CN115073090B - 抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料及其应用 - Google Patents

抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料及其应用，属于道路工程领域。所述基层材料包括建筑垃圾混合骨料，水泥、抗收缩稳定剂和水，建筑垃圾混合骨料由破碎混凝土骨料、破碎砖块骨料组成，抗收缩稳定剂由聚丙烯纤维、钛石膏、水玻璃基激发剂和钢渣组成。以本发明的抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料铺筑的道路基层时，可保证建筑垃圾再生粒料作为基层填料时，既能满足工程指标要求，保证良好的收缩性能，又能满足环保要求。同时设计的路面结构能极大减少筑路材料的用量，并且在实现工业废弃物资源化利用、节约筑路材料方面效果明显，具有很好的推广应用价值。

Description

抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料及其应用
技术领域
本发明涉及道路工程领域，具体提供一种抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料及其应用。
背景技术
工程建设是经济发展的支柱，大规模的城市化建设，促进了经济的增长，但也产生了大量的建筑垃圾，环境保护逐渐成为了人们的共识。据统计，每进行 10000m2的施工建设将会产生500～600t的建筑垃圾，建筑垃圾已经制约了经济的发展，也给人们的生活带来了困扰。因此，解决建筑垃圾的堆放问题已是刻不容缓。建筑垃圾属于固体废弃物，具有可再生利用的特点，如果能够实现建筑垃圾的资源化，不仅解决了建筑垃圾的堆放难题，还能产生可观的经济效益，使建筑垃圾实现可持续发展的良性循环。随着交通行业和建筑业的迅猛发展，天然骨料资源将日渐枯竭。通过科学的方法将建筑垃圾与道路建设相结合，为建筑垃圾的再利用提供了一个新的思路。不仅可以节约道路建筑材料、降低工程造价，也可以提高建筑垃圾的利用效率，保护生态环境、促进经济增长，实现建筑与资源、环境、经济和社会的全面、协调与可持续发展。
随着建筑垃圾在道路工程中的应用，一些问题也显现出来。当建筑垃圾粒料运用到道路基层时，由于水分急剧蒸发和混合料内部发生水化作用，混合料中的水分会不断减少，水的减少而发生的毛细管作用、吸附作用、分子间力的作用、材料矿物晶体或凝胶体间层间水的作用和碳化收缩作用等会引起半刚性材料产生体积收缩，即干缩。另外组成水泥半刚性材料的三个相(固相、液相和气相)在降温过程中相互作用，也会产生体积收缩(温缩)。由于水泥稳定建筑垃圾基层干缩和温缩的作用，使铺筑好的建筑垃圾基层很容易产生裂缝，同时这些裂缝会反射到薄的面层上，从而导致沥青路面使用性能的降低。
发明内容
本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种既能满足工程指标要求，保证良好的收缩性能，又能满足环保要求的抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料，包括建筑垃圾混合骨料，水泥、抗收缩稳定剂和水，
所述建筑垃圾混合骨料由破碎混凝土骨料、破碎砖块骨料组成，破碎混凝土骨料、破碎砖块骨料的质量比为(0.5-3.5):1，破碎砖块骨料的最大公称粒径不大于9.5mm；
所述抗收缩稳定剂由聚丙烯纤维、钛石膏、水玻璃基激发剂和钢渣组成。
本发明建筑垃圾混合骨料中，破碎混凝土具有较高强度，在建筑垃圾混合骨料中充当骨架，是强度的主要来源；破碎砖块强度相对较低，在骨料中用于粒径小于9.5mm的细粒部分，在建筑垃圾混合骨料中起到填充孔隙的作用。破碎砖块骨料有机质含量应小于0.3％，易溶盐含量应小于 5％。
作为优选，破碎混凝土骨料与破碎砖块骨料质量比为(0.5-1.5):1时，
破碎混凝土骨料的最大公称粒径不大于60mm，且粒径大于40mm的粒料所占质量百分比小于15％、粒径小于0.075mm的粒料所占质量百分比小于5％；
破碎砖块骨料的最大公称粒径不大于9.5mm,且粒径小于0.075mm的粒料所占质量百分比小于10％；
建筑垃圾混合骨料中，粒径小于4.75mm粒料所占质量百分比小于 30％，压碎值小于20％，不均匀系数≥5，液限小于50％。
作为优选，破碎混凝土骨料与破碎砖块骨料质量比为(1.5-2.5):1，不包括1.5:1时，
破碎混凝土骨料的最大公称粒径不大于40mm，且粒径小于0.075mm 的粒料所占质量百分比小于5％；
破碎砖块骨料的最大公称粒径不大于9.5mm,且粒径小于0.075mm的粒料所占质量百分比小于10％；
建筑垃圾混合骨料中，粒径小于4.75mm粒料所占质量百分比小于 35％，压碎值小于30％，不均匀系数≥5，液限小于40％。
作为优选，破碎混凝土骨料与破碎砖块骨料质量比为(2.5-3.5):1，不包括2.5:1时，
破碎混凝土骨料的最大公称粒径不大于19mm，且粒径小于0.075mm 的粒料所占质量百分比小于5％；
破碎砖块骨料的最大公称粒径不大于9.5mm,且粒径小于0.075mm的粒料所占质量百分比小于10％；
建筑垃圾混合骨料中，粒径小于4.75mm粒料所占质量百分比小于 40％，压碎值小于35％，不均匀系数≥5，液限小于35％。
本发明抗收缩稳定剂中，钛石膏中大量Ca2+与水玻璃基激发剂中Na+离子交换作用后使吸附水膜减薄，使微粒单体相互接近逐渐结成晶体聚成团粒。钢渣的掺入促进了胶凝体系生成更多的C-S-H，使凝胶产物的结构由类Si-O-Si结构转变成类C-S-H的结构。在碱性环境中，钛石膏中的 Fe(OH)3及游离铁离子转变成氢氧化铁凝胶，能够与C-S-H凝胶相互交织，结合在一起，促进混凝土体系强度的增加，钢渣的掺入促进胶凝体系中生成了球状的钠系菱沸石，与未参与反应的微细粒填充到体系的孔隙中,促进了胶凝材料强度进一步增长，为胶凝体系提供了更高的强度。同时，聚丙烯纤维的掺入可以使胶凝体系内形成各向异性的加筋结构，能够显著增强结构的强度和抗收缩性能。聚丙烯纤维、钛石膏、水玻璃基激发剂和钢渣的质量比可以是(0.3-0.7):(25-35):(10-20):(80-90)，优选为 (0.4-0.6):(28-32):(13-17):(83-87)。
作为优选，抗收缩稳定剂的质量是建筑垃圾骨料质量的4％～8％，特别优选为5％～7％。
作为优选，所述聚丙烯纤维的长度为3mm-9mm(特别优选为5-8mm)，直径为20-40μm(特别优选为25-35μm)。
所述的钛石膏主要成分为二水石膏(CaSO4·2H2O，不小于85％)和氢氧化铁(Fe(OH)3，不小于10％)，还含有少量FeSO4和Al(OH)3，呈红色或棕黄色。
作为优选，所述水玻璃基激发剂为硅酸钠和氢氧化钠混合物，水玻璃模数小于2，特别优选为小于1.5。
所述钢渣优选为高炉钢渣，主要矿物成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO，其质量占比为8％～10％、2％～4％、20％～25％、40％～45％。
本发明中抗收缩稳定剂的制备方法优选为：将钛石膏在不高于60℃的干燥烘箱中烘干，时间不小于24h，晾至室温，随后将钛石膏与水玻璃和钢渣按照所选比例混合，碾磨成粉末状(细度优选为120目)，然后与聚丙烯纤维按照比例混合，放入搅拌机内搅拌，搅拌机转速为200r/min，搅拌时间不小于1分钟。
所述的水泥为普通硅酸盐水泥，水泥规格为P·32.5及以上，作为优选，水泥的质量为建筑垃圾混合骨料质量的4-6％，特别优选为4-5％。
所述水的用量，由抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料击实试验的最佳含水率确定。
本发明所述抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料可用于铺装路面基层。基层的铺装厚度为18-22cm，优选为20cm。
进行路面基层铺装时，将所选的建筑垃圾混合骨料、抗收缩稳定剂和水泥按100:(4-8):(4-6)的质量比放入搅拌机中混合，充分搅拌后按最佳含水率添加水，再次搅拌，并充分混合，即可形成抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料，压实度控制为≥96％。
和现有技术相比，本发明的抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料及其应用具有以下突出的有益效果：
(一)该基层结构具有较好的强度稳定性，保证建筑垃圾粒料作为基层填料既有良好的抗收缩性能，又能满足强度要求；
(二)提高建筑垃圾的资源化利用率，增加资源回收利用的经济回报，减少道路建设、运营和维护费用；
(三)有效提高道路承载能力，并有效降低天然建筑材料的消耗量，缓解道路筑材料的供需矛盾。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例材料说明：
聚丙烯纤维：长度为6mm，纤维直径为30μm；
钛石膏：主要成分为二水石膏(86.4％)、氢氧化铁(11.1％)、FeSO4 (0.8％)、Al(OH)3(0.7％)。
水玻璃：硅酸钠和氢氧化钠混合物，两者质量比1:1，水玻璃模数为 1.5。
高炉钢渣：主要矿物成分为SiO2(9.2％)、Fe2O3(2.3％)、Al2O3(23％)、 CaO(42.3％)；
水泥：P·32.5普通硅酸盐水泥。
【实施例1】
1.建筑垃圾混合骨料的制备
破碎混凝土骨料与破碎砖块骨料质量比为1:1
破碎混凝土骨料级配范围以各粒径石料通过标准尺寸筛孔百分率计： 60mm，100％；40mm，86.6％；31.5mm，70.3％；26.5，65.9％；19mm，51.2％；9.5mm，33.6％；4.75mm，21.8％；2.36mm，16.6％；1.18mm，10.4％；0.6mm， 7.7％；0.075mm，3.5％。
破碎砖块骨料级配范围以各粒径石料通过标准尺寸筛孔百分率计： 9.5mm，100％；4.75mm，43.6％；2.36mm，20.2％；1.18mm，14.4％；0.6mm， 9.6％；0.075mm，6.1％。
建筑垃圾混合骨料级配范围以各粒径石料通过标准尺寸筛孔百分率计：60mm，100％；40mm，93.3％；31.5mm，85.2％；26.5，82.9％；19mm， 75.6％；9.5mm，66.8％；4.75mm，32.7％；2.36mm，18.4％；1.18mm，12.4％； 0.6mm，8.7％；0.075mm，4.8％。压碎值13.6％，不均匀系数为7.5，液限为43.1。
2、抗收缩稳定剂的制备
以质量比为0.5:30:15:85的聚丙烯纤维、钛石膏、水玻璃、钢渣制备抗收缩稳定剂：将钛石膏、水玻璃和钢渣按照比例混合，碾磨成粉末状 (细度为120目)，然后与聚丙烯纤维按照比例混合，放入搅拌机内搅拌，搅拌机转速为200r/min，搅拌时间为1分钟。
3、基层材料制备
将上述建筑垃圾混合骨料、抗收缩稳定剂和水泥按100:6:4的质量比混合，根据重型击实试验确定最佳含水率为8.6％、最大干密度为 2.35kg/cm3。
将建筑垃圾混合骨料、抗收缩稳定剂和水泥按100:6:4的质量比放入搅拌机中混合，充分搅拌后按最佳含水率添加水，再次搅拌，并充分混合，压实度控制为96％，制备成抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料。
【实施例2】
1.建筑垃圾混合骨料的制备
破碎混凝土骨料与破碎砖块骨料质量比为2:1
破碎混凝土骨料级配范围以各粒径石料通过标准尺寸筛孔百分率计： 40mm，100％；31.5mm，83.3％；26.5，61.5％；19mm，46.8％；9.5mm，31.9％； 4.75mm，19.7％；2.36mm，15.4％；1.18mm，12.1％；0.6mm，8.2％；0.075mm， 3.8％。
破碎砖块骨料级配范围以各粒径石料通过标准尺寸筛孔百分率计： 9.5mm，100％；4.75mm，53.1％；2.36mm，22.2％；1.18mm，16.4％；0.6mm， 10.8％；0.075mm，7.2％。
建筑垃圾混合骨料级配范围以各粒径石料通过标准尺寸筛孔百分率计：40mm，100％；31.5mm，88.9％；26.5，78％；19mm，70.6％；9.5mm， 63.2％；4.75mm，33.6％；2.36mm，16％；1.18mm，11.5％；0.6mm，6.7％； 0.075mm，2.7％。压碎值24.5％，不均匀系数为6.8，液限为35.4。
2、抗收缩稳定剂的制备
物料配比及制备方法与实施例1相同。
3、基层材料制备
将上述建筑垃圾混合骨料、抗收缩稳定剂和水泥按100:6:4的质量比混合，根据重型击实试验确定最佳含水率为9.4％、最大干密度为2.28kg/cm3。
制备方法与实施例1相同。
【实施例3】
1.建筑垃圾混合骨料的制备
破碎混凝土骨料与破碎砖块骨料质量比为3:1
破碎混凝土骨料级配范围以各粒径石料通过标准尺寸筛孔百分率计： 19mm，100％；9.5mm，63.6％；4.75mm，33.1％；2.36mm，23.4％；1.18mm， 14.1％；0.6mm，10.8％；0.075mm，4.3％。
破碎砖块骨料级配范围以各粒径石料通过标准尺寸筛孔百分率计： 9.5mm，100％；4.75mm，43.1％；2.36mm，33.4％；1.18mm，19.4％；0.6mm， 14.5％；0.075mm，8.9％。
建筑垃圾混合骨料级配范围以各粒径石料通过标准尺寸筛孔百分率计：19mm，100％；9.5mm，81.8％；4.75mm，38.1％；2.36mm，28.7％；1.18mm， 16.8％；0.6mm，12.7％；0.075mm，6.6％。压碎值24.5％，压碎值27.4％，不均匀系数为8.4，液限为31.2。
2、抗收缩稳定剂的制备
物料配比及制备方法与实施例1相同。
3、基层材料制备
将上述建筑垃圾混合骨料、抗收缩稳定剂和水泥按100:6:4的质量比混合，根据重型击实试验确定最佳含水率为9.8％、最大干密度为 2.41kg/cm3。
制备方法与实施例1相同。
对比例：
采用实施例1、实施例2、实施例3中的建筑垃圾混合骨料，并将建筑垃圾混合骨料与水泥按100:4的质量比混合作为对比例1-3，在试验室内做击实试验，确定最佳含水率和最大干密度。对比例1-3的最佳含水率分别为9.7％、10.2％和10.7％，最大干密度分别为2.12kg/cm3、2.17kg/cm3和2.24kg/cm3。将所选的建筑垃圾混合骨料、水泥按100:4的质量比放入搅拌机中混合，充分搅拌后按最佳含水率添加水，再次搅拌，并充分混合，压实度控制为96％，制备成抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料。
对比例4的建筑垃圾为破碎混凝土，破碎混凝土骨料与实施例1中破碎混凝土骨料相同。
2、抗收缩稳定剂的制备
物料配比及制备方法与实施例1相同。
3、基层材料制备
将上述建筑垃圾混合骨料、抗收缩稳定剂和水泥按100:6:4的质量比混合，根据重型击实试验确定最佳含水率为8.4％、最大干密度为 2.18kg/cm3。
制备方法与实施例1相同。
将制备得到的试件，标准养护7天，测试无侧限抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、回弹模量、温缩和干缩系数。
Figure BDA0003697201340000081
由上述测试数据可以看出，其抗剪强度、抗压强度、抗拉强度回弹模量及抗收缩性等方面性能优异，具有很高的推广应用价值。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料，其特征在于：包括建筑垃圾混合骨料，水泥、抗收缩稳定剂和水，建筑垃圾混合骨料、抗收缩稳定剂和水泥的质量比100:(4-8):(4-6)，水的添加量按最佳含水率确定，
所述建筑垃圾混合骨料由破碎混凝土骨料、破碎砖块骨料组成，破碎混凝土骨料、破碎砖块骨料的质量比为(0.5-3.5):1，破碎砖块骨料的最大公称粒径不大于9.5mm；
所述抗收缩稳定剂由聚丙烯纤维、钛石膏、水玻璃基激发剂和钢渣组成，聚丙烯纤维、钛石膏、水玻璃基激发剂和钢渣的质量比为(0.4-0.6):(28-32):(13-17):(83-87)。
2.根据权利要求1所述的抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料，其特征在于：破碎混凝土骨料与破碎砖块骨料质量比为(0.5-1.5):1时，
破碎混凝土骨料的最大公称粒径不大于60mm，且粒径大于40mm的粒料所占质量百分比小于15％、粒径小于0.075mm的粒料所占质量百分比小于5％；
破碎砖块骨料的最大公称粒径不大于9.5mm,且粒径小于0.075mm的粒料所占质量百分比小于10％；
建筑垃圾混合骨料中，粒径小于4.75mm粒料所占质量百分比小于30％，压碎值小于20％，不均匀系数≥5，液限小于50％。
3.根据权利要求1所述的抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料，其特征在于：破碎混凝土骨料与破碎砖块骨料质量比为(1.5-2.5):1，不包括1.5:1时，
破碎混凝土骨料的最大公称粒径不大于40mm，且粒径小于0.075mm的粒料所占质量百分比小于5％；
破碎砖块骨料的最大公称粒径不大于9.5mm,且粒径小于0.075mm的粒料所占质量百分比小于10％；
建筑垃圾混合骨料中，粒径小于4.75mm粒料所占质量百分比小于35％，压碎值小于30％，不均匀系数≥5，液限小于40％。
4.根据权利要求1所述的抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料，其特征在于：破碎混凝土骨料与破碎砖块骨料质量比为(2.5-3.5):1，不包括2.5:1时，
破碎混凝土骨料的最大公称粒径不大于19mm，且粒径小于0.075mm的粒料所占质量百分比小于5％；
破碎砖块骨料的最大公称粒径不大于9.5mm,且粒径小于0.075mm的粒料所占质量百分比小于10％；
建筑垃圾混合骨料中，粒径小于4.75mm粒料所占质量百分比小于40％，压碎值小于35％，不均匀系数≥5，液限小于35％。
5.根据权利要求1所述的抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料，其特征在于：抗收缩稳定剂的质量是建筑垃圾骨料质量的4％～8％。
6.根据权利要求1所述的抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料，其特征在于：
所述水玻璃基激发剂为硅酸钠和氢氧化钠混合物，水玻璃模数小于2；
所述聚丙烯纤维的长度为3mm-9mm，直径为20-40μm。
7.根据权利要求1所述的抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料，其特征在于：抗收缩稳定剂的制备方法为：
将钛石膏在不高于60℃的干燥烘箱中烘干，时间不小于24h，晾至室温，随后将钛石膏与水玻璃和钢渣按照所选比例混合，碾磨成粉末状，然后与聚丙烯纤维按照比例混合，放入搅拌机内搅拌，搅拌机转速为200r/min，搅拌时间不小于1分钟。
8.根据权利要求7所述的抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料，其特征在于：粉末细度为120目。
9.根据权利要求1所述的抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料，其特征在于：水泥的质量为建筑垃圾混合骨料质量的4-6％。
10.权利要求1-9任意一项所述抗收缩的建筑垃圾稳定道路基层材料在路面基层铺装中的应用。
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