CN114853391B - 重复再生集料硬质沥青混合料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种重复再生集料硬质沥青混合料及其制备方法，所述的重复再生集料硬质沥青混合料是以再生水泥混凝土第二次重复再生集料、石灰岩矿粉、30号硬质沥青为原材料制成。本发明采用硬质沥青与重复再生集料配合拌制沥青混合料，通过硬质沥青的高模量和高粘度，弥补了重复再生集料裂隙较多导致用其配制的沥青混合料高温抗车辙性能不足的缺陷，同时提高了沥青混合料水稳定性。本发明拓展了重复再生集料的使用范围，提高了重复再生集料的利用率，改变了过去再生混凝土只能单次循环利用的情况，实现了建筑废弃物的多次周转利用，节约了天然集料资源，解决了集料资源短缺问题，减少了建筑垃圾填埋对耕地的侵占，节省了建筑垃圾处理费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种沥青混合料，具体地说，涉及一种重复再生集料硬质沥青混合料及其制备方法。
背景技术
随着水泥混凝土再生技术的发展，再生水泥混凝土在道路工程中大量使用，这些再生水泥混凝土路面的使用年限最长为15～20年，达到设计年限或由于重载导致路面损坏严重后的路面需要大修，又会产生大量的废旧混凝土，而这些已经再生过一次的废旧混凝土加工成重复再生集料比一次再生集料的裂隙更多，表面附着的水泥浆也更多，故用其配制成二次再生混凝土的抗压强度和抗折强度较低，不能满足道路使用要求。
近年来，少部分研究将再生集料用于拌制沥青混合料，如侯月琴在“水泥混凝土再生集料在沥青路面中的应用研究”一文中提出再生集料的处理及沥青稳定再生集料的制备方法。刘新海在“再生集料泡沫沥青混合料设计及性能研究”一文中对再生集料在泡沫沥青混合料中的利用方法进行了系统研究。黎旭等在“建筑再生集料对沥青混合料水稳定性能的影响”中提出将建筑再生集料掺加到沥青混合料中，当集料表面处理后,沥青混合料的水稳定性和低温抗裂性能提高。但重复再生集料在沥青混合料中的应用研究还未见报道，重复再生集料由于裂隙较多，用其拌制的沥青混合料的路用性能往往不能满足规范要求，鉴于以上情况，重复再生集料由于自身特性用于水泥混凝土和沥青混合料的效果均不好，因此目前再生混凝土无法再次循环利用，而建筑垃圾填埋会侵占耕地，造成环境污染。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，同时解决重复再生集料裂隙较多，拌制沥青混合料的高温抗车辙性能和水稳定性不足，以及丢弃再生混凝土对环境的污染等问题。使用本发明后能够提高重复再生集料的利用率，增加沥青混合料的动态模量，从而提高其路用性能。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种重复再生集料硬质沥青混合料，所述重复再生集料硬质沥青混合料的原料包括：再生水泥混凝土重复再生集料、石灰岩矿粉和30号硬质沥青。
所述再生水泥混凝土重复再生集料为再生水泥混凝土第二次重复再生集料，是从旧路改造中废弃的再生水泥混凝土路面板块获取再生水泥混凝土，用颚式破碎机等设备将再生水泥混凝土再次破碎成粒径不超过30mm的石子，再将所述破碎的石子用标准筛筛分为满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》要求的粗、细集料，所述再生水泥混凝土重复再生集料表面附着的水泥砂浆比一次再生集料更多，裂隙和孔隙也较多，通过水泥浆浸泡工艺，封闭重复再生集料的表面空隙，填充裂隙，增强碱性，优化了其压碎值、洛杉矶磨耗损失和粘附性等性能指标。
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30号硬质沥青为A级30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，30号硬质沥青具有针入度小、软化点高、粘度大等特点，弥补了重复再生集料多裂隙的不足，能够使沥青混合料具有高强度和高模量，同时提高其水稳定性。
本发明中，所述再生水泥混凝土重复再生集料，分为15mm≤粒径D＜25mm、10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm和0mm＜粒径D＜3mm的重复再生集料；
本发明中，所述重复再生集料硬质沥青混合料中，15mm≤粒径D＜25mm、10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm、0mm＜粒径D＜3mm的重复再生集料和矿粉的重量比为0～11：25～38：23～30：9～15：20～31：2～3。
本发明中，所述硬质沥青油石比为4.2％～4.7％。“硬质沥青油石比”是指重复再生集料硬质沥青混合料中所用硬质沥青质量与重复再生集料和矿粉总质量的比例。
在本发明的一个优选实施方式中，所述再生水泥混凝土重复再生集料不含粒径为15mm≤粒径D＜25mm的重复再生集料，含10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm和0mm＜粒径D＜3mm这四种重复再生集料；
所述重复再生集料硬质沥青混合料中，10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm、0mm＜粒径D＜3mm的重复再生集料和矿粉的重量比为25～38：23～30：9～15：20～31：2～3。更优选的重量比为32～38：23～25：9～15：22～31：2～3。
当所述重复再生集料硬质沥青混合料中，不含有15mm≤粒径D＜25mm时，所述10mm≤粒径D＜15mm集料、所述5mm≤粒径D＜10mm集料、所述3mm≤粒径D＜5mm集料、所述0mm＜粒径D＜3mm集料和矿粉混合后的合成级配满足：通过筛孔尺寸为16.0mm的百分率为100％、通过筛孔尺寸为13.2mm的百分率为85～95％、通过筛孔尺寸为9.5mm的百分率为62～68％、通过筛孔尺寸为4.75mm的百分率为39～43％、通过筛孔尺寸为2.36mm的百分率为22～32％、通过筛孔尺寸为1.18mm的百分率为15～25％、通过筛孔尺寸为0.6mm的百分率为12～17％、通过筛孔尺寸为0.3mm的百分率为9～10％、通过筛孔尺寸为0.15mm的百分率为6-7％以及通过筛孔尺寸为0.075mm的百分率为2-3％。
在本发明的另一个优选实施方式中，所述再生水泥混凝土重复再生集料中，含有15mm≤粒径D＜25mm、10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm和0mm＜粒径D＜3mm这五种重复再生集料；
所述重复再生集料硬质沥青混合料中的15mm≤粒径D＜25mm、10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm、0mm＜粒径D＜3mm的重复再生集料和矿粉的重量比为11：25～38：23～30：9～15：20～31：2～3；更优选的重量比为11：25：30：12：20：2。
当所述重复再生集料硬质沥青混合料中，含有15mm≤粒径D＜25mm时，所述15mm≤粒径D＜25mm集料、所述10mm≤粒径D＜15mm集料、所述5mm≤粒径D＜10mm集料、所述3mm≤粒径D＜5mm集料、所述0mm＜粒径D＜3mm集料和矿粉混合后的合成级配满足：通过筛孔尺寸为26.5mm的百分率为100％、通过筛孔尺寸为19.0mm的百分率为95～98％、通过筛孔尺寸为16.0mm的百分率为80～89％、通过筛孔尺寸为13.2mm的百分率为80～95％、通过筛孔尺寸为9.5mm的百分率为62～68％、通过筛孔尺寸为4.75mm的百分率为39～43％、通过筛孔尺寸为2.36mm的百分率为22～34％、通过筛孔尺寸为1.18mm的百分率为15～25％、通过筛孔尺寸为0.6mm的百分率为6～10％以及通过筛孔尺寸为0.075mm的百分率为2-3％。
本发明的重复再生集料硬质沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
1)从旧路改造中废弃的再生水泥混凝土路面板块获取再生水泥混凝土；
2)用颚式破碎机等设备将再生水泥混凝土破碎成粒径不超过30mm的石子，再用水灰比为0.46的水泥浆浸泡至少30min，使浆液浸透集料颗粒后晾干；
3)将所述破碎并浸泡处理过的石子用标准筛筛分为各规格重复再生集料；
4)依据重复再生集料的重量比称取规定重量的所述各规格的重复再生集料，并加热至190～220℃；
5)依据所述沥青油石比称取加热至165～175℃的规定重量的所述30号硬质沥青，投入上述混合集料中湿拌150秒，再加入保温的矿粉拌和至均匀为止。
本发明的重复再生集料硬质沥青混合料是将废弃的再生水泥混凝土路面再次破碎加工成颗粒级配符合要求的重复再生集料，通过水泥浆的强化处理提高集料性能替代天然集料，结合利用硬质沥青提高混合料的动态模量从而提高其路用性能，弥补了重复再生集料多裂隙导致用其拌制的沥青混合料路用性能不佳的缺陷，使其在不低于规范要求的沥青混合料路用性能指标的情况下，提高资源利用效率，节省天然集料资源和建筑垃圾处理费用，对于我国建立资源节约型、环境友好型社会，发展循环经济，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)本发明将废弃的再生水泥混凝土路面板块再次破碎并强化处理制成能用于制备沥青混合料的重复再生集料，改变了过去再生混凝土只能单次循环利用的情况，实现了建筑废弃物的多次周转利用，节约了天然集料资源，解决了集料资源短缺问题，减少了建筑垃圾填埋对耕地的侵占，节省了建筑垃圾处理费用。
(2)本发明采用水泥浆浸泡方法封堵废弃水泥混凝土重复再生集料由于二次再生形成的多孔隙、多裂隙，防止沥青渗入集料内部，从而减少沥青用量，降低成本；同时水泥浆浸泡提高了集料的碱性，增强了集料与沥青的粘附性，可减少抗剥落剂用量，提高了沥青混合料的水稳定性。
(3)本发明采用硬质沥青拌制沥青混合料，硬质沥青的高粘度特性进一步增加了重复再生集料与沥青的粘附性，提高了沥青混合料的动态模量，弥补了重复再生集料存在较多裂隙影响路用性能的缺陷，提高了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。
具体实施方式
为进一步阐述本发明的重复再生集料硬质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
1、原材料
本实施例选取四档经过水泥浆强化处理的重复再生集料：10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm、0mm＜粒径D＜3mm，其中10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm的为粗集料，0mm＜粒径D＜3mm的为细集料，各档重复再生集料的各项性能指标均能够满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》要求。
本实施例中的硬质沥青为A级30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，重复再生集料硬质沥青混合料中沥青油石比为4.6％。
本实施例中的矿粉各项指标满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》要求。
本实施例中的重复再生集料硬质沥青混合料中各原材料的重量比为：10mm≤粒径D＜15mm集料、5mm≤粒径D＜10mm集料、3mm≤粒径D＜5mm集料、0mm＜粒径D＜3mm集料：矿粉＝32：25：9：31：3，油石比为4.7％。
本实施例中的重复再生集料硬质沥青混合料中10mm≤粒径D＜15mm集料、5mm≤粒径D＜10mm集料、3mm≤粒径D＜5mm集料、0mm＜粒径D＜3mm集料和矿粉混合后的合成级配满足表1。
表1实施例1合成级配表
2、重复再生集料硬质沥青混合料的制备
本实施例中的重复再生集料硬质沥青混合料的制备步骤如下：
(1)从旧路改造中废弃的再生水泥混凝土路面板块获取再生水泥混凝土；
(2)用颚式破碎机等设备将再生水泥混凝土破碎成粒径不超过30mm的石子，再用水泥浆浸泡使浆液浸透集料颗粒后晾干；
(3)将所述破碎处理过的10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm、0mm＜粒径D＜3mm的四档重复再生集料，依据所述重量比混合后，加热至190℃；
(4)依据所述沥青油石比称取加热至170℃的规定重量的所述30号硬质沥青，投入集料中湿拌150秒，再按照所述重量比加入保温的矿粉拌和至均匀为止。
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20—2011)》的方法对实施例1制备的重复再生集料硬质沥青混合料进行路用性能检测，采用车辙试验评价其高温稳定性，采用低温弯曲试验评价其低温抗裂性，采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价其水稳定性，检测结果见表2，结果表明各项性能均能符合技术要求。
表2实施例1重复再生集料硬质沥青混合料的路用性能检测结果
实施例2
1、本实施例选取四档经过水泥浆强化处理的重复再生集料：10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm、0mm＜粒径D＜3mm，其中10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm的为粗集料，0mm＜粒径D＜3mm的为细集料。硬质沥青和矿粉与实施例1相同，均能满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》要求。
2、本实施例中的重复再生集料硬质沥青混合料中各原材料的重量比为：10mm≤粒径D＜15mm集料、5mm≤粒径D＜10mm集料、3mm≤粒径D＜5mm集料、0mm＜粒径D＜3mm集料：矿粉＝38：23：15：22：2，油石比为4.5％。
本实施例中的重复再生集料硬质沥青混合料中10mm≤粒径D＜15mm集料、5mm≤粒径D＜10mm集料、3mm≤粒径D＜5mm集料、0mm＜粒径D＜3mm集料和矿粉混合后的合成级配满足表3。
表3实施例2合成级配表
3、本实施例中的重复再生集料硬质沥青混合料的制备方法同实施例1。
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20—2011)》的方法对实施例2制备的重复再生集料硬质沥青混合料进行路用性能检测，采用车辙试验评价其高温稳定性，采用低温弯曲试验评价其低温抗裂性，采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价其水稳定性，检测结果见表4，结果表明各项性能均能符合技术要求。
表4实施例2重复再生集料硬质沥青混合料的路用性能检测结果
实施例3
1、本实施例选取五档经过水泥浆强化处理的重复再生集料：粒径为15mm≤粒径D＜25mm、10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm、0mm＜粒径D＜3mm，其中15mm≤粒径D＜25mm、10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm的为粗集料，0mm＜粒径D＜3mm的为细集料。硬质沥青和矿粉与实施例1相同，均能满足《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》要求。
2、本实施例中的重复再生集料硬质沥青混合料中各原材料的重量比为：15mm≤粒径D＜25mm集料、10mm≤粒径D＜15mm集料、5mm≤粒径D＜10mm集料、3mm≤粒径D＜5mm集料、0mm＜粒径D＜3mm集料：矿粉＝11：25：30：12：20：2，油石比为4.2％。
本实施例中的重复再生集料硬质沥青混合料中15mm≤粒径D＜25mm集料、10mm≤粒径D＜15mm集料、5mm≤粒径D＜10mm集料、3mm≤粒径D＜5mm集料、0mm＜粒径D＜3mm集料和矿粉混合后的合成级配满足表5。
表5实施例3合成级配表
3、本实施例中的重复再生集料硬质沥青混合料的制备方法同实施例1。
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20—2011)》的方法对实施例3制备的重复再生集料硬质沥青混合料进行路用性能检测，采用车辙试验评价其高温稳定性，采用低温弯曲试验评价其低温抗裂性，采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价其水稳定性，检测结果见表6，结果表明各项性能均能符合技术要求。
表6实施例3重复再生集料硬质沥青混合料的路用性能检测结果
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 (8)
1.一种重复再生集料硬质沥青混合料，其特征在于，所述的重复再生集料硬质沥青混合料是以再生水泥混凝土重复再生集料、石灰岩矿粉和30号硬质沥青为原材料制成；所述再生水泥混凝土重复再生集料为再生水泥混凝土第二次重复再生集料；
所述再生水泥混凝土重复再生集料，分为15mm≤粒径D＜25mm、10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm和0mm＜粒径D＜3mm的重复再生集料；
所述重复再生集料硬质沥青混合料中，15mm≤粒径D＜25mm、10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm、0mm＜粒径D＜3mm的重复再生集料和矿粉的重量比为0~11：25~38：23~30：9~15：20~31：2~3；
所述硬质沥青混合料的油石比为4.2%~4.7%；
所述的重复再生集料硬质沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
1）从旧路改造中废弃的再生水泥混凝土路面板块获取再生水泥混凝土；
2）用颚式破碎机将再生水泥混凝土破碎成粒径不超过30mm的石子，再用水泥浆浸泡使浆液浸透集料颗粒后晾干；
3）将破碎并浸泡处理过的石子用标准筛筛分为各规格重复再生集料；
4）依据重复再生集料的重量比称取规定重量的所述各规格的重复再生集料，并加热至190~220℃；
5）依据硬质沥青混合料的油石比称取加热至165~175℃的规定重量的所述30号硬质沥青，投入混合集料中湿拌150秒，再加入保温的矿粉拌和至均匀为止。
2.根据权利要求1所述的重复再生集料硬质沥青混合料，其特征在于，所述再生水泥混凝土重复再生集料不含粒径为15mm≤粒径D＜25mm的重复再生集料，含10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm和0mm＜粒径D＜3mm这四种重复再生集料；
所述重复再生集料硬质沥青混合料中，10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm、0mm＜粒径D＜3mm的重复再生集料和矿粉的重量比为25~38：23~30：9~15：20~31：2~3。
3.根据权利要求2所述的重复再生集料硬质沥青混合料，其特征在于，所述重复再生集料硬质沥青混合料中，10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm、0mm＜粒径D＜3mm的重复再生集料和矿粉的重量比为32~38：23~25：9~15：22~31：2~3。
4.根据权利要求1所述的重复再生集料硬质沥青混合料，其特征在于，所述再生水泥混凝土重复再生集料中，含有15mm≤粒径D＜25mm、10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm和0mm＜粒径D＜3mm这五种重复再生集料；
所述重复再生集料硬质沥青混合料中的15mm≤粒径D＜25mm、10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm、0mm＜粒径D＜3mm的重复再生集料和矿粉的重量比为11：25~38：23~30：9~15：20~31：2~3。
5.根据权利要求4所述的重复再生集料硬质沥青混合料，其特征在于，所述重复再生集料硬质沥青混合料中的15mm≤粒径D＜25mm、10mm≤粒径D＜15mm、5mm≤粒径D＜10mm、3mm≤粒径D＜5mm、0mm＜粒径D＜3mm的重复再生集料和矿粉的重量比为11：25：30：12：20：2。
6.根据权利要求2所述的重复再生集料硬质沥青混合料，其特征在于，当所述重复再生集料硬质沥青混合料中，所述10mm≤粒径D＜15mm集料、所述5mm≤粒径D＜10mm集料、所述3mm≤粒径D＜5mm集料、所述0mm＜粒径D＜3mm集料和矿粉混合后的合成级配满足：通过筛孔尺寸为16.0mm的百分率为100%、通过筛孔尺寸为13.2mm的百分率为85~95%、通过筛孔尺寸为9.5mm的百分率为62~68%、通过筛孔尺寸为4.75mm的百分率为39~43%、通过筛孔尺寸为2.36mm的百分率为22~32%、通过筛孔尺寸为1.18mm的百分率为15~25%、通过筛孔尺寸为0.6mm的百分率为12~17%、通过筛孔尺寸为0.3mm的百分率为9~10%、通过筛孔尺寸为0.15mm的百分率为6-7%以及通过筛孔尺寸为0.075mm的百分率为2-3%。
7.根据权利要求4所述的重复再生集料硬质沥青混合料，其特征在于，当所述重复再生集料硬质沥青混合料中，所述15mm≤粒径D＜25mm集料、所述10mm≤粒径D＜15mm集料、所述5mm≤粒径D＜10mm集料、所述3mm≤粒径D＜5mm集料、所述0mm＜粒径D＜3mm集料和矿粉混合后的合成级配满足：通过筛孔尺寸为26.5mm的百分率为100%、通过筛孔尺寸为19.0mm的百分率为95~98%、通过筛孔尺寸为16.0mm的百分率为80~89%、通过筛孔尺寸为13.2mm的百分率为80~95%、通过筛孔尺寸为9.5mm的百分率为62~68%、通过筛孔尺寸为4.75mm的百分率为39~43%、通过筛孔尺寸为2.36mm的百分率为22~34%、通过筛孔尺寸为1.18mm的百分率为15~25%、通过筛孔尺寸为0.6mm的百分率为6~10%以及通过筛孔尺寸为0.075mm的百分率为2-3%。
8.根据权利要求1所述的重复再生集料硬质沥青混合料，其特征在于，所述制备方法的步骤2）中，用水泥浆浸泡使浆液浸透集料颗粒后晾干，是用水灰比为0.46的水泥浆浸泡至少30min，使浆液浸透集料颗粒后晾干。
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