廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料的路用性能研究

1、廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合 料的路用性能研究王知樂姜榮斌泰州職業(yè)技術學院建筑工程學院摘要：將回收的廢棄水泥混凝土路面板塊破碎成級配合理的再生集料，并利用發(fā)泡瀝 青溫拌技術將其配制成溫拌瀝青混合料。通過觀察和試驗證明廢棄水泥混凝土再 生集料的外觀特性、物理性質、力學性質和化學性質均符合規(guī)范要求。通過與天 然石灰?guī)r集料溫拌瀝青混合料和熱拌瀝青混合料的對比試驗，研究了廢棄水泥 混凝土再生集料溫拌瀝青混合料的路用性能。研究結果顯示:將廢棄水泥混凝土 再生集料與瀝青溫拌技術結合彌補了單純使用瀝青溫拌工藝的不足，使其在不 低于熱拌瀝青混合料路用性能指標的情況下，達到了雙重環(huán)保的效果。關鍵詞：廢棄水

2、泥混凝上;再生集料;溫拌瀝青混合料;天然石灰?guī)r集料;熱拌瀝青混 合料;路用性能;收稿日期：2017-03-24基金：江蘇省建設系統(tǒng)科技項目，項目編號2015zd18research on road performance ofwaste cement concrete recycled aggregate warm mix asphaitwang zhi-le jiang rong-binschool of civil engineering, taizhou polytechnic college;abstract：the recycled waste cement concrete pav

3、ement slab is crashed into recycled aggregate ofreasonable gradation, and warm mix asphalt is prepared by recycled aggregate and foamed asphalt warm mix technology. the appearance, physical properties, mechanical properties and chemical properties of waste coment concrete recycled aggregatc can meet

4、 the specification requirements through observation and test verification. the performance of recycled aggregate warm mix asphait is studied through comparisons and experiments of natural aggregate warm mix asphalt and hot mix asphait. the results show that the combination of the waste cement concre

5、te recycled aggregate and warm asphalt technology can make up for the lack of the simple use of warm mix asphait technology, it can achieve the dual effect of environmental protection on condition that the performance index is not less than hot mix asphalt.keyword：waste ccmcnt concrctc; recycled agg

6、regate; warm mixed asphalt mixturc; natural limestone aggregate; hot mix asphalt; road performance;received： 2017-03-24隨著我國城市建設規(guī)模的不斷擴大，建筑垃圾年產牛量以8%的速度逐年增多， 在我國，建筑垃圾資源化利用能力很低，全國平均綜合利用率不足5%,遠低于 歐美、口本等發(fā)達國家。建筑垃圾絕大部分未經處理，直接運往郊外或鄉(xiāng)村采用 露天堆放或填埋的方式進行處理，需耗用大量的征地費、垃圾清運費、處理費等 建設費用；同時，清運和堆放過程中的遺散和粉塵、灰砂飛揚等問題又造成了嚴 重

7、的環(huán)境污染1-4°由于城市破舊建筑物的拆除、城市道路白改黑等改造工程 的逐步實施，廢棄水泥混凝土已經成為城市建筑垃圾的主要形式。目前我國部分 研究人員已提出了利用廢棄水泥混凝土生產再生集料的方法，但用其生產出的 顆粒形狀和級配都不好，故其性能較差，一般只能用于低強度的混凝土及其制 品，用途比較單一。近年來再牛集料牛產工藝逐步完善，國內開始研究將再牛集料用于制備熱拌瀝 青混合料臣1，擴展了再生集料的應用范圍，但再生集料熱拌瀝青混合料仍然需 要將原材料加熱到相當高的溫度，不僅需要消耗大量的能源，而且在生產和施 工的過程中述會排放出大量的廢氣，嚴重影響周圍環(huán)境回。本研究通過回收廢 棄水泥混

8、凝土破碎成級配合理的再生集料，結合溫拌瀝青技術，探尋將其配制 成廢棄水泥混凝土再牛集料溫拌瀝青混合料的方法，制備出一種新型低碳環(huán)保 路面材料。這不僅可以減少建筑廢棄物污染，節(jié)省天然集料資源，而口能夠降低 熱拌瀝青混合料生產和鋪筑時的能源消耗和廢氣排放，同時達到建筑廢棄物資 源化利用和節(jié)能減排的雙重環(huán)保目標，對于我國建立資源節(jié)約型社會，發(fā)展循 環(huán)型經濟，對改造生態(tài)環(huán)境都具有極其重要的意義。1廢棄水泥混凝土再生集料的制備及其特性1.1廢棄水泥混凝土再生集料的制備 本研究選取已達使用年限的城市道路破舊水泥混凝土路面板塊作為加工原料， 將其破碎成粒徑不超過30mm的集料并用方孔篩篩分直至其級配滿足規(guī)范

9、要求。 由于本研究加工再生集料的原材料是從施工現(xiàn)場直接選取，故其表面粉塵較多， 但在再生集料加工過程屮，強化了篩分等加工環(huán)節(jié)，再生集料表面的塵土大部 分都已飛散或篩除了，并沒有過多的粉塵積聚在再生集料的表而，保證了后期 瀝青混合料制備過程中再生集料與瀝青之間良好的黏附性。此外，原先加工的再 牛集料針片狀顆粒較多，后期釆用加強破碎等方法改進了工藝，大幅減少了針 片狀顆粒。1. 2廢棄水泥混凝土再生集料的特性1. 2. 1外觀特性與購買的天然集料有些不同，大部分廢棄水泥混凝土再生集料表面孔隙較多且 較粗糙，如圖1所示，這主要是因為部分集料是由水泥砂漿包裹石子形成的。由 于強化了加工細節(jié)，粗顆粒形狀

10、基本接近立方體且棱角分明，符合瀝青混合料 對集料外觀的要求。1. 2. 2物理性質仃）密度。廢棄水泥混凝土再牛集料的表觀相對密度的試驗結果見表1 o圖1加工的廢棄水泥混凝土再生集料表面多孔下載原圖項目1926. 5161表觀相對密度2. 6892. 6x規(guī)范要求4由表1屮可知各種規(guī)格的廢棄水泥混凝土再生集料的表觀相對密度能夠滿足公 路瀝青路面施工技術規(guī)范(jtg f40-2004)的要求也。(2)孔隙率。從外觀上看廢棄水泥混凝土再牛集料表面多孔，由于集料孔隙率的大小會影響 瀝青混合料中瀝青與集料的黏附性，從而影響瀝青混合料的水穩(wěn)定性等路用性 能，故本研究通過試驗檢測了廢棄水泥混凝土再生粗集料(

11、粒徑2. 36mm)的孔 隙率。表2是廢棄水泥混凝土再生粗集料孔隙率的試驗結果。表2廢棄水泥混凝土再生粗集料的孔隙率下載原表廢棄水泥混凝土再生粗集料孔隙率/%18. 75從表2數(shù)據(jù)可見廢棄水泥混凝土再生集料的孔隙率比天然石灰?guī)r粗集料大很多, 其原因是再生粗集料表面附有水泥砂漿，水泥砂漿硬化后一般表面會密集分布 很多細小的孔隙；同時，廢棄水泥混凝土再牛集料由于使用時間較長，部分己發(fā) 生風化，產生了很多細微裂縫，而天然石灰?guī)r粗集料中的孔隙僅僅是巖石本身 的孔隙，其數(shù)量較少。1. 2. 3力學性能本研究通過壓碎值試驗和洛杉磯磨耗試驗評價廢棄水泥混凝土再生粗集料(粒 徑2. 36mm)的力學性能,表3

12、是試驗結果。從表3中可看出廢棄水泥混凝土再牛粗集料的壓碎值和洛杉機磨耗損失均能夠 滿足公路瀝青路面施工技術規(guī)范(jtg f40-2004)的要求7。表3廢棄水泥混凝土再生粗集料的壓碎值和洛杉機磨耗損失下載原表試驗項目廢棄水泥混凝土再生粗集料壓碎值/%21. 46洛杉機磨耗損失/%15. 651. 2. 4化學性質廢棄水泥混凝土再生集料是由破舊水泥混凝土板塊破碎加工而成，制備的再生 集料顆粒多為周圍附著一定水泥砂漿的石灰?guī)r集料，石灰?guī)r集料本身即為堿性 集料，其周圍附著的水泥砂漿相當于在堿性集料上又裹覆了一層堿性抗剝落劑, 故廢棄水泥混凝土再生集料具有明顯的堿性，用其制備瀝青混合料，能增強與 瀝青

13、結合料的化學吸附，從而保證瀝青混合料的水穩(wěn)定性。2廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料的制備2.1原材料的選擇本研究選用常規(guī)a級70號瀝青、xt-w3型瀝青溫拌劑以及石灰?guī)r礦粉等原材料 配制廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料。xttv3型瀝青溫拌劑為白色粉末，如圖2所示，其展于發(fā)泡型溫拌劑，但與其他 發(fā)泡型瀝青溫拌劑不同，在使用xt-w3型溫拌劑拌制溫拌瀝青混合料的過程中 不需要另外加水，也不需要采用濕冷的集料，因其自身就含有20%的結晶水， 當瀝青混合料的拌和溫度達到85°c以上吋水分會自動散失岀來使瀝青發(fā)泡，降 低了熱瀝青黏度，從而保證了低溫下瀝青結合料牢牢裹覆在集料周圍，達到

14、低 溫拌和的效果。圖2 xt-w3型瀝青溫拌劑2.2配合比確定下載原圖由于再生集料主要取材于城市建筑垃圾廢棄水泥混凝土，基于減少原材料運輸 成木的原則，廢棄水泥混凝土再牛集料宜就地使用，因而用其拌制的溫拌瀝青 混合料主要用于城市道路工程。故本研究以城市道路常用的連續(xù)型密級配ac-13 為例配制廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料，采用馬歇爾配合比設計方 法確定其配合比，見表4。2. 3制備工藝將加熱好的集料加入瀝青混合料拌和機中，并加入計算用量的xt-w3型瀝青溫 拌劑干拌30s左右，再將加熱至規(guī)定溫度的瀝青加入拌和機中濕拌150s左右， 最后加入礦粉拌和至均勻為止，總拌和時間約為3mino拌

15、和過程屮xt-w3型瀝 青溫拌劑中的結晶水被激發(fā)出來，從而使瀝青產生連續(xù)的發(fā)泡反應，泡沫起到 潤滑劑的作用，從而提高了混合料的施工和易性，使其在較低溫度下拌和均勻。 待混合料拌和均勻后，在規(guī)定溫度下采用擊實儀或輪碾機壓實成型宜。廢棄水 泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料的制備試驗溫度見表5。表4廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料配合比 下載原表不同規(guī)格的廢棄水泥混凝土再 質量百分9. 5 16 mm生 759. 5 mm1928下載原表表5廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料的制備試驗溫度天然石灰?guī)r廢棄水泥制備工藝集料熱拌再生集術瀝青混合料瀝青混瀝青加熱溫度/°c15015(集料加熱溫

16、度/°c16313(瀝青混合料拌和溫度/°c16513.瀝青混合料岀料溫度/°c16013(瀝青混合料成型溫度/°c15513(由表5數(shù)據(jù)可知，與天然石灰?guī)r集料熱拌瀝青混合料相比，廢棄水泥混凝土再 生集料溫拌瀝青混合料的集料加熱溫度低33°c,其拌和溫度低30°c,這說明廢 棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料的制備過程能夠大幅度節(jié)約能源，節(jié)省 建設成本，減少碳排放。3廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料的路用性能檢測3. 1高溫穩(wěn)定性檢測本研究采用60°c時的馬歇爾穩(wěn)定度試驗和車轍試驗檢測廢棄水泥混凝土再生集 料溫拌瀝青混合

17、料的高溫穩(wěn)定性，檢測結果見表6。表6廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料高溫穩(wěn)定性檢測結果下載原表檢測項目廢棄水泥混族溫拌瀝¥穩(wěn)定度/kn10.流值 /（ 0. 1 mm）2動穩(wěn)定度/(次/mm)1 2e從表6中試驗結果可看出廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定 度略大于天然石灰?guī)r集料熱拌瀝青混合料，比天然石灰?guī)r集料溫拌瀝青混合料 大3. 2%;其動穩(wěn)定度比天然石灰?guī)r集料溫拌瀝青混合料大8%,甚至比天然石灰 巖集料熱拌瀝青混合料還大4. 3%;廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料的 齊項高溫性能指標均滿足公路瀝青路而施工技術規(guī)范(jtg f40-2004)的要 求izl究其

18、原因，主要是瀝青混合料的穩(wěn)定度和動穩(wěn)定度的大小與其抗剪強度 有關，而瀝青混合料的抗剪強度乂取決于黏聚力和內摩擦角o廢棄水泥混凝土再 生集料孔隙較多，能夠牢固地吸附較多的結構瀝青，提高了瀝青混合料的黏聚 力；同時廢棄水泥混凝土再生集料表面較粗糙，集料顆粒z間的摩擦力比天然石 灰?guī)r集料更大，故其具有較大的內摩擦角，因此，廢棄水泥混凝土再生集料溫 拌瀝青混合料的高溫抗剪強度大于天然石灰?guī)r集料溫拌瀝青混合料和天然石灰 巖集料熱拌瀝青混合料，從而保證了廢棄水泥混凝土再牛集料溫拌瀝青混合料 達到最佳的高溫抗車轍性能。此外，表6數(shù)據(jù)顯示廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料的流值較低，主 要也是由于廢棄水泥混

19、凝土再生集料顆粒多孔，增加了混合料中的結構瀝青， 減少了自由瀝青，使瀝青混合料內部的相對位移缺少了潤滑劑；另外再生集料粗 糙的表面導致顆粒間的相對移動受到較大摩阻力的約束。這些因素的累加使瀝青 混合料內部的廢棄水泥混凝土再生集料顆粒發(fā)生相對位移比天然集料更加困難， 據(jù)此廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料表現(xiàn)出較低的流值。3. 2低溫抗裂性檢測 本研究采用-10°c時的小梁彎曲試驗評價廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合 料的低溫抗裂性能，檢測結果見表7。下載表7廢棄水泥混凝土再牛集料溫拌瀝青混合料低溫抗裂性檢測結果 原表檢測項目廢棄水泥混凝土集料溫拌瀝青浴抗彎拉強度/mpa9. 70

20、破壞時的最大彎拉應變/庇2 576. 6瀝青混合料低溫彎拉應變越大，其低溫時的變形性能越好;瀝青混合料低溫抗彎 拉強度越大，其低溫時抵抗收縮應力能力越強。從表7數(shù)據(jù)可知，瀝青混合料破 壞時的彎拉應變和抗彎拉強度的變化均遵循如下規(guī)律:廢棄水泥混凝土再牛集料 溫拌瀝青混合料天然石灰?guī)r集料熱拌瀝青混合料天然石灰?guī)r集料溫拌瀝青混 合料，這表明對比天然石灰?guī)r集料熱拌瀝青混合料和天然石灰?guī)r集料溫拌瀝青 混合料，廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料在低溫時的變形性能和抵抗 收縮應力的能力最佳，故其低溫抗裂性能最好。保證廢棄水泥混凝土再生集料溫 拌瀝青混合料具有良好低溫性能的主要原因是廢棄水泥混凝土再牛集料的

21、多孔 結構吸附了較多的瀝青，提高了混合料的塑性，使其低溫時抵抗路面收縮開裂 的能力增強。3. 3水穩(wěn)定性檢測本研究采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗評價廢棄水泥混凝土再生集料溫拌 瀝青混合料的水穩(wěn)定性，檢測結果見表8。表8廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料水穩(wěn)定性檢測結果下載原表檢測項目廢棄水泥混凝土再溫拌瀝青混臺浸水殘留穩(wěn)定度/%89. 6凍融劈裂殘留強度比/%86. 5由表8可以看出，廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度 和凍融劈裂殘留強度比均滿足公路瀝青路面施工技術規(guī)范(jtg f40-2004) 的要求1z1，說明廢棄水泥混凝土再牛集料溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性能夠適應

22、道路路面使用要求。同11寸表8數(shù)據(jù)顯示廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料 的水穩(wěn)定性優(yōu)于天然石灰?guī)r集料溫拌瀝青混合料，略低于天然石灰?guī)r集料熱拌 瀝青混合料，說明采用溫拌工藝一定程度影響了瀝青混合料的抗剝落性能，使 天然石灰?guī)r集料溫拌瀝青混合料的水穩(wěn)定性相關指標稍低于天然石灰?guī)r集料熱 拌瀝青混合料，但廢棄水泥混凝土再牛集料的多孔結構和表面附著的堿性水泥 砂漿使其與瀝青結合料之間的黏附性得到了增強，提高了廢棄水泥混凝土再生 集料溫拌瀝青混合料抵抗水侵蝕的能力。4結語仃)利用破舊水泥混凝土路面板塊可加工成制備瀝青混合料的再生集料，其外 觀特性、物理性質、力學性質、化學性質均符合規(guī)范的要求。(2)

23、選用xt-w3瀝青溫拌劑制備廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合料是可 行性。含有20%結晶水的xt-w3型瀝青溫拌劑能夠使瀝青產生連續(xù)的發(fā)泡反應， 降低瀝青黏度，保證混合料在較低溫度下拌和均勻;廢棄水泥混凝土再生集料溫 拌瀝青混合料的集料加熱溫度、拌和溫度、出料溫度和成型溫度均低于天然石灰 巖集料熱拌瀝青混合料30°c左右。(3) 通過馬歇爾試驗和車轍試驗分析了廢棄水泥混凝土再生集料溫拌瀝青混合 料的高溫穩(wěn)定性能，結果顯示再生集料粗糙的表面和多孔結構提高了廢棄水泥 混凝土再生集料溫拌瀝青混合料的高溫抗剪強度，從而保證了其高溫性能優(yōu)于 天然石灰?guī)r集料熱拌瀝青混合料和天然石灰?guī)r集料溫拌瀝青混合料。(4) 通過低溫小梁彎曲試驗分析了廢棄水泥混凝土再牛集料溫拌瀝青混合料的 低溫抗裂性能，結果顯示廢棄水泥混凝土再生集料的孔隙能夠吸附較多的瀝青， 提高了混合料的低溫變形性能和抵抗低溫收縮應力的能力，使其優(yōu)于天然石灰 巖集料熱拌瀝青混合料和天然石灰?guī)r集料溫拌瀝青混合料。(5) 通過浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗分析了廢棄水泥混凝土再生集料溫拌 瀝青混