并将针片状含量控制为1.5-2.4wt％，含泥量3.6-4.3wt％,微粉含量2.3-2.9wt％，从而使制得的再生集料压碎值略大于30％，小于35％，满足二级及以下公路基层要求，相比现有技术中的建筑垃圾再生集料可以降低的混凝土含量相对较高的杂质含量实现压碎值大大降低，降低了对于建筑垃圾要求。
另外，对再生骨料的粒径进行选择，在现有的再生骨料集配基础上进行优化，无需对再生集料粒径过多的细化，将其制备得到的无机混料可满足现有二级公路基层甚至是一级公路基层的强度需求，同时相比天然集料可降低水泥用量，进而可实现各种建筑垃圾进一步回收利用，提高了经济效益，并有助于环保。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式对本发明作进一步的描述。
实施例1
一种建筑垃圾再生骨料制成的混合料，由以下重量百分比的原料组成：再生骨料96wt％，水泥4wt％，建筑垃圾再生骨料由以下重量百分比的原料组成：砂浆和混凝土65wt％，其中混凝土占再生骨料含量为40.1wt％，杂物含量为0.2wt％，其余为砖瓦，再生骨料中针片状含量为1.8wt％，含泥量4.3wt％，微粉含量2.6wt％。
实施例2
一种建筑垃圾再生骨料制成的混合料，由以下重量百分比的原料组成：再生骨料95wt％，水泥5wt％，建筑垃圾再生骨料由以下重量百分比的原料组成：砂浆和混凝土60wt％，其中混凝土占再生骨料含量为42.1wt％，杂物含量为0.3wt％，其余为砖瓦，再生骨料中针片状含量为2.4wt％，含泥量4wt％，微粉含量2.8wt％。
实施例3
一种建筑垃圾再生骨料制成的混合料，由以下重量百分比的原料组成：再生骨料94wt％，水泥6wt％，建筑垃圾再生骨料由以下重量百分比的原料组成：砂浆和混凝土70wt％，其中混凝土占再生骨料含量为36.5wt％，杂物含量为0.1wt％，其余为砖瓦，再生骨料中针片状含量为1.5wt％，含泥量3.6wt％，微粉含量2.9wt％。
实施例4
一种建筑垃圾再生骨料制成的混合料，由以下重量百分比的原料组成：再生骨料93wt％，水泥7wt％，建筑垃圾再生骨料由以下重量百分比的原料组成：砂浆和混凝土80wt％，其中混凝土占再生骨料含量为39.2wt％，杂物含量为0.2wt％，其余为砖瓦，再生骨料中针片状含量为2wt％，含泥量3.8wt％，微粉含量2.3wt％。
上述实施方式的制备方法为将建筑垃圾制得不同粒径的再生骨料按比例配比，然后添加水泥制得无机混合料。不同粒径的再生骨料配比以重量百分比计：粒径为20-31.5mm的再生骨料10％，粒径为10-20mm的再生骨料25％，粒径为5-10mm的再生骨料30％，粒径为0-5mm的再生骨料35％。
依据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)中T0804-1994丙类试验方法测定实施例1-4制得无机混料的最大干密度和最大含水量，具体的测试结果见表2。
表2水泥稳定天然集料击实试验结果
实施例 最大干密度(g/cm<sup>3</sup>) 最佳含水量(％)
1 1.756 13.8
2 1.768 14.1
3 1.775 13.9
4 1.783 13.8
基于对比验证的目的，依据设计的级配曲线选用水泥用量为4％和5％的混合料进行击实试验，确定其最大干密度以及最佳含水量，试验结果如表3所示。
表3水泥稳定天然集料击实试验结果
水泥用量(％) 最大干密度(g/cm<sup>3</sup>) 最佳含水量(％)
4 2.341 5.6
5 2.345 5.8
由表2和表3的击实试验结果表明：在相同剂量的水泥下，水泥稳定再生集料的最佳含水量基本大于水泥稳定天然集料的最佳含水量，水泥稳定再生集料的最大干密度也比水泥稳定天然集料的最大干密度小，因为与天然集料相比，再生集料的吸水率较大，表观密度较小。
根据击实试验所确定的各种集料混合料的最佳含水量和最大干密度，按照规范《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)中T0843-2009方法采用静压方式成型150mm×150mm的圆柱形试件。
成型脱模的试件按照规范的标准养生方法，在规定温保湿养生6d和浸水24h后，按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)中T0805-1994试验方法进行无侧限抗压强度试验。
根据上面的击实试验结果，成型无侧限抗压强度试验试件，进行7天无侧限抗压强度试验检测。结果如表4和表5所示。
表4不同龄期无侧限抗压强度
Figure BDA0003192353070000051
表5水泥稳定材料的7d龄期无侧限抗压强度标准Rd(MPa)(公路路面基层施工技术细则JTG/T F20—2015)
Figure BDA0003192353070000052
Figure BDA0003192353070000061
再生集料的水泥稳定混合料无侧限抗压试验结果表明：试件抗压强度随水泥剂量的增加而增加。依据如表5所示的规范《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20-2015)的7d无侧限抗压强度要求，4％以上的水泥用量满足重交通及以下等级公路的底基层要求；5％以上水泥用量的混合料满足一级公路中、轻交通，二级公路重交通及以下等级公路上基层的强度要求。
表6水泥稳定天然集料无侧限抗压强度
Figure BDA0003192353070000062
同等水泥质量掺比下，天然骨料的水稳料的强度明显优于再生骨料的水稳料强度。由表3-7可以发现，当制备直径15cm，高15cm的圆柱体试件是，水泥掺加质量比4％和5％时，分别需要掺加248g水泥和310g水泥。在同样水泥掺加质量比时，水泥稳定再生集料时只需要187g和233g水泥。再生骨料密度小，吸水率大，再生无机混合料试件的最大干密度在1.75g/cm3-1.85g/cm3之间，而水泥稳定天然集料试件最大干密度在2.25-2.35g/cm3之间，因此当制备同样体积的试件，天然集料需要更多水泥掺加量。在相同体积下，掺加同等质量的水泥时，骨料类型对7d强度影响不明显，再生无机混合料的28d龄期强度还稍微优于天然集料制备无机混合料。再生集料吸水率高，长期养生对强度提高的作用越大，这些水分有利于试件的内部养生，产生了更多的水化产物，从而使强度在长龄期养生进一步提升。
根据JTG E51-2009公路无机结合料稳定材料试验规程的相关方法，测得水泥稳定再生无机混合料的抗冻性能如表所示，其中试件压实度均为98％。
表7水泥稳定再生无机混合料抗冻性能试验结果
Figure BDA0003192353070000071
从表7的试验数据可知，随着水泥掺量增多，抗冻性能不断提升，其中以水泥稳定建筑垃圾再生骨料混合料的28d龄期抗冻性能均大于90％，明显优于标准规范中要求的“重冻区的无机混合料的抗冻性能指数不低于70％”，并且质量变化率小，稳定性好，耐候性强，可用于重冻区的基层及底基层材料。当养护龄期为90d时，水泥掺量为4％的混合料试件最低，但是也明显优于70％。
为了防止路面在载荷作用下产生过大的变形，半刚性无机混合料作为公路基层或底基层材料，除了具有足够的强度以外，还需要具有合适的刚度。抗压回弹模量表示的是材料在竖向荷载作用下，应力与回弹变形的关系。对于基层的抗压回弹模量，规范并没有给出数值要求。JTG D50规范的附录E给出的基层、底基层材料设计参数中，水泥稳定碎石弯沉计算用的抗压模量为1300～1700MPa。根据JTG E51-2009公路无机结合料稳定材料试验规程的相关方法，按照98％压实度成型试件，当水泥掺加量分别为4％和6％时，抗压回弹模量分别为1496MPa和1673MPa。一般来说，再生集料孔隙多，掺入再生集料会使材料抗压回弹模量减小，但水泥砂浆渗入再生集料表面，填充了表面孔隙，增大了粘结力，使试件整体性更好，减弱了这种影响。
由此可知，本发明通过对再生骨料进行集配优化以及组成进行选择获得了较好的抗压强度、抗冻性，相比天然集料可以较少水泥稳定情况下满足二级公路强度需求。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。单词第一、第二以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

Claims (6)

1.一种建筑垃圾再生骨料制成的无机混合料，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：建筑垃圾再生骨料90-97wt％，水泥3-10wt％，所述建筑垃圾再生骨料由以下重量百分比的原料组成：砂浆和混凝土60-80wt％，杂物0.1-0.3wt％，其余为砖瓦，其中混凝土占再生骨料总质量的36.5-42.1wt％；所述再生骨料中针片状含量为1.5-2.4wt％，含泥量3.6-4.3wt％，微粉含量2.3-2.9wt％。
2.根据权利要求1所述的一种建筑垃圾再生骨料制成的混合料，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：建筑垃圾再生骨料93-96wt％，水泥4-7wt％。
3.根据权利要求1所述的一种建筑垃圾再生骨料制成的混合料，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：建筑垃圾再生骨料93wt％，水泥7wt％。
4.根据权利要求1所述的一种建筑垃圾再生骨料制成的混合料，其特征在于，所述建筑垃圾再生骨料由以下重量百分比的原料组成：砂浆和混凝土70-80wt％，杂物0.1-0.3wt％，其余为砖瓦，其中混凝土占再生骨料总质量的39.2-42.1wt％。
5.根据权利要求4所述的一种建筑垃圾再生骨料制成的混合料，其特征在于，混凝土占再生骨料含量为40.1wt％，杂物含量为0.2wt％，其余为砖瓦，所述再生骨料中针片状含量为1.8wt％，含泥量4.3wt％，微粉含量2.6wt％。。
6.根据权利要求1-5所述的一种建筑垃圾再生骨料制成的无机混合料的制备方法，其特征在于，将建筑垃圾制得不同粒径的再生骨料按比例配比，然后添加水泥制得无机混合料，所述不同粒径的再生骨料配比以重量百分比计：粒径为20-31.5mm的再生骨料10％，粒径为10-20mm的再生骨料25％，粒径为5-10mm的再生骨料30％，粒径为0-5mm的再生骨料35％。
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