一种再生纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种再生纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料及其制备方法，本发明以建筑固体废弃物再生细骨料和硅酸盐水泥为主体材料，外掺再生纤维和水，通过搅拌共混而成；其中所添加的纤维材料与水泥材料协同作用，使建筑固体废弃物再生细骨料能稳定地集结在一起形成一个整体结构；所添加的纤维材料自身具有较强的抗拉强度，其在混合料中形成网络骨架结构，可明显地提高水稳层材料的韧性及抗冲压性能，并有效地阻止裂缝的产生和发展，提高水稳层的抗冲刷性、抗冻性等耐久性能。
【专利说明】
一种再生纤维増强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料 及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于道路基层用水稳层材料的制备技术领域，具体涉及一种再生纤维增强 建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 近十几年来，随着我国城镇化、工业化发展速度的加快，城市建设从外延式开发与 大规模旧城改造并举、住宅小区规模化建设及道路的改扩建，导致大量建筑垃圾急剧产生。 目前，国内处理建筑垃圾基本上仍停留在落后简单的填埋式处理，由于建筑垃圾的不可降 解性，填埋式处理将会给社会带来灾难性的后果。简单的处理方法对土地、人力资源的消耗 十分巨大，运输成本高。且不说此举耗用大量的可耕地和运输费用，还会给环境造成长远的 破坏。面对如此严峻的建筑垃圾成灾的局面，如何处理和利用越来越多的建筑垃圾，已成为 各级政府部门和其他相关部门迫在眉睫、亟待解决的问题。
[0003] 虽然目前已经出现一些将建筑固体废弃物加工成再生骨料，用于生产再生砖石、 道路基层的报道和专利，但是这些手段对所产生的再生骨料综合利用率较低，不能对建筑 垃圾进行充分的消耗。建筑垃圾由于其自身组成的特点，经破碎加工成的再生骨料中，粒径 较小的细骨料占比较大，其中筛分粒径为9.5mm以下的细骨料约占到了70%以上。但是在目 前的建筑固体废弃物再生道路水稳层的级配配比中，9.5mm以下的细骨料的用量却不到 50%，还有超过20%的细料得不到充分的利用。因此，如果不能将这些细料充分合理利用， 将会造成建筑固废再生资源的浪费，同时还会带来新的环境污染问题，处理成本也会高居 不下。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种韧性及抗冲压性能好，强度高， 可有效地阻止裂缝的产生和发展，提高水稳层的抗冲刷性、抗冻性等耐久性能的再生纤维 增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料。
[0005] 本发明的另一目的在于提供一种制备简单，成本低，能将废弃的再生细骨料充分 利用，所制备的材料强度高、耐久性好的水稳层材料的制备方法。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：
[0007] 本发明涉及一种再生纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料，以质量 份计，该材料包括以下组分：
[0008] 建筑固体废弃物再生细骨料94.5~97.0份，
[0009] 硅酸盐水泥3.0~5.5份，
[0010] 相对建筑固体废弃物再生细骨料和硅酸盐水泥之和为0.1~0.4份的再生纤维以 及9.6~12.5份的水；
[0011] 其中，所述建筑固体废弃物再生细骨料分为粒径为0~4.75mm的1#料和粒径为 4.75 ~9.5mm的 2# 料。
[0012]所述硅酸盐水泥的强度等级不高于42.5。
[0013] 所述再生纤维的长度为6~20mm、当量直径为15~50μπι、抗拉强度彡800MPa。
[0014] 本发明的水稳层材料中，可以根据需要进一步加入本领域常用的其他常规添加 剂。
[0015] 本发明进一步包括以下优选的技术方案：
[0016]优选的方案中，所述建筑固体废弃物再生细骨料中1#料和2#料的质量比为3:7~ 7:3〇
[0017]优选的方案中，所述硅酸盐水泥的强度等级为32.5-42.5。
[0018] 优选的方案中，所述再生纤维选自再生编织袋纤维、再生玻璃纤维或再生聚酯纤 维中的一种或几种。
[0019] 优选的方案中，所述水稳层材料的压实度多97%。
[0020]优选的方案中，所述水稳层材料的干密度为1930~2320kg/m3。
[0021]上述水稳层材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:将建筑固体废弃物再 生细骨料与硅酸盐水泥加入强制搅拌机中搅拌；随后加入再生纤维，继续搅拌;最后，在上 述混合料中加入水，继续搅拌，即得到再生纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层 材料。
[0022]优选的方案中，所述搅拌的搅拌时间均为20~30s。
[0023]优选地，所述建筑固体废弃物再生细骨料是指建筑固体废弃物回收后经过初级破 碎、杂质分拣、除铁、除木肩、破碎机破碎、分级筛分后得到的再生骨料中的1#料（〇~ 4.75mm)和2#料（4.75~9.5mm)。
[0024]优选地，所述再生纤维是指废旧纤维经回收、清理、破碎后得到的纤维，再生纤维 的长度为6~20mm、当量直径为15~50μπι、抗拉强度彡800MPa，可以是再生编织袋纤维、再生 玻璃纤维、再生聚酯纤维等。
[0025] 从容易获得和降低成本的点来看，优选所述的再生纤维是再生编织袋纤维。
[0026] 本发明的有益效果
[0027] 本发明通过采用具有较高抗拉强度的再生纤维作为外掺剂，在材料中形成网络骨 架结构，利用纤维材料与水泥的协同作用，使建筑固体废弃物再生细骨料能稳定地集结在 一起形成一个整体结构，同时还具有较高的抗压强度、抗劈裂性和抗冲刷性。
[0028] 本发明是在建筑固体废弃物再生细骨料和硅酸盐水泥的混合料中添加一定含量 的再生纤维材料，通过干混和加水搅拌混合制备了一种纤维增强建筑固体废弃物再生细骨 料水稳层材料。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:选择建筑固体废弃物再生骨料 中的筛分粒径小于9.5mm的细骨料作为主体骨料进行配比设计，相对于现是有技术中通常 是选用筛分粒径是31.5_以下的级配料，本发明可充分资源化利用建筑固体废弃物再生细 骨料，解决建筑固体废弃物再生骨料中细料过多、无法充分利用这一难题;本发明所添加的 纤维材料为再生纤维材料，可选自废旧编织袋纤维、回收玻璃纤维、回收聚酯纤维等，可以 使废旧垃圾材料得到进一步的资源化利用，提升再生纤维的使用价值;本发明所添加的纤 维材料与水泥材料协同作用，可以使建筑固体废弃物再生细骨料能稳定地集结在一起形成 一个整体结构，相对于现是有技术中通常是只添加单一的水泥材料，纤维材料的添加可以 减小水泥材料的用量;进一步地，本发明所添加的纤维材料自身具有较强的抗拉强度，其在 混合料中形成网络骨架结构，可意料之外地提高水稳层材料的韧性及抗冲压性能，并有效 地阻止裂缝的产生和发展，提高水稳层的抗冲刷性、抗冻性等耐久性能。本发明的发明人通 过不断的研究，选取合适的再生纤维、水泥，并通过严格控制各个组分的配比等，获得了意 料之外的协同增效的良好效果。本发明使建筑固体废弃物再生细骨料得到了充分的利用， 所制备的纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料水稳层材料具有成本低、强度高、耐久性好 等特点，可适用于各种等级的道路的水稳层。
[0029] 本发明所制备的再生纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料具有成 本低、强度高、耐久性能好等特点，其中7天无侧限抗压强度均能达到3MPa以上，可以使用于 各种等级道路的水稳底基层或水稳基层。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合具体实施例和比较例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领 域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
[0031] 本发明的试验测试样品采用卧式强制搅拌机(SJD 30型，上海晓霄实验仪器设备 有限公司）进行搅拌混合。
[0032] 本发明的试验测试试件的取样、击实、成型和养生等试验按照《公路工程无机结合 料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)的相关规定实施。
[0033]本发明所制备的试验测试试件的7天无侧限抗压强度、抗劈裂强度、冻融试验和抗 冲刷试验等按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)的相关规定实 施。
[0034] 本发明实施例和比较例所用的材料为：
[0035] A:建筑固体废弃物再生骨料中的1#料(筛分粒径0~4.75mm，自制）；
[0036] B:建筑固体废弃物再生骨料中的2#料(筛分粒径4.75~9.5mm，自制）；
[0037] Cl :P.O 42.5普通硅酸盐水泥(南方水泥有限公司）；
[0038] C2:P.O 32.5普通硅酸盐水泥(南方水泥有限公司）；
[0039] Dl:再生编织袋纤维，纤维长度为15~20mm、当量直径为35~50μπι、抗拉强度彡 826MPa；
[0040] D2:再生玻璃纤维，纤维长度为6~15mm、当量直径为15~35μπι、抗拉强度彡 950MPa；
[0041] D3:再生聚酯纤维，纤维长度为9~20mm、当量直径为20~40μπι、抗拉强度彡 900MPa;
[0042] E:普通自来水。
[0043] 实施例1
[0044]本实施例涉及一种纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料，所述材料 由94.5%质量分数的建筑固体废弃物再生细骨料(其中1#料和2#料的质量比为3.26:6.74) 和5.5%质量分数的P. 0 42.5水泥，外掺相对上述两种原料之和为3%。的再生编织袋纤维和 9.6%的水组成，其中再生编织袋纤维的长度为15~20mm、当量直径为35~50μπι、抗拉强度 彡826MPa 〇
[0045]本实施例还涉及一种纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料的制备 方法，所述方法包括如下步骤：
[0046]将94.5%质量分数的建筑固体废弃物再生细骨料（其中1#料和2#料的质量比为 3.26:6.74)和5.5 %质量分数的P. 0 42.5水泥加入强制搅拌机中搅拌20~30s ;随后加入 3%〇的再生编织袋纤维，继续搅拌20~30s;最后，在上述混合料中加入9.6 %的水，继续搅拌 20~30s，即得到再生纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料。
[0047] 实施例2
[0048] 本实施例涉及一种纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料，所述材料 由95.5%质量分数的建筑固体废弃物再生细骨料(其中1#料和2#料的质量比为4.35:5.65) 和4.5 %质量分数的P. 0 32.5水泥，外掺相对上述两种原料之和为1%。的再生玻璃纤维和 10.4%的水组成，其中再生玻璃纤维的长度为6~15mm、当量直径为15~35μπι、抗拉强度彡 95OMPa〇
[0049] 本实施例还涉及一种纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料的制备 方法，所述方法包括如下步骤：
[0050] 将95.5%质量分数的建筑固体废弃物再生细骨料（其中1#料和2#料的质量比为 4.35 : 5.65)和4.5 %质量分数的P. 0 32.5水泥加入强制搅拌机中搅拌20~30s ;随后加入 1%〇的再生玻璃纤维，继续搅拌20~30s ;最后，在上述混合料中加入10.4%的水，继续搅拌 20~30s，即得到再生纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料。
[0051 ] 实施例3
[0052]本实施例涉及一种纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料，所述材料 由97 %质量分数的建筑固体废弃物再生细骨料(其中1#料和2#料的质量比为6.86:3.14)和 3 %质量分数的P.0 42.5水泥，外掺相对上述两种原料之和为2%。的再生编织袋纤维和 12.5%的水组成，其中其中再生编织袋纤维的长度为15~20mm、当量直径为35~50μπι、抗拉 强度彡826MPa。
[0053]本实施例还涉及一种纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料的制备 方法，所述方法包括如下步骤：
[0054]将97 %质量分数的建筑固体废弃物再生细骨料（其中1#料和2#料的质量比为 6.86:3.14)和3%质量分数的P. 0 42.5水泥加入强制搅拌机中搅拌20~30s;随后加入2%〇 的再生编织袋纤维，继续搅拌20~30s;最后，在上述混合料中加入12.5 %的水，继续搅拌20 ~30s，即得到再生纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料。
[0055] 比较例1
[0056] 为便于比较发明效果，针对实施例1，本比较例为不添加再生纤维的建筑固体废弃 物再生细骨料的水稳层材料，所述材料由94.5%质量分数的建筑固体废弃物再生细骨料 (其中1#料和2#料的质量比为3.26:6.74)和5.5%质量分数的P.0 42.5水泥，以及相对上述 两种原料之和为9.6 %的水组成。
[0057] 本比较例涉及的不添加再生纤维的建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料的 制备方法包括如下步骤：
[0058]将94.5%质量分数的建筑固体废弃物再生细骨料（其中1#料和2#料的质量比为 3.26:6.74)和5.5%质量分数的P. 0 42.5水泥加入强制搅拌机中搅拌20~30s;随后，在上 述混合料中加入9.6%的水，继续搅拌20~30s，即得到不添加再生纤维的建筑固体废弃物 再生细骨料的水稳层材料。
[0059] 比较例2
[0060] 为便于比较发明效果，针对实施例2,本比较例为不添加再生纤维的建筑固体废弃 物再生细骨料的水稳层材料，所述材料由95.5%质量分数的建筑固体废弃物再生细骨料 (其中1#料和2#料的质量比为4.35:5.65)和4.5%质量分数的P.0 32.5水泥，以及相对上述 两种原料之和为10.4%的水组成。
[0061] 本比较例涉及的不添加再生纤维的建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料的 制备方法包括如下步骤：
[0062]将95.5%质量分数的建筑固体废弃物再生细骨料（其中1#料和2#料的质量比为 4.35:5.65)和4.5%质量分数的P. 0 32.5水泥加入强制搅拌机中搅拌20~30s;随后，在上 述混合料中加入10.4%的水，继续搅拌20~30s，即得到不添加再生纤维的建筑固体废弃物 再生细骨料的水稳层材料。
[0063] 比较例3
[0064] 为便于比较发明效果，针对实施例3,本比较例为不添加再生纤维的建筑固体废弃 物再生细骨料的水稳层材料，所述材料由97%质量分数的建筑固体废弃物再生细骨料(其 中1#料和2#料的质量比为6.86:3.14)和3%质量分数的P.0 42.5水泥，以及相对上述两种 原料之和为12.5 %的水组成。
[0065] 本比较例涉及的不添加再生纤维的建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料的 制备方法包括如下步骤：
[0066]将95.5%质量分数的建筑固体废弃物再生细骨料（其中1#料和2#料的质量比为 6.86:3.14)和4.5%质量分数的P. 0 42.5水泥加入强制搅拌机中搅拌20~30s;随后，在上 述混合料中加入12.5%的水，继续搅拌20~30s，即得到不添加再生纤维的建筑固体废弃物 再生细骨料的水稳层材料。
[0067] 比较例4
[0068]为便于比较发明效果，针对实施例1，本比较例为添加了再生纤维，但1#料和2#料 的质量比超出本发明权利要求所规定的3:7~7:3范围的建筑固体废弃物再生细骨料的水 稳层材料。所述材料由94.5%质量分数的建筑固体废弃物再生细骨料(其中1#料和2#料的 质量比为2.88:7.12)和5.5%质量分数的P.0 42.5水泥，外掺相对上述两种原料之和为3%〇 的再生编织袋纤维和9.4%的水组成，其中再生编织袋纤维的长度为15~20_、当量直径为 35~50μπι、抗拉强度彡826MPa。
[0069] 本比较例涉及的添加再生纤维的建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料的制 备方法包括如下步骤：
[0070] 将94.5%质量分数的建筑固体废弃物再生细骨料（其中1#料和2#料的质量比为 2.88: 7.12)和5.5 %质量分数的P. 0 42.5水泥加入强制搅拌机中搅拌20~30s ;随后加入 3%〇的再生编织袋纤维，继续搅拌20~30s;最后，在上述混合料中加入9.4%的水，继续搅拌 20~30s，即得到再生纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料。
[0071] 实施效果：
[0072] 按照前述的试件击实、成型、养生和性能测试标准对上述实施例1~4和比较例1所 制备的材料进行试验，测试结果均例在表1中。
[0073]表1:试验测试结果
[0075] 从表1中的实施例1~3可以看出，随着1#料的比例增加，相应的试件的最大干密度 和最佳含水量都有所增加;所有实施例的7天无侧限抗压强度都达到了 3MPa以上，随着水泥 含量的增加，试件的7天无侧限抗压强度、抗劈裂强度和冻融后的无侧限抗压强度也会增 加，而冲刷质量损失会逐渐减小，且保持在1.2%以下，这说明本发明所制备的再生纤维增 强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料可以在各种等级的道路使用；
[0076] 通过实施例与比较例的对比，可以发现在同样的集料配比和水泥含量下，添加再 生纤维的试件(如实施例1)的强度均比未添加再生纤维的试件(如比较例1)要高，这说明纤 维的添加可明显地提高水稳层材料的韧性及抗冲压性能，并有效地阻止裂缝的产生和发 展；同时，实施例1的试件的冲刷质量损失率较未添加纤维的比较例1的试件的冲刷质量损 失率小，冻融后无侧限抗压强度相对更高(类似地实施例2与比较例2,以及实施例3与比较 例3的结果对比），这些结果说明纤维的添加可提高水稳层的抗冲刷性、抗冻性等耐久性能；
[0077] 另外，通过实施例1与比较例4进行对比可以发现，在添加同样种类和同样含量的 水泥、纤维的情况下，比较例4中的再生细骨料1#和2#料的添加质量比超出本发明权利要求 所规定的3 :7~7: 3的范围时，所制备的水稳层材料的各方面性能均较实施例1所制备的水 稳层材料要差，这些结果说明所述的再生细骨料1#和2#料的添加质量比只有在本发明权利 要求所规定的3:7~7:3的范围时，才能达到较好的发明效果。
[0078]以上结果说明，相较于现有技术，本发明所提供的再生纤维增强建筑固体废弃物 再生细骨料的水稳层材料及其制备方法，可以充分合理的利用建筑固体废弃物再生骨料中 的细骨料，再生纤维的添加，可以提高相应水稳材料的抗压强度和抗劈裂强度，同时还可以 提高水稳层的抗冲刷性、抗冻性等耐久性能。本发明所制备的再生纤维增强建筑固体废弃 物再生细骨料的水稳层材料的7天无侧限抗压强度均能达到3MPa以上，可以使用于各种等 级道路的水稳底基层或水稳基层。
[0079]本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上 实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发 明的保护范围。
【主权项】
1. 一种再生纤维增强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料，其特征在于，以质量 份计，该材料包括以下组分： 建筑固体废弃物再生细骨料94.5~97.0份， 娃酸盐水泥3.0~5.5份， 相对建筑固体废弃物再生细骨料和硅酸盐水泥之和为〇. 1~〇. 4份的再生纤维以及9.6 ~12.5份的水； 其中，所述建筑固体废弃物再生细骨料分为粒径为〇~4.75mm的1#料和粒径为4.75~ 9.5mm 的 2# 料； 所述硅酸盐水泥的强度等级不高于42.5; 所述再生纤维的长度为6~20mm、当量直径为15~50μπι、抗拉强度多800MPa。2. 根据权利要求1所述的水稳层材料，其特征在于，所述建筑固体废弃物再生细骨料中 1#料和2#料的质量比为3:7~7: 3。3. 根据权利要求1或2所述的水稳层材料，其特征在于，所述硅酸盐水泥的强度等级为 32.5~42.5〇4. 根据权利要求1或2所述的水稳层材料，其特征在于，所述再生纤维选自再生编织袋 纤维、再生玻璃纤维或再生聚酯纤维中的一种或几种。5. 根据权利要求1或2所述的水稳层材料，其特征在于，所述水稳层材料的压实度多 97%〇6. 根据权利要求1或2所述的水稳层材料，其特征在于，所述水稳层材料的干密度为 1930~2320kg/m3。7. -种如权利要求1~6中任一项所述水稳层材料的制备方法，其特征在于，所述制备 方法包括如下步骤:将建筑固体废弃物再生细骨料与硅酸盐水泥加入强制搅拌机中搅拌； 随后加入再生纤维，继续搅拌;最后，在上述混合料中加入水，继续搅拌，即得到再生纤维增 强建筑固体废弃物再生细骨料的水稳层材料。8. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的搅拌时间均为20~30s。
【文档编号】C04B14/42GK106007558SQ201610322033
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】杨科, 吴超凡, 肖红波, 李行, 欧阳添资
【申请人】湖南云中再生科技股份有限公司