利用废弃混凝土制备沥青路面材料的方法 【技术领域】
本发明属于建筑材料领域，特别是涉及一种利用废弃混凝土制备沥青路面材料的方法。
背景技术
目前中国建设施工所产生的建筑废弃物大概是每年1亿吨，旧建筑拆除每年超过5亿吨。旧城改造，新城区建设，以及频繁的装修都会产生大量的建筑废弃物，这些建筑废弃物包括废混凝土块、施工过程中散落的砂浆和混凝土、碎砖渣、金属、竹木材、装饰装修产生的废料、各种包装材料和其他废弃物等，其中混凝土和砂浆所占比例最大，约占总量的30％～50％。对废弃混凝土和砂浆进行合理回收、再生利用，有利于资源的可持续发展，也有利于保护环境。一些发达国家建筑废弃物利用率一般在80％～100％，而我国建筑废弃物资源化利用率不足5％，大量建筑废弃物被当作建筑垃圾填埋处理掉，造成资源的极大浪费。随着我国公路建设的蓬勃发展，相应的道路建筑材料需求量大，我国不少地区砂石资源日渐短缺，特别是长期以来，由于矿产资源的无序开采，使得诸如优质石灰石、河砂等常用建筑材料日渐匮乏，部分地区已难以寻找优质的砂石料。
如果能将废弃混凝土破碎、加工、处理后，作为沥青路面材料应用到道路建设中，不仅可以解决废弃混凝土的存放难题，减少对宝贵土地资源的侵蚀，还可以节约大量的筑路材料，减少对不可再生矿产资源的大量开采，保护日益脆弱的生态环境。
混凝土中的沙、石相对惰性，基本保持了原有性质，粘附的水泥砂浆含有大量水泥水化产物。把废弃混凝土在分拣、破碎、筛分的基础上加工获得再生骨料，把分离出来的硬化水泥砂浆磨细替代生产沥青混合料的矿粉，将对环境保护和社会的可持续发展产生积极的影响。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用废弃混凝土和水泥砂浆制备沥青路面材料的方法。该方法是利用沥青胶结废弃混凝土，使废弃混凝土应用于沥青稳定碎石基层或二级公路、一级公路和高速公路等沥青路面的中、下面层。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的利用废弃混凝土制备沥青路面材料的方法，是按下述步骤实现的：
(1)废弃混凝土预处理：将废弃混凝土经过分拣去除杂质，然后破碎得到再生粗骨料和分离的硬化水泥砂浆；去除的杂质包括钢筋、木材和玻璃。
将分拣去除杂质的废混凝土经过破碎机一级破碎和二级破碎后，得到符合要求的1号粗骨料，粒径为19～31.5mm；2号粗骨料，粒径为13.2～19mm；3号粗骨料，粒径为4.75～13.2mm。
(2)高温煅烧研磨：再生粗骨料加温到400～600℃，使包裹在再生粗骨料表面的硬化水泥砂浆粘结较差的部分脱落。当再生粗骨料块体的直径在10～30mm时，煅烧试件为40～60分钟。
(3)水泥砂浆粉磨：将得到的硬化水泥砂浆烘干并研磨成粉体。水泥砂浆在温度105℃烘干3～4小时，冷却到室温研磨至粒径小于0.3mm，比表面积不大于140m2/kg。
(4)混合料拌和：按重量计，将再生粗骨料以20～60％比例替代天然骨料得到温度为170～190℃的混合骨料，加入温度为145～165℃的沥青，然后与水泥砂浆粉体拌和，得到所述沥青路面材料。按重量计，各组成含量为：混合骨料95～91％，沥青4～5％；水泥砂浆粉体1～4％。
水泥砂浆粉体的掺量依0～2.36档料的0.075mm筛孔最终通过率的大小而定，加入水泥砂浆粉体后的合成通过率满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中相关要求。
所述沥青为普通道路石油沥青70号时应加热到145～155℃，所述沥青为改性沥青时应加热到155～165℃。
所述改性沥青可采用国产或进口SBS或SBR改性沥青。
本发明提供的上述沥青路面材料，其用于沥青稳定碎石基层，铺在一、二级公路以及高速公路沥青路面的基层或中下面层。
本发明与现有技术相比具有的优点主要是：可以使废弃混凝土的利用率得到大大提高，不仅可以回收利用粗骨料，也可以回收利用水泥砂浆粉料，得到强度及耐久性满足路用要求的混合料，对资源的循环再生利用、保护自然环境以及生态平衡将产生巨大的促进作用。
【附图说明】
图1为路面结构示意图。
图2为制备废弃混凝土再生骨料沥青混合料流程图。
【具体实施方式】
本发明提供的利用废弃混凝土制备沥青路面材料的方法，其工艺流程如图2所示。由该方法制备的沥青路面材料，其铺在一、二级公路以及高速公路沥青路面的基层或中下面层。
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
实施例1：以配置密级配沥青混凝土混合料AC-25为例。
沥青：采用湖北鄂州科氏沥青材料有限公司提供的道路石油沥青70#，其质量要求符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)；
骨料：天然骨料取自石灰岩破碎所得碎石，再生骨料取水泥混凝土道路翻修产生的废弃混凝土，原使用水泥42.5级普通水泥，水泥混凝土标号为C30，经过破碎机一级破碎和二级破碎后，得到符合要求的再生骨料1#、2#和3#，天然骨料和再生骨料的分档粒径一致；
填料：采用磨细的水泥砂浆粉，使用前在105℃的环境烘干3～4小时；
废弃混凝土再生骨料沥青混合料的制备工艺如下：
以再生骨料部分替代天然骨料，替代百分率分别为20％，40％和60％，采用一组未掺任何再生骨料地配比作为对照，也即替代百分率为0％，混合骨料的最终通过率满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。混合骨料加热到180℃，沥青加热到150℃，水泥砂浆粉用量2％，在搅拌设备内拌和均匀，在最佳沥青用量的条件下成型马歇尔试件，进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂强度比试验和车辙试验，其试验结果分别如表1、2和3。从表中可以看出，随着再生骨料掺量的增加，废弃混凝土再生骨料的最佳沥青用量也在增加；同时废弃骨料的掺入会降低马歇尔试件的力学性能以及抗水损害的能力，降低幅度依再生骨料的掺量不同而不同，但对抵抗高温车辙的能力有所改善。当再生骨料的掺入量达到40％时其马歇尔稳定度试验、冻融劈裂试验和车辙试验均能在规范允许的范围内，但当掺量达到60％时，尽管提高了沥青用量，但上述各项指标已不能满足规范要求。
实施例2：以配置密级配沥青混凝土混合料AC-20为例。
沥青：采用湖北鄂州科氏沥青材料有限公司提供的SBS改性沥青，其质量要求符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)；
骨料：天然骨料取自石灰岩破碎所得碎石，再生骨料取水泥混凝土道路翻修产生的废弃混凝土，原使用水泥42.5级普通水泥，水泥混凝土标号为C30，经过破碎机一级破碎和二级破碎后，得到符合要求的再生骨料2#和3#，天然骨料和再生骨料的分档粒径一致；
填料：采用磨细的水泥砂浆粉，使用前在105℃的环境烘干3～4小时；
废弃混凝土再生骨料沥青混合料的制备工艺如下：
以再生骨料部分替代天然骨料，替代百分率分别为30％和50％，采用一组未掺任何再生骨料的配比作为对照，也即替代百分率为0％，再生骨料的最终通过率满足符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的相关要求。混合骨料加热到180℃，沥青加热到160℃，水泥砂浆粉用量3％，在搅拌设备内拌和均匀，在最佳沥青用量的条件下成型马歇尔试件，进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂强度比试验和车辙试验，其试验结果分别如表4，5和6。从表中可以看出，随着再生骨料掺量的增加，水泥混凝土再生骨料的最佳沥青用量也在增加；同时废弃骨料的掺入会降低马歇尔试件的力学性能以及抗水损害的能力，降低幅度依再生骨料的掺量不同而不同，30％掺量的废弃混凝土再生骨料沥青混合料有较好的抵抗高温车辙的能力。当再生骨料的掺入量达到50％时其马歇尔稳定度试验、冻融劈裂试验和车辙试验均能在规范允许的范围内。
实施例3：以配置沥青稳定碎石基层ATB-25为例。
沥青：采用湖北鄂州科氏沥青材料有限公司提供的道路石油沥青70#，其质量要求符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)；
骨料：天然骨料取自石灰岩破碎所得碎石，再生骨料取水泥混凝土道路翻修产生的废弃混凝土，原使用水泥42.5级普通水泥，水泥混凝土标号为C30，经过破碎机一级破碎和二级破碎后，得到符合要求的再生骨料1#、2#和3#，天然骨料和再生骨料的分档粒径一致；
填料：采用磨细的水泥砂浆粉，使用前在105℃的环境烘干3～4小时；
废弃混凝土再生骨料沥青混合料的制备工艺如下：
以再生骨料部分替代天然骨料，替代百分率分别30％和50％，采用一组未掺任何再生骨料的配比作为对照，也即替代百分率为0％，混合骨料的最终通过率满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的相关要求。混合骨料加热到180℃，沥青加热到150℃，水泥砂浆粉用量1％，在搅拌设备内拌和均匀，在最佳沥青用量的条件下成型马歇尔试件，进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂强度比试验和车辙试验，其试验结果分别如表7、8和9。从表中可以看出，随着再生骨料掺量的增加，废弃混凝土再生骨料的最佳沥青用量也在增加，同时废弃骨料的掺入会降低马歇尔试件的力学性能以及抗水损害的能力，降低幅度依再生骨料的掺量不同而不同，对抵抗高温车辙的能力有所改善。当再生骨料的掺入量达到50％时，冻融劈裂强度比依然可以满足规范要求。
附表
表1浸水马歇尔试验结果
沥青混合 料类型 沥青 用量 (％) 最大理论密 度Gmm (g/cm3) 试件密度 Gmb (双面75次， g/cm3) 空隙 率 (％) 马歇尔 稳定度 (KN) 浸水马 歇尔稳 定度 (KN) 残留 稳定 度比 (％) 0％ 4.0 2.603 2.476 4.9 11.8 10.9 92.4 20％ 4.1 2.567 2.443 4.8 10.3 9 87.4 40％ 4.3 2.531 2.404 5.0 8.7 7.5 86.2 60％ 4.6 2.498 2.367 5.2 6.8 5.7 83.8 技术要求 - - - 4～7 ＞8 - ＞80
表2冻融劈裂强度比试验结果
沥青混合 料类型 沥青 用量 (％) 最大理论 密度Gmm (g/cm3) 试件密度 Gmb (双面50 次，g/cm3) 空 隙 率 (％) 非冻融劈 裂强度 (25℃， MPa) 冻融劈裂 强度(25 ℃， MPa) 劈裂 强度 比(％) 0％ 4 2.603 2.44 6.3 1.27 1.13 89.5 20％ 4.1 2.567 2.407 6.2 1.17 0.98 83.7 40％ 4.3 2.531 2.361 6.7 0.96 0.76 79.3 60％ 4.6 2.498 2.318 7.2 0.79 0.56 71.6 技术要求 - - - 6～ 8 - - ＞80
表3车辙试验结果
注：试验温度60℃，胎压0.7MPa
表4浸水马歇尔试验结果
沥青混合料 类型 沥 青 用 量 (％) 最大理论密 度Gmm (g/cm3) 试件密度 Gmb (双面75次， g/cm3) 空隙 率 (％) 马歇尔 稳定度 (KN) 浸水马歇 尔稳定度 (KN) 残留稳 定度比 (％) 0％ 4.4 2.567 2.437 5.1 13.5 12.9 95.6 30％ 4.6 2.545 2.413 5.2 12.4 11.2 90.3 50％ 4.9 2.521 2.388 5.3 11.6 10.6 91.4 技术要求 - - - 4～7 ＞8 - ＞80
表5冻融劈裂强度比试验结果
沥青混合 料类型 沥青 用量 (％) 最大理论 密度Gmm (g/cm3) 试件密度 Gmb (双面50 次，g/cm3) 空隙 率 (％) 非冻融劈 裂强度(25 ℃，MPa) 冻融劈裂 强度(25 ℃， MPa) 劈裂 强度 比(％) 0％ 4.4 2.567 2.404 6.3 12.6 10.9 86.5 30％ 4.6 2.545 2.383 6.4 11.8 9.8 83.1 50％ 4.9 2.521 2.367 6.1 10.1 8.2 81.2 技术要求 - - - 6～8 - - ＞80
表6车辙试验结果
注：试验温度60℃，胎压0.7MPa.
表7浸水马歇尔试验结果
沥青混合 料类型 沥 青 用 (％) 最大理论密 度Gmm (g/cm3) 试件密度 Gmb (双面75次， g/cm3) 空隙 率 (％) 马歇尔 稳定度 (KN) 浸水马 歇尔稳 定度 (KN) 残留稳 定度比 (％) 0％ 3.5 2.537 2.412 4.9 10.8 9.5 88.0 30％ 3.7 2.501 2.368 5.3 9.6 8.2 85.4 50％ 3.9 2.477 2.352 5.0 8.4 6.9 82.1 技术要求 - - - 4～7 ＞8 - ＞80
表8冻融劈裂强度比试验结果
沥青混合 料类型 沥青 用量 (％) 最大理论 密度Gmm (g/cm3) 试件密度 Gmb (双面50 次，g/cm3) 空隙 率(％) 非冻融 劈裂强 度(25 ℃， MPa) 冻融劈裂 强度(25 ℃， MPa) 劈裂 强度 比(％) 0％ 3.5 2.537 2.382 6.1 11.2 9.4 83.9 30％ 3.7 2.501 2.341 6.4 9.1 7.4 81.3 50％ 3.9 2.477 2.314 6.6 7.8 5.7 73.1 技术要求 - - - 6～8 - - ＞80
表9车辙试验结果
注：试验温度60℃，胎压0.7MPa.