再生混凝土集料预处理技术的制作方法

本发明属于道路工程材料领域，涉及一种新型的再生混凝土集料表面预处理技术。

背景技术

建筑物的建设与拆除会产生大量建筑垃圾，目前大部分建筑垃圾的处理方式仍然是被运往郊区或乡村露天堆放或填埋。这种简单的建筑垃圾处理方式不仅污染环境、浪费土地，还会造成巨大的资源浪费。另一方面，道路建设特别是沥青路面建设需要耗用大量玄武岩、花岗岩、石灰岩等天然集料。而天然集料作为不可再生资源，大量的消耗会对植被，土壤和水源等自然环境造成不利的影响。因此，若能实现建筑垃圾替代天然集料在道路工程中的应用，就能在一定程度上缓解我国公路高速发展对基础材料的需求压力，同时减少建筑垃圾处理成本及其对环境的影响。建筑垃圾中最为常见的再生混凝土集料是指建筑垃圾经分拣、剔筋、破碎、分级后形成的粒径小于40mm的集料。再生混凝土集料的物理力学性能相比于天然集料较差，具体表现为压碎值和洛杉矶磨耗值较天然集料低，而孔隙率和吸水率较天然集料高。因此采用再生混凝土集料部分替代天然集料后会对沥青混合料的路用性能造成不利的影响，增加沥青的用量，提高建设成本，限制了再生混凝土集料的掺量的提高。

研究表明，再生混凝土集料表面裹附一层多孔、疏松的水泥砂浆，是造成再生混凝土集料吸水率高、强度低的主要原因，进而影响掺配再生混凝土集料的沥青混合料水稳定，并增加了沥青用量。

近年来，国内外开展了再生混凝土集料用于沥青混合料的预处理技术研究，主要形成了高温煅烧、表面裹附两类技术。但是从经济成本和实现的便利性方面来考虑已有的预处理技术的推广仍有一定的难度。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种经济环保的再生混凝土集料预处理技术，采用废弃物地沟油残渣作为预处理材料对再生混凝土集料表面进行预处理，以有效降低沥青混合料的沥青用量，同时也降低沥青路面的建设成本；处理方法简单可行，可在实际工程中进行大范围推广。

为了实现上述目标，本发明提供了如下技术方案：

一种再生混凝土集料预处理技术，包括以下步骤：

步骤1：将粗再生混凝土集料或细再生混凝土集料置于烘箱中，在180℃条件下烘4小时，使残留的水分完全蒸发并保持干燥状态。

该步骤的处理温度比高温煅烧预处理工艺低，便于实际操作，有利于降低能源消耗；因为高温煅烧处理的目的是，在950℃以上的高温环境中，使再生混凝土集料表面的碳酸钙分解为氧化钙，从而使再生混凝土集料表面更为密实，以提高其抗水损害能力；而本发明只需将再生混凝土集料残留的水分完全蒸发并保持干燥状态，在较低温度下即可实现。

步骤2：将步骤1中烘干的再生混凝土集料倒入沥青混合料拌和锅中，对于粗再生混凝土集料加入1％～3％的地沟油残渣，对于细再生混凝土集料加入3％～5％的地沟油残渣，在140℃条件下搅拌90秒，使地沟油残渣充分浸润再生混凝土集料的表面。

步骤3：将步骤2中的预处理过后的再生混凝土集料转移至烘箱中，对于粗、细再生混凝土集料均在140～180℃下养生1～2小时，得到预处理后的再生混凝土集料。

本发明中，粗再生混凝土集料粒径为4.75～13.2mm，细再生混凝土集料粒径为0～4.75mm；粗再生混凝土集料主要由表面被水泥砂浆包裹的石灰岩和玄武岩集料以及少量的水泥砂浆块组成，细再生混凝土集料主要由破碎的细粒再生石灰岩和玄武岩集料以及大量的水泥砂浆颗粒组成。

本发明进一步考察了预处理效果的三个影响因素：地沟油残渣掺量、养生时间和养生温度；以15℃间接拉伸强度作为考察指标，采用三因子三水平正交试验(见表1)，得到粗、细两种再生混凝土集料的最佳养生温度和养生时间分别为160℃和1h；然后采用灰关联分析，以间接拉伸强度，马歇尔试件空隙率为控制指标分别对粗再生混凝土集料和细再生混凝土集料的地沟油残渣掺量进行分析(见表2和表3)，得到粗、细两种再生混凝土集料的最佳地沟油残渣掺量分别为2％和4％，最后根据预处理时再生混凝土表面的浸润状态对两种再生混凝土集料的处理工艺进行优化，以确定地沟油掺量的最佳范围。地沟油掺量的最佳范围下，浸润状态即再生混凝土集料表面被地沟油残渣包裹浸润的程度较好，过多则会在拌合锅底部留下残余的地沟油残渣，表现为过饱和状态，过少则会导致再生混凝土集料表面浸润不完全。

表1.正交试验计划与试验结果

表2.粗再生混凝土集料灰关联系数及灰色相关度

注：rji为比较数列和参考数列间的灰色相关度

表3.细再生混凝土集料灰关联系数及灰色相关度

注：rji为比较数列和参考数列间的灰色相关度

本发明进一步将预处理后的再生混凝土集料用于制备沥青混合料，制备方法包括如下步骤：

步骤10：配制天然集料，并将预处理过后的再生混凝土集料与天然集料混合，得到混合集料。

天然集料的配制按照《公路沥青路面施工技术规范》进行集料配合比设计，首先选择级配类型，然后固定再生混凝土集料的掺量，以其余几档集料分别对不同再生混凝土集料掺加比例下的天然集料进行级配设计，确定各档天然集料的比例，使级配曲线贴近选择的级配类型的级配中值。

步骤20：将步骤10中所得混合集料与沥青拌和，制备出沥青混合料。

为了确定沥青混合料中的最佳沥青用量，本发明进一步将沥青混合料制备成马歇尔试件，并检测其性能。

设定初始沥青用量，并制备沥青混合料，采用马歇尔成型方法双面各击实75次成型制备马歇尔试件，测试并计算不同沥青用量下马歇尔试件的毛体积相对密度、体积参数(空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度)、马歇尔稳定度和流值，根据《公路沥青路面施工技术规范》确定出最佳沥青用量。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明采用地沟油残渣作为预处理材料，为地沟油残渣这种废弃物的资源化利用提供了一种新的途径，降低了地沟油残渣对自然环境的影响；同时，采用地沟油残渣对再生混凝土集料进行处理，能够有效降低沥青混合料的沥青用量，其原因是地沟油残渣可以代替部分沥青浸入到集料表面的微孔隙中。同时也降低沥青路面的建设成本；处理方法简单可行，可在实际工程中进行大范围推广。

附图说明

图1为本发明提供的再生混凝土集料的预处理过程；

图2为本发明提供的地沟油残渣处理前后的掺加粗、细两种再生混凝土集料的沥青混合料的最佳沥青用量的柱状图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及其附图对本发明提供的再生混凝土集料预处理技术的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更加清楚。

需要说明的是，本发明的实施例有较佳的实施性，并非是对本发明任何形式的限定。本发明实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本发明优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被本发明实施例所属技术领域的技术人员所理解。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限定。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本发明中的术语应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例中，以40％粗再生混凝土集料+60％石灰岩为集料初始配比。

一种再生混凝土集料预处理技术，实施步骤如下(如图1所示)：

(1)将粗再生混凝土集料置于烘箱中，在180℃条件下烘4小时，使残留的水分完全蒸发。

(2)将步骤(1)中得到的粗再生混凝土集料倒入拌合锅中，并加入2％的地沟油残渣，在140℃条件下搅拌90秒，使地沟油残渣充分浸润再生混凝土集料的表面。

(3)将步骤(2)中经预处理的粗再生混凝土集料转移至烘箱中，在160℃下养生1h，得到预处理的再生混凝土集料。

预处理后的再生混凝土集料用于制备沥青混合料，制备方法包括如下步骤：

(10)进行集料配合比设计，选择级配类型为ac-20，相应的级配范围如表4所示。固定粗再生混凝土集料的掺量为40％(集料质量比)，对该粗再生混凝土集料掺加比例下的其余几档天然集料进行级配设计，确定各档天然集料的比例，使级配曲线贴近ac-20级配中值，结果见表5。将预处理过后的粗再生混凝土集料与天然集料混合，得到混合集料，对照组掺加相同比例的未处理的粗再生混凝土集料，且天然集料级配相同，混合后得到混合集料。

(20)将步骤(10)中所得的掺加预处理粗再生混凝土集料和未处理粗再生混凝土集料的混合集料与沥青拌和，制备出沥青混合料。

为了确定沥青混合料中的最佳沥青用量，进一步将沥青混合料制备成马歇尔试件，并检测其性能。

设定初始沥青用量，并分别与步骤(10)中的集料拌和，采用马歇尔成型方法双面各击实75次成型马歇尔试件，测试并计算不同沥青用量下马歇尔试件的毛体积相对密度、体积参数(空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度)、马歇尔稳定度和流值，根据《公路沥青路面施工技术规范》确定最佳沥青用量，结果如表6所示。

表4.密级配沥青混合料ac-20矿料级配范围

表5.掺粗再生混凝土集料沥青混合料级配组成

表6各油石比下粗再生混凝土沥青混合料的各项参数

本实施例中为对比地沟油预处理对掺加再生混凝土集料沥青混合料的最佳沥青用量的影响，掺加40％地沟油残渣预处理过后的粗再生混凝土集料的最佳沥青用量相比于掺加40％未处理粗再生混凝土集料由5.4％降为4.5％，证明地沟油残渣预处理粗再生混凝土集料能够有效降低最佳沥青用量，从而在实际工程中大量减少沥青的消耗(如图2所示)。

实施例2

本实施例，以20％细再生混凝土集料+80％石灰岩为集料配合比。

一种再生混凝土预处理技术，实施步骤如下(如图1所示)：

(1)将细再生混凝土集料置于烘箱中，在180℃条件下烘4小时，使残留的水分完全蒸发。

(2)将步骤(1)中得到的粗再生混凝土集料倒入拌合锅中并加入4％的地沟油残渣，在140℃条件下搅拌90秒，使地沟油残渣充分浸润再生混凝土集料的表面。

(3)将步骤(2)中经预处理的粗再生混凝土集料转移至烘箱中，在160℃下养生1h，得到预处理的再生混凝土集料。

预处理后的再生混凝土集料用于制备沥青混合料，制备方法包括如下步骤：

(10)进行集料配合比设计，选择级配类型为ac-20，相应的级配范围如表7所示，固定细再生混凝土集料的掺量为20％(集料质量比)，以其余几档集料分别对该细再生混凝土集料掺加比例下的集料进行级配设计，确定各档集料的比例，使级配曲线贴近ac-20级配中值，结果见表8。将预处理过后的细再生混凝土集料与天然集料混合，得到混合集料，对照组掺加相同比例的未处理的细再生混凝土集料，且天然集料级配相同，混合后得到混合集料。

(20)将步骤(10)中所得混合集料分别与沥青拌和，制备出沥青混合料。

为了确定沥青混合料中的最佳沥青用量，进一步将沥青混合料制备成马歇尔试件，并检测其性能。

设定初始沥青用量，并分别与步骤(10)中得到的混合集料拌和，采用马歇尔成型方法双面各击实75次成型马歇尔试件，测试并计算不同沥青用量下马歇尔试件的毛体积相对密度、体积参数(空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度)、马歇尔稳定度和流值，根据《公路沥青路面施工技术规范》确定最佳沥青用量，结果如表9所示。

表7.密级配沥青混合料ac-20矿料级配范围

表8.掺细再生混凝土集料沥青混合料级配组成

表9各油石比下细再生混凝土沥青混合料的各项参数

本实施例掺加20％地沟油残渣预处理过后的细再生混凝土集料的最佳沥青用量相比于掺加20％未处理细再生混凝土集料由5％降为4.5％，证明地沟油残渣预处理细再生混凝土集料能够同样可以降低最佳沥青用量，减少沥青消耗(如图2所示)。

尽管以上结合附图对本发明专利的实施方案进行了描述，但本发明专利并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明专利保护之列。