CN117105611B - 胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料及其制备方法 - Google Patents
胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料及其制备方法，该基层材料中高砖混建筑垃圾再生骨料为83‑85wt%、水泥为4‑6wt%、橡胶粉为0.5‑1.5wt%、水为8‑10wt%，橡胶粉中未改性橡胶粉为30‑40wt%、改性橡胶粉为60‑70wt%。该制备方法包括以下步骤：对需要改性的橡胶粉进行改性；设计水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的合成级配；将各粒径高砖混建筑垃圾再生骨料、水泥和水搅拌制得水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料；将未改性橡胶粉和改性橡胶粉搅拌制得未改性橡胶粉与改性橡胶粉的混合物；将混合物和水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料搅拌制得胶粉改性高砖混建筑垃圾抗裂型基层材料。本发明解决了高砖混含量的建筑垃圾利用率低以及再生骨料基层容易产生反射裂缝等问题。
Description
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料及其制备方法。
背景技术
随着国民经济的稳步发展和产业结构性的调整，我国对公路等基础性建设的重视程度和资源投入急剧加大。目前我国公路的总里程位居世界前列，交通荷载的增加，对道路的承载能力和安全性能的要求也更为严苛，基层作为道路的主要承重层，越来越受到人们的重视。
水泥稳定碎石（碎石即为天然骨料、天然砂石）混合料作为道路建设中运用最广泛的基层材料，虽然具有诸多优点，但是这种基层材料容易产生非荷载型裂缝，从而导致早期损伤。随着工业化和城市化进程的快速推进，建筑行业迅猛发展，基础设施建设等新建工程随处可见，大量原有的建筑物达到使用年限或者不能满足使用要求而被拆除，这种现象不仅会造成建筑资源的巨大浪费，还会导致建筑垃圾围城问题日益严重。大量的建筑垃圾若不能有效地被利用或者被合理处置，将会造成资源的严重浪费，同时也会加剧对自然环境的严重破坏，因此实现建筑垃圾的资源化利用并稳步提高其利用水平是当前极其重要且迫切的需求。
道路工程作为我国基础设施建设的重要组成部分，工程体量大，每年消耗大量的天然砂石材料，同时道路按功能性差异可分为多个等级、按结构层差异可分为多个层次，具有大量消纳不同物理性能的再生骨料的可能性。目前以建筑垃圾为原材料的再生骨料已广泛应用于各类建筑物中，然而与天然骨料相比，再生骨料在宏观性能上存在密度小、强度低、吸水吸油率高等缺点，使用时需要充分考虑再生骨料对混合料强度、抗冻性和抗开裂性等性能的影响。为了保证基层的抗开裂性能，已有研究在水泥稳定碎石混合料中加入橡胶粉，通过橡胶粉改性在保证其与水泥基材料黏结能力的前提下，利用橡胶粉的高弹性提升混合料的韧性和抗收缩裂缝能力，有效防治半刚性基层沥青路面的反射裂缝，促进资源节约利用。但是现有研究是基于将橡胶粉掺入天然骨料的水泥稳定碎石混合料中，而对于将橡胶粉掺入再生骨料的水泥稳定建筑垃圾混合料的研究尚未记载。
建筑垃圾通常分为低砖混含量的混凝土类建筑垃圾和高砖混含量的砖混类建筑垃圾，目前各科研院所对建筑垃圾的研究应用多选择低砖混含量的混凝土类建筑垃圾，而对高砖混含量的砖混类建筑垃圾的再生利用研究极少，在现有技术中，若没有特别提到高砖混、砖瓦、红砖碎料等内容，则所选择的建筑垃圾均为低砖混含量的混凝土类建筑垃圾。由于高砖混含量的建筑垃圾主要是原有砖混类建筑物拆除产生的建筑垃圾，此类建筑垃圾由于含有大量的砖瓦类材料，使其具有吸水率高、强度低、性能不稳定等缺点，因此需要开发一种胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料及其制备方法，以解决现有技术存在的问题。
申请公布号为CN116496056A的发明专利公开了一种含红砖建筑垃圾全再生半刚性道路基层材料及其制备方法和应用，该基层材料按照质量份数计，由包括以下组分的原料制备得到：再生骨料80-99份，胶结料2-19份，再生骨料由含红砖建筑垃圾制备得到的粗骨料和细骨料组成，粗骨料的粒径为4.75-33mm，细骨料的粒径小于4.75mm，胶结料为水泥或者由粉煤灰和石灰组成。该技术方案采用了含红砖建筑垃圾制备道路基层材料，所制备的基层材料未经过胶粉改性，虽然能够提高基层材料的强度和抗冻性能，但是无法提高基层材料的抗裂性能。
申请公布号为CN115974480A的发明专利公开了一种红砖骨料水泥稳定土材料及其制备方法和在路面底基的应用，该红砖骨料水泥稳定土材料是由以下组分按照质量百分比制成，红砖骨料水泥稳定土99.7-99.9％，聚乙烯醇纤维0.1-0.3％；红砖骨料水泥稳定土按照重量份数包括以下组分：水泥5-8份，土颗粒70-90份，再生红砖骨料70-90份，水20-30份。该技术方案所制备的红砖骨料水泥稳定土材料只能应用于路面底基中，而路面底基位于路面基层的下方，由于底基和基层所处的位置不同，所以适用的材料以及对材料性能的要求也不同。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料，所述抗裂型基层材料中各物质的掺加量占所述抗裂型基层材料的质量百分比为，高砖混建筑垃圾再生骨料占83-85wt%、水泥占4-6wt%、橡胶粉占0.5-1.5wt%、水占8-10wt%；所述橡胶粉包括未改性橡胶粉和改性橡胶粉，所述未改性橡胶粉占所述橡胶粉的质量百分比为30-40wt%，所述改性橡胶粉占所述橡胶粉的质量百分比为60-70wt%。更为优选的是，水的掺加量为水泥掺加量的1.5-2倍。
优选的是，所述高砖混建筑垃圾再生骨料为砖混类建筑物拆除产生的建筑垃圾，其砖混含量为70-80wt%；在所述高砖混建筑垃圾再生骨料中，再生粗骨料的压碎值不超过30%，再生细骨料的表观相对密度不低于2.5g/cm3、含泥量不超过3.0%。
在上述任一方案中优选的是，所述水泥为P.O 32.5普通硅酸盐水泥。
在上述任一方案中优选的是，所述橡胶粉的比表面积为20-22m2/kg，其粒径为110-129μm的橡胶粉占10%、粒径为130-140μm的橡胶粉占50%、粒径为141-168μm的橡胶粉占40%。
本发明还提供一种胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料的制备方法，用于制备上述任一项所述的胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：测试高砖混建筑垃圾再生骨料、橡胶粉和改性剂的各项性能指标，并采用改性剂对需要改性的橡胶粉进行活化改性；
步骤二：根据《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）中含100%天然骨料的水泥稳定碎石混合料的合成级配以及筛分试验，设计含100%高砖混建筑垃圾再生骨料的水泥稳定建筑垃圾再生骨料无机混合料的合成级配；根据水泥稳定高砖混建筑垃圾再生骨料无机混合料的力学性能和耐久性能的平衡要求，设计含30%高砖混建筑垃圾再生骨料的水泥稳定建筑垃圾再生骨料无机混合料的合成级配，并将所设计的合成级配作为水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的合成级配；
步骤三：按照抗裂型基层材料的设计要求称取高砖混建筑垃圾再生骨料、水泥、未改性橡胶粉、改性橡胶粉和水备用，同时按照所设计的水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的合成级配称取各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料备用；
步骤四：将各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料和水泥放入搅拌机中进行搅拌混合，待搅拌混合结束后，向搅拌机中加入水，继续进行搅拌混合，即可制得水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料；
步骤五：将未改性橡胶粉和改性橡胶粉放入另一搅拌机中进行搅拌混合，制得未改性橡胶粉与改性橡胶粉的混合物；
步骤六：将未改性橡胶粉与改性橡胶粉的混合物放入水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料中进行搅拌混合，即可制得胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料。
优选的是，步骤一中，采用改性剂对需要改性的橡胶粉进行活化改性的方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤（1）：取适量的无水乙醇溶液，并向无水乙醇溶液中加入水，水的添加量为无水乙醇溶液质量的30%，使用搅拌棒在常温下搅拌无水乙醇溶液和水，搅拌时间为30s，制得乙醇溶液；
步骤（2）：取800ml乙醇溶液，并向乙醇溶液中加入硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-550的添加量为需要改性的橡胶粉质量的2%，使用磁力搅拌器在常温下搅拌乙醇溶液和硅烷偶联剂KH-550，搅拌时间为10min，然后静置水解1h，制得乙醇溶液与硅烷偶联剂KH-550的混合液；
步骤（3）：分别取CaCl2盐溶液和MgSO4盐溶液，二者的添加量均为需要改性的橡胶粉质量的5%，使用磁力搅拌器在常温下将二者混合均匀，制得CaCl2与MgSO4的无机盐溶液；
步骤（4）：将乙醇溶液与硅烷偶联剂KH-550的混合液、CaCl2与MgSO4的无机盐溶液混合均匀，即可制得橡胶粉改性剂；
步骤（5）：将需要改性的橡胶粉放入橡胶粉改性剂中，使用磁力搅拌器在常温下搅拌10min，待搅拌结束后，将悬浊液静置1h，然后过滤，并使用清水反复清洗橡胶粉；
步骤（6）：将清洗后的橡胶粉放入烘箱中进行烘干处理，烘干温度为80℃，烘干时间为4h，使橡胶粉达到饱和面干的状态，即可制得改性橡胶粉。
本发明中，硅烷偶联剂KH-550具有改性作用，可作为橡胶粉的改性剂；CaCl2盐溶液和MgSO4盐溶液不仅具有改性作用，还具有分散作用，即CaCl2盐溶液和MgSO4盐溶液不仅能够作为橡胶粉的改性剂，而且还能够将改性橡胶粉的颗粒更好的分散开，如果不使用CaCl2盐溶液和MgSO4盐溶液，那么改性橡胶粉很容易结块。
在上述任一方案中优选的是，步骤二中，在设计含100%高砖混建筑垃圾再生骨料的水泥稳定建筑垃圾再生骨料无机混合料的合成级配过程中，调整了筛孔为19mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、0.6mm和0.075mm中粒径为0-5mm、5-10mm、10-20mm和20-30mm的高砖混建筑垃圾再生骨料的通过率，得到筛孔为19mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、0.6mm和0.075mm的100%高砖混建筑垃圾再生骨料合成级配的通过率分别为77.81%、48.64%、30.47%、20.74%、10.84%和1.18%。
在上述任一方案中优选的是，步骤二中，在设计含30%高砖混建筑垃圾再生骨料的水泥稳定建筑垃圾再生骨料无机混合料的合成级配过程中，结合了筛孔为19mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、0.6mm和0.075mm中粒径为0-5mm、5-10mm、10-20mm和20-30mm的天然骨料的通过率和高砖混建筑垃圾再生骨料的通过率，同时调整了粒径为0-5mm、5-10mm、10-20mm和20-30mm的高砖混建筑垃圾再生骨料的掺量，得到筛孔为19mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、0.6mm和0.075mm的30%高砖混建筑垃圾再生骨料合成级配的通过率分别为80.15%、46.1%、31.11%、19.87%、9.74%和0.88%，并将该通过率作为水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的合成级配。
本发明中，在级配设计时选取再生骨料掺量为30%的原因如下：30%再生骨料掺量是一个平衡性能要求和可行性的结果，30%既能够满足级配设计要求又能够最大化的利用建筑垃圾。该比例能够满足设计要求，如强度、稳定性、耐久性等，同时在技术、经济、可行性等方面保持合理性；根据先前的工程经验或研究，30%再生骨料掺量能够在高砖混建筑垃圾再生骨料无机混合料中实现良好的性能表现和经济效益。
再生骨料的使用应尽可能满足高等级公路的要求，以便可以在多种使用环境中进行推广使用。根据现行公路路面基层设计规范要求，通过总结不同规范级配设计异同点与水泥稳定碎石结构的组成特性，利用大比例的粗骨料来减少结构内部的薄弱点，以细骨料填充孔隙的同时加入改性橡胶粉，减少来自水泥胶砂产生的收缩，最终得到了以骨架密实结构为基础的抗裂型级配，通过再生骨料与天然骨料筛分形成了三种级配组成。
在上述任一方案中优选的是，步骤四中，各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料和水泥的搅拌温度为常温、搅拌时间为1-2min、搅拌速率为50-100r/min；各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料、水泥和水的搅拌温度为常温、搅拌时间为1-2min、搅拌速率为50-100r/min。步骤四中，各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料、水泥和水采用强制搅拌方式。
在上述任一方案中优选的是，步骤五中，未改性橡胶粉和改性橡胶粉的搅拌温度为常温、搅拌时间为1-2min、搅拌速率为20-100r/min；步骤六中，未改性橡胶粉与改性橡胶粉的混合物和水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的搅拌温度为常温、搅拌时间为3-4min、搅拌速率为50-100r/min。步骤五中，未改性橡胶粉和改性橡胶粉采用翻转搅拌方式；步骤六中，未改性橡胶粉与改性橡胶粉的混合物和水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料采用强制搅拌方式。
本发明通过利用大比例的粗骨料来减少结构内部的薄弱点，以细骨料填充孔隙的同时加入改性橡胶粉，进行无机混合料的级配设计，这对提高橡胶粉与高砖混含量的建筑垃圾再生骨料在道路工程建设上的利用率以及有效防治半刚性基层沥青路面的反射裂缝具有十分重要的意义。
本发明的胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料及其制备方法，使用不同掺量的建筑垃圾再生骨料替代天然骨料，采用橡胶粉与水泥稳定建筑垃圾再生骨料制备无机混合料，设计以骨架密实结构为基础的抗裂型级配，对其进行配合比设计，并进行路用性能测试，解决了高砖混含量的建筑垃圾利用率低以及再生骨料基层容易产生反射裂缝等问题。
附图说明
图1为按照本发明胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料及其制备方法的一优选实施例的工艺流程图；
图2为图1所示实施例步骤二中三种类型混合料的合成级配曲线图；
图3为三个实施例所使用的高砖混建筑垃圾再生骨料的实物照片；
图4为三个实施例所制备的胶粉改性水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的实物照片，其中（a）为圆柱形，（b）为长方体形；
图5为三个实施例的7d无侧限抗压强度试验过程照片；
图6为三个实施例的7d劈裂抗拉强度试验过程照片，其中（a）为试验过程照片，（b）为试验结束后的照片；
图7为三个实施例的7d弯拉强度试验过程照片，其中（a）为试验过程照片，（b）为试验结束后的照片；
图8为三个实施例的击实试验的测试结果曲线图。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
实施例一：
按照本发明胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料的一优选实施例，所述抗裂型基层材料中各物质的掺加量占所述抗裂型基层材料的质量百分比为，高砖混建筑垃圾再生骨料占84wt%、水泥占6wt%、橡胶粉占1wt%、水占9wt%，其中水的掺加量为水泥掺加量的1.5倍；所述橡胶粉包括未改性橡胶粉和改性橡胶粉，所述未改性橡胶粉占所述橡胶粉的质量百分比为35wt%，所述改性橡胶粉占所述橡胶粉的质量百分比为65wt%。
所述高砖混建筑垃圾再生骨料为砖混类建筑物拆除产生的建筑垃圾，其砖混含量为75wt%；在所述高砖混建筑垃圾再生骨料中，再生粗骨料的压碎值不超过30%，再生细骨料的表观相对密度不低于2.5g/cm3、含泥量不超过3.0%。
所述水泥为P.O 32.5普通硅酸盐水泥。所述橡胶粉的比表面积为21m2/kg，其粒径为120μm的橡胶粉占10%、粒径为135μm的橡胶粉占50%、粒径为155μm的橡胶粉占40%。
如图1所示，本实施例还提供一种胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料的制备方法，用于制备上述胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：测试高砖混建筑垃圾再生骨料、橡胶粉和改性剂的各项性能指标，并采用改性剂对需要改性的橡胶粉进行活化改性；
步骤二：根据《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）中含100%天然骨料的水泥稳定碎石混合料的合成级配以及筛分试验，设计含100%高砖混建筑垃圾再生骨料的水泥稳定建筑垃圾再生骨料无机混合料的合成级配；根据水泥稳定高砖混建筑垃圾再生骨料无机混合料的力学性能和耐久性能的平衡要求，设计含30%高砖混建筑垃圾再生骨料的水泥稳定建筑垃圾再生骨料无机混合料的合成级配，并将所设计的合成级配作为水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的合成级配；
步骤三：按照抗裂型基层材料的设计要求称取高砖混建筑垃圾再生骨料、水泥、未改性橡胶粉、改性橡胶粉和水备用，同时按照所设计的水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的合成级配称取各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料备用；
步骤四：将各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料和水泥放入搅拌机中进行搅拌混合，待搅拌混合结束后，向搅拌机中加入水，继续进行搅拌混合，即可制得水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料；
步骤五：将未改性橡胶粉和改性橡胶粉放入另一搅拌机中进行搅拌混合，制得未改性橡胶粉与改性橡胶粉的混合物；
步骤六：将未改性橡胶粉与改性橡胶粉的混合物放入水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料中进行搅拌混合，即可制得胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料。
步骤一中，对高砖混建筑垃圾再生骨料、橡胶粉和改性剂的各项性能指标进行测试，测试结果如表1-5所示。
本实施例选用的高砖混建筑垃圾再生骨料由北京都市绿源环保科技有限公司提供，主要来源于处置场30公里范围内道路扩改建产生的砖瓦类建筑垃圾，该砖瓦类建筑垃圾在处理厂经过破碎处理得到高砖混建筑垃圾再生骨料。
本实施例选用的橡胶粉由都江堰市华益橡胶有限公司生产，根据规范《路用废胎硫化橡胶粉》（JT/T 797-2011）对其性能进行测定，测定结果均满足技术规范要求。
本实施例选用的无水乙醇、硅烷偶联剂KH-550、CaCl2盐溶液和MgSO4盐溶液等化学试剂均由阿拉丁试剂有限公司提供。
步骤一中，采用改性剂对需要改性的橡胶粉进行活化改性的方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤（1）：取适量的无水乙醇溶液，并向无水乙醇溶液中加入水，水的添加量为无水乙醇溶液质量的30%，使用搅拌棒在常温下搅拌无水乙醇溶液和水，搅拌时间为30s，制得乙醇溶液；
步骤（2）：取800ml乙醇溶液，并向乙醇溶液中加入硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-550的添加量为需要改性的橡胶粉质量的2%，使用磁力搅拌器在常温下搅拌乙醇溶液和硅烷偶联剂KH-550，搅拌时间为10min，然后静置水解1h，制得乙醇溶液与硅烷偶联剂KH-550的混合液；
步骤（3）：分别取CaCl2盐溶液和MgSO4盐溶液，二者的添加量均为需要改性的橡胶粉质量的5%，使用磁力搅拌器在常温下将二者混合均匀，制得CaCl2与MgSO4的无机盐溶液；
步骤（4）：将乙醇溶液与硅烷偶联剂KH-550的混合液、CaCl2与MgSO4的无机盐溶液混合均匀，即可制得橡胶粉改性剂；
步骤（5）：将需要改性的橡胶粉放入橡胶粉改性剂中，使用磁力搅拌器在常温下搅拌10min，待搅拌结束后，将悬浊液静置1h，然后过滤，并使用清水反复清洗橡胶粉；
步骤（6）：将清洗后的橡胶粉放入烘箱中进行烘干处理，烘干温度为80℃，烘干时间为4h，使橡胶粉达到饱和面干的状态，即可制得改性橡胶粉。
本实施例中，硅烷偶联剂KH-550具有改性作用，可作为橡胶粉的改性剂；CaCl2盐溶液和MgSO4盐溶液不仅具有改性作用，还具有分散作用，即CaCl2盐溶液和MgSO4盐溶液不仅能够作为橡胶粉的改性剂，而且还能够将改性橡胶粉的颗粒更好的分散开，如果不使用CaCl2盐溶液和MgSO4盐溶液，那么改性橡胶粉很容易结块。
步骤二中，在设计含100%高砖混建筑垃圾再生骨料的水泥稳定建筑垃圾再生骨料无机混合料的合成级配过程中，调整了筛孔为19mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、0.6mm和0.075mm中粒径为0-5mm、5-10mm、10-20mm和20-30mm的高砖混建筑垃圾再生骨料的通过率，得到筛孔为19mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、0.6mm和0.075mm的100%高砖混建筑垃圾再生骨料合成级配的通过率分别为77.81%、48.64%、30.47%、20.74%、10.84%和1.18%。
在设计含30%高砖混建筑垃圾再生骨料的水泥稳定建筑垃圾再生骨料无机混合料的合成级配过程中，结合了筛孔为19mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、0.6mm和0.075mm中粒径为0-5mm、5-10mm、10-20mm和20-30mm的天然骨料的通过率和高砖混建筑垃圾再生骨料的通过率，同时调整了粒径为0-5mm、5-10mm、10-20mm和20-30mm的高砖混建筑垃圾再生骨料的掺量，得到筛孔为19mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、0.6mm和0.075mm的30%高砖混建筑垃圾再生骨料合成级配的通过率分别为80.15%、46.1%、31.11%、19.87%、9.74%和0.88%，并将该通过率作为水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的合成级配。
本实施例中，在级配设计时选取再生骨料掺量为30%的原因如下：30%再生骨料掺量是一个平衡性能要求和可行性的结果，30%既能够满足级配设计要求又能够最大化的利用建筑垃圾。该比例能够满足设计要求，如强度、稳定性、耐久性等，同时在技术、经济、可行性等方面保持合理性；根据先前的工程经验或研究，30%再生骨料掺量能够在高砖混建筑垃圾再生骨料无机混合料中实现良好的性能表现和经济效益。
再生骨料的使用应尽可能满足高等级公路的要求，以便可以在多种使用环境中进行推广使用。根据现行公路路面基层设计规范要求，通过总结不同规范级配设计异同点与水泥稳定碎石结构的组成特性，利用大比例的粗骨料来减少结构内部的薄弱点，以细骨料填充孔隙的同时加入改性橡胶粉，减少来自水泥胶砂产生的收缩，最终得到了以骨架密实结构为基础的抗裂型级配，通过再生骨料与天然骨料筛分形成了三种级配组成，三种级配的设计如表6-8所示，三种级配的曲线图如图2所示。
步骤四中，各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料和水泥的搅拌温度为常温、搅拌时间为1.5min、搅拌速率为80r/min；各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料、水泥和水的搅拌温度为常温、搅拌时间为1.5min、搅拌速率为80r/min。各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料、水泥和水采用强制搅拌方式。
步骤五中，未改性橡胶粉和改性橡胶粉的搅拌温度为常温、搅拌时间为1.5min、搅拌速率为60r/min。未改性橡胶粉和改性橡胶粉采用翻转搅拌方式。
步骤六中，未改性橡胶粉与改性橡胶粉的混合物和水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的搅拌温度为常温、搅拌时间为3.5min、搅拌速率为80r/min。未改性橡胶粉与改性橡胶粉的混合物和水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料采用强制搅拌方式。
本实施例的胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料及其制备方法，使用不同掺量的建筑垃圾再生骨料替代天然骨料，采用橡胶粉与水泥稳定建筑垃圾再生骨料制备无机混合料，设计以骨架密实结构为基础的抗裂型级配，对其进行配合比设计，并进行路用性能测试，解决了高砖混含量的建筑垃圾利用率低以及再生骨料基层容易产生反射裂缝等问题。
实施例二：
按照本发明胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料及其制备方法的另一优选实施例，其抗裂型基层材料的组成物质、制备方法、所使用的设备、技术原理和有益效果等与实施例一基本相同，不同的是：
所述抗裂型基层材料中各物质的掺加量占所述抗裂型基层材料的质量百分比为，高砖混建筑垃圾再生骨料占85wt%、水泥占4.5wt%、橡胶粉占1.5wt%、水占9wt%，其中水的掺加量为水泥掺加量的2倍；所述橡胶粉包括未改性橡胶粉和改性橡胶粉，所述未改性橡胶粉占所述橡胶粉的质量百分比为40wt%，所述改性橡胶粉占所述橡胶粉的质量百分比为60wt%。
所述高砖混建筑垃圾再生骨料为砖混类建筑物拆除产生的建筑垃圾，其砖混含量为80wt%；在所述高砖混建筑垃圾再生骨料中，再生粗骨料的压碎值不超过30%，再生细骨料的表观相对密度不低于2.5g/cm3、含泥量不超过3.0%。所述水泥为P.O 32.5普通硅酸盐水泥。所述橡胶粉的比表面积为22m2/kg，其粒径为110μm的橡胶粉占10%、粒径为130μm的橡胶粉占50%、粒径为141μm的橡胶粉占40%。
对于胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料的制备方法：步骤四中，各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料和水泥的搅拌温度为常温、搅拌时间为1min、搅拌速率为100r/min；各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料、水泥和水的搅拌温度为常温、搅拌时间为1min、搅拌速率为100r/min。步骤五中，未改性橡胶粉和改性橡胶粉的搅拌温度为常温、搅拌时间为1min、搅拌速率为100r/min。步骤六中，未改性橡胶粉与改性橡胶粉的混合物和水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的搅拌温度为常温、搅拌时间为3min、搅拌速率为100r/min。
实施例三：
按照本发明胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料及其制备方法的另一优选实施例，其抗裂型基层材料的组成物质、制备方法、所使用的设备、技术原理和有益效果等与实施例一基本相同，不同的是：
所述抗裂型基层材料中各物质的掺加量占所述抗裂型基层材料的质量百分比为，高砖混建筑垃圾再生骨料占83.5wt%、水泥占5wt%、橡胶粉占1.5wt%、水占10wt%，其中水的掺加量为水泥掺加量的2倍；所述橡胶粉包括未改性橡胶粉和改性橡胶粉，所述未改性橡胶粉占所述橡胶粉的质量百分比为30wt%，所述改性橡胶粉占所述橡胶粉的质量百分比为70wt%。
所述高砖混建筑垃圾再生骨料为砖混类建筑物拆除产生的建筑垃圾，其砖混含量为70wt%；在所述高砖混建筑垃圾再生骨料中，再生粗骨料的压碎值不超过30%，再生细骨料的表观相对密度不低于2.5g/cm3、含泥量不超过3.0%。所述水泥为P.O 32.5普通硅酸盐水泥。所述橡胶粉的比表面积为20m2/kg，其粒径为129μm的橡胶粉占10%、粒径为140μm的橡胶粉占50%、粒径为168μm的橡胶粉占40%。
对于胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料的制备方法：步骤四中，各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料和水泥的搅拌温度为常温、搅拌时间为2min、搅拌速率为50r/min；各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料、水泥和水的搅拌温度为常温、搅拌时间为2min、搅拌速率为50r/min。步骤五中，未改性橡胶粉和改性橡胶粉的搅拌温度为常温、搅拌时间为2min、搅拌速率为20r/min。步骤六中，未改性橡胶粉与改性橡胶粉的混合物和水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的搅拌温度为常温、搅拌时间为4min、搅拌速率为50r/min。
根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）对上述三个实施例所制备的胶粉改性高砖混建筑垃圾无机混合料进行击实试验和路用性能试验，所使用的试验设备、试验环境、试验条件等均相同，试验结果如表9和表10所示。
上述三个实施例所使用的高砖混建筑垃圾再生骨料的实物照片如图3所示；所制备的胶粉改性水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的实物照片如图4所示，其中（a）为圆柱形无机混合料，（b）为长方体形无机混合料。上述三个实施例的7d无侧限抗压强度试验过程照片如图5所示；7d劈裂抗拉强度试验过程照片如图6所示，其中（a）为试验过程照片，（b）为试验结束后的照片；7d弯拉强度试验过程照片如图7所示，其中（a）为试验过程照片，（b）为试验结束后的照片；击实试验的测试结果曲线图如图8所示。
通过上述试验数据可知，适量的改性胶粉可以提高基层材料的韧性和延展性，从而增强其抗裂性能。胶粉可以形成柔韧的基质，能够吸收裂纹扩展时的能量，减缓裂纹的扩展速度。胶粉中的聚合物能减少基层材料中胶凝材料的收缩，减小内部应力，有利于降低裂纹的产生和扩展。掺入适量的再生骨料可以增加基层材料的韧性和抗拉强度，从而改善抗裂性能。7天抗劈裂强度较高的基层材料具有更好的抗裂性能，因为高强度表明其内部结构更紧密，裂纹扩展的阻力更大。7天抗劈裂强度的增加往往表示了基层材料的抗拉强度和抗折强度的提高，这将使得基层材料更能够承受外部荷载和应力，降低裂缝产生的可能性，因此抗裂性能会相对提高。抗劈裂强度的提高意味着基层材料在受到外力冲击或荷载作用时更能够抵抗裂缝的产生和扩展。这种增强的抗裂能力可以保持基层材料的完整性，减轻裂缝对结构的损害。高抗劈裂强度意味着基层材料能够更好地抵抗外部应力，从而减少裂缝的宽度和深度，减小裂缝的尺寸可以改善基层材料的耐久性和稳定性。抗劈裂强度的增加通常与基层材料的韧性改善相关。具有更高抗劈裂强度的基层材料通常能够更好地吸收和分散外部荷载，使基层材料更具韧性，有助于延缓裂缝的发展和扩展。
特别说明：本发明的技术方案中涉及了诸多参数，需要综合考虑各个参数之间的协同作用，才能获得本发明的有益效果和显著进步。而且技术方案中各个参数的取值范围都是经过大量试验才获得的，针对每一个参数以及各个参数的相互组合，发明人都记录了大量试验数据，限于篇幅，在此不公开具体试验数据。
本领域技术人员不难理解，本发明的胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料及其制备方法包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料，其特征在于：所述抗裂型基层材料中各物质的掺加量占所述抗裂型基层材料的质量百分比为，高砖混建筑垃圾再生骨料占83-85wt%、水泥占4-6wt%、橡胶粉占0.5-1.5wt%、水占8-10wt%；所述橡胶粉包括未改性橡胶粉和改性橡胶粉，所述未改性橡胶粉占所述橡胶粉的质量百分比为30-40wt%，所述改性橡胶粉占所述橡胶粉的质量百分比为60-70wt%；
所述改性橡胶粉的制备方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤（1）：取适量的无水乙醇溶液，并向无水乙醇溶液中加入水，水的添加量为无水乙醇溶液质量的30%，使用搅拌棒在常温下搅拌无水乙醇溶液和水，搅拌时间为30s，制得乙醇溶液；
步骤（2）：取800ml乙醇溶液，并向乙醇溶液中加入硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-550的添加量为需要改性的橡胶粉质量的2%，使用磁力搅拌器在常温下搅拌乙醇溶液和硅烷偶联剂KH-550，搅拌时间为10min，然后静置水解1h，制得乙醇溶液与硅烷偶联剂KH-550的混合液；
步骤（3）：分别取CaCl2盐溶液和MgSO4盐溶液，二者的添加量均为需要改性的橡胶粉质量的5%，使用磁力搅拌器在常温下将二者混合均匀，制得CaCl2与MgSO4的无机盐溶液；
步骤（4）：将乙醇溶液与硅烷偶联剂KH-550的混合液、CaCl2与MgSO4的无机盐溶液混合均匀，即可制得橡胶粉改性剂；
步骤（5）：将需要改性的橡胶粉放入橡胶粉改性剂中，使用磁力搅拌器在常温下搅拌10min，待搅拌结束后，将悬浊液静置1h，然后过滤，并使用清水反复清洗橡胶粉；
步骤（6）：将清洗后的橡胶粉放入烘箱中进行烘干处理，烘干温度为80℃，烘干时间为4h，使橡胶粉达到饱和面干的状态，即可制得改性橡胶粉。
2.根据权利要求1所述的胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料，其特征在于：所述高砖混建筑垃圾再生骨料为砖混类建筑物拆除产生的建筑垃圾，其砖混含量为70-80wt%；在所述高砖混建筑垃圾再生骨料中，再生粗骨料的压碎值不超过30%，再生细骨料的表观相对密度不低于2.5g/cm3、含泥量不超过3.0%。
3.根据权利要求2所述的胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料，其特征在于：所述水泥为P.O 32.5普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求3所述的胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料，其特征在于：所述橡胶粉的比表面积为20-22m2/kg，其粒径为110-129μm的橡胶粉占10%、粒径为130-140μm的橡胶粉占50%、粒径为141-168μm的橡胶粉占40%。
5.一种胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料的制备方法，其特征在于：用于制备权利要求1-4中任一项所述的胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料，按照先后顺序包括以下步骤，
步骤一：测试高砖混建筑垃圾再生骨料、橡胶粉和改性剂的各项性能指标，并采用改性剂对需要改性的橡胶粉进行活化改性；
步骤二：根据《公路路面基层施工技术细则》中含100%天然骨料的水泥稳定碎石混合料的合成级配以及筛分试验，设计含100%高砖混建筑垃圾再生骨料的水泥稳定建筑垃圾再生骨料无机混合料的合成级配；根据水泥稳定高砖混建筑垃圾再生骨料无机混合料的力学性能和耐久性能的平衡要求，设计含30%高砖混建筑垃圾再生骨料的水泥稳定建筑垃圾再生骨料无机混合料的合成级配，并将所设计的合成级配作为水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的合成级配；
步骤三：按照抗裂型基层材料的设计要求称取高砖混建筑垃圾再生骨料、水泥、未改性橡胶粉、改性橡胶粉和水备用，同时按照所设计的水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的合成级配称取各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料备用；
步骤四：将各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料和水泥放入搅拌机中进行搅拌混合，待搅拌混合结束后，向搅拌机中加入水，继续进行搅拌混合，即可制得水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料；
步骤五：将未改性橡胶粉和改性橡胶粉放入另一搅拌机中进行搅拌混合，制得未改性橡胶粉与改性橡胶粉的混合物；
步骤六：将未改性橡胶粉与改性橡胶粉的混合物放入水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料中进行搅拌混合，即可制得胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料。
6.根据权利要求5所述的胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，在设计含100%高砖混建筑垃圾再生骨料的水泥稳定建筑垃圾再生骨料无机混合料的合成级配过程中，调整了筛孔为19mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、0.6mm和0.075mm中粒径为0-5mm、5-10mm、10-20mm和20-30mm的高砖混建筑垃圾再生骨料的通过率，得到筛孔为19mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、0.6mm和0.075mm的100%高砖混建筑垃圾再生骨料合成级配的通过率分别为77.81%、48.64%、30.47%、20.74%、10.84%和1.18%。
7.根据权利要求6所述的胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，在设计含30%高砖混建筑垃圾再生骨料的水泥稳定建筑垃圾再生骨料无机混合料的合成级配过程中，结合了筛孔为19mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、0.6mm和0.075mm中粒径为0-5mm、5-10mm、10-20mm和20-30mm的天然骨料的通过率和高砖混建筑垃圾再生骨料的通过率，同时调整了粒径为0-5mm、5-10mm、10-20mm和20-30mm的高砖混建筑垃圾再生骨料的掺量，得到筛孔为19mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、0.6mm和0.075mm的30%高砖混建筑垃圾再生骨料合成级配的通过率分别为80.15%、46.1%、31.11%、19.87%、9.74%和0.88%，并将该通过率作为水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的合成级配。
8.根据权利要求7所述的胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料的制备方法，其特征在于：步骤四中，各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料和水泥的搅拌温度为常温、搅拌时间为1-2min、搅拌速率为50-100r/min；各粒径的高砖混建筑垃圾再生骨料、水泥和水的搅拌温度为常温、搅拌时间为1-2min、搅拌速率为50-100r/min。
9.根据权利要求8所述的胶粉改性高砖混建筑垃圾的抗裂型基层材料的制备方法，其特征在于：步骤五中，未改性橡胶粉和改性橡胶粉的搅拌温度为常温、搅拌时间为1-2min、搅拌速率为20-100r/min；步骤六中，未改性橡胶粉与改性橡胶粉的混合物和水泥稳定高砖混建筑垃圾无机混合料的搅拌温度为常温、搅拌时间为3-4min、搅拌速率为50-100r/min。
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