本发明属于道路建筑材料技术领域，涉及一种掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料及其制备方法。
背景技术：
工业生产和日常生活中产生了大量的废弃玻璃。根据《中国再生资源回收行业发展报告2017》显示，2016年我国废玻璃回收量约为860万吨，全世界的废玻璃回收利用率平均水平已接近50%，而我国仅为13%。作为一种生活垃圾，废玻璃属于无机非金属，不能被火化或者被微生物分解，掩埋处理成为主要解决途径，占用了宝贵土地资源，造成环境污染，给人们生产生活带来不便，也不符合可持续发展的理念。然而垃圾是放错位置的资源，废玻璃的合理回收再利用是一种新的解决思路，这样既减少了固体废弃物填埋数量，又减缓了对生产原材料的掠夺性开采。目前对废玻璃的利用主要有以下两种途径：（1）玻璃行业内循环利用。主要是将废玻璃回收再熔化制成玻璃用品流通于玻璃行业，这对废玻璃的筛检、洁净程度等有很高要求，处理起来成本高，也不能解决废玻璃大量回收利用的问题；（2）行业外利用。国内外将废玻璃材料应用于土木工程、道路工程已有丰富经验。同样，废玻璃在通过分类回收、破碎、筛分后替代部分集料掺加在沥青混合料中，可以优化混合料的部分性能。这为废玻璃的大量回收利用提供了思路。
专家学者对废玻璃集料沥青混合料的性能进行了相关研究。专利cn106673502a中给出了将废玻璃集料应用于添加tps改性剂的沥青混合料中，研究其各项路用性能指标均达到交通部标准《公路沥青路面施工技术规范》（jtgf40-2004）的要求，其并指出这种掺加废玻璃集料的沥青混合料可用于荷载较轻的路面上，如人行道及公园、步行街道等。专利cn106587742a中，为了避免光滑玻璃集料与沥青粘附力差的问题，给出了利用碱性的纳米氧化铁改善玻璃集料与沥青之间的界面粘附力的方法，提高了玻璃集料的利用率。专利cn102633470a中，针对目前二级及以下等级公路、城市次干路及以下等级的城市道路上无照明或照明亮度不足、存在交通安全隐患的问题，给出了将废玻璃集料应用于沥青混合料中，并采用ac-20c、ac-16c、ac-13c三种级配，得到了高识认性沥青路面铺设方法。专利cn105541183a中通过将玻璃微珠应用于sbs改性沥青混合料中，并添加了占沥青质量0.2%~0.5%的抗剥落剂，得到的混合料反光性能和抗剥落性能显著增强。专利cn202230021u中，针对目前还没有专门定量评价掺加玻璃集料的沥青混合料反光性能的问题，引入一种路面材料反光性能测试装置，该装置包括主机、入射光照射部件、反射光接收部件等，可以定量且精确的测量实际行车状态下玻璃集料沥青混凝土路面的光源照度、反射光亮度等参数。
目前国内外研究将废玻璃集料掺加在沥青混合料中，充分发挥废玻璃易破碎得到一定粒径大小的集料、表面反光易于诱导驾驶员视线、废玻璃集料导热系数低利于混合料保温等优点，同时进行路用性能的验证，并不断优化设计方案，以期兼顾各项性能指标。研究中不可避免的存在以下问题。
首先，掺加玻璃集料几何尺寸和掺量的限制。由于废玻璃自身强度低，加上随着玻璃集料粒径增大其针片状含量越高，在沥青混合料拌合、压实过程中极易产生断裂，用来替代承担骨架嵌挤作用和主要强度的粗集料，会降低整体强度；掺加的废玻璃集料粒径如果过小，加上玻璃集料密度较石料小，以某一掺量等质量替代后，会增大玻璃的比表面积，则集料表面裹附的沥青膜越少，厚度越薄，致使沥青-集料粘附力下降造成脱落；另外玻璃集料掺量过大或过小也会无法兼顾路用性能或废物大量利用的初衷。其次，混合料抗剥落性不足。一般玻璃材料富含sio2，表面光滑致密，具有一定亲水性，这使得玻璃集料与沥青处于物理性的吸附状态，这也会降低沥青-集料间的粘结力，若沥青自身粘聚力差，则更易导致混凝土松散和集料剥落，而这会直接影响到混合料路用性能。第三，路面反光效果评价及影响因素分析不足。目前玻璃集料掺加在沥青路面中用作反光路面，仅作为一种附属功能而存在，在性能评价体系中所占权重较少，目前大部分只是做简单的定性与定量评价研究而已。上述几点不足之处影响了玻璃集料沥青混合料路用性能、反光性能的研究和评判，限制了废玻璃集料在沥青路面上的大量运用。
为了改善废玻璃集料掺入后引起的混合料强度、抗剥落性等指标的下降，除了控制废玻璃集料的粒径与掺量，增强沥青粘聚力、改善沥青-集料间的粘结力是有效途径，目前常使用高聚物sbs改性沥青作为玻璃集料沥青混合料的结合料，通过改性剂吸附沥青发生溶胀作用形成的相互交联的立体网络结构实现对基质沥青加劲和增韧，但这些分散形式在荷载以及温度等作用下很容易引发破坏；另外，研究认为sbs改性沥青混合料宏观抗剥落性的增强主要是靠改性沥青自身粘度的提高起的作用，并不代表改性沥青与集料粘附性增强显著；因此在采用sbs改性沥青同时通过添加抗剥落剂来改善沥青-集料界面粘附状态，但抗剥落剂原是用于改善沥青与酸碱性石料的粘附力，引入到玻璃集料沥青混合料当中，不仅增加了油石比，成本增加，而且国内外研究针对添加抗剥落剂对玻璃集料沥青混合料的改善效果莫衷一是，各抒己见。
总体而言，目前国内外研究掺加废玻璃集料的沥青混合料均为热塑性沥青混合料，由于沥青自身、废玻璃集料自身、沥青-玻璃集料间粘附性等因素影响，影响了沥青混合料的性能，不能大量处理废玻璃集料。沥青混合料中采用环氧沥青作为结合料则具有明显的优势。环氧沥青通过a部分环氧树脂与b部分固化组分固化反应形成稳定的空间网络结构，不溶于任何溶剂，而且随化学反应进行粘度不断增加，至固化反应结束形成凝胶体，形成的混合物则具有更为优异的自身强度、粘附性、高温稳定性与低温抗裂性，能够在一定程度上弥补因集料强度不足带来的整体性能下降。其次，酸碱性集料对于环氧沥青混合料的影响远小于普通沥青混合料和sbs改性沥青混合料，应用环氧沥青更为显著的改善与玻璃集料和石料的接触状态，提升整体性能。因此本发明则是结合废玻璃集料应用于普通沥青混凝土和一般改性沥青混凝土的已有研究基础及不足之处，使用国产环氧沥青作为结合料，得到一种掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料及其制备方法。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料及其制备方法，这种环保型路面材料旨在大量处理废玻璃，同时又不降低混合料的路用性能，且兼顾反光性能，达到节能环保的目的，符合可持续发展的要求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料，混合料按质量份计，包括0.3~1.9份环氧沥青a部分环氧树脂、2.6~5.1份环氧沥青b部分固化组分、6.2~57.1份废玻璃集料、22.4~56.3份粗集料、11~44.7份细集料及2.9~7.5份矿粉为原材料制备而成。
上述的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料，所述的粗集料与细集料的质量份比例符合连续密级配，密级配最大公称粒径可以选择19mm、16mm、13.2mm、9.5mm对应的ac-20、ac-16、ac-13和ac-10四种级配中的一种。
上述的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料，所述的环氧沥青材料用量依据环氧沥青混合料最佳油石比确定，环氧沥青与矿料（含玻璃集料）的油石比为4.0%~6.0%。
上述的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料，所述的废玻璃集料来自生产生活中回收的废玻璃，需破碎成最大粒径不超过9.5mm、最小粒径不小于0.6mm的玻璃集料，并筛分得到粒径大小为0.6mm~1.18mm、1.18~2.36mm、2.36~4.75mm、4.75mm~9.5mm四档废玻璃集料。废玻璃集料掺配方式为按掺配比例等质量替代ac-20、ac-16、ac-13、ac-10四种级配中对应的一档或多档粒径范围的矿料，且替代完成后不改变初始级配。
上述的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料，所述的粗集料包括粒径大小为玄武岩碎石。
上述的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料，所述的细集料包括粒径大小为玄武岩天然砂。
上述的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料，所述的矿粉包括粒径大小为石灰岩粉末。
上述的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料的制备方法，它包括以下步骤：
（1）将废玻璃放入破碎机进行破碎，清洗表面并剔除杂质，烘干后筛分得到粒径大小为0.6mm~1.18mm、1.18~2.36mm、2.36~4.75mm、4.75mm~9.5mm四档集料；
（2）将按设计级配及油石比确定的废玻璃集料、粗集料、细集料、矿粉放置到115℃~140℃恒温烘箱中保温4~6小时，将装有环氧沥青a部分环氧树脂、环氧沥青b部分固化组分的器皿放在恒温烘箱中预热熔化；
（3）将经步骤（2）处理的废玻璃集料、粗集料及细集料倒入拌合温度为115℃~140℃的搅拌锅中，进行搅拌，得混合物；
（4）将经步骤（2）处理的环氧沥青b部分固化组分加热至反应温度100℃~140℃，并将熔化得到的环氧沥青a部分环氧树脂按比例与环氧沥青b部分固化组分混合，倒入经步骤（3）处理得到的混合物中，进行搅拌，然后向搅拌锅中倒入经步骤（2）得到的矿粉，拌合均匀，保温30~60分钟，即得本发明的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料。
本发明的有益效果是：
本发明通过取定矿料级配，利用废玻璃集料等质量替代对应粒径矿料，最大可以将废玻璃集料掺量提高到60%左右；同时解决了普通沥青和一般改性沥青与玻璃集料粘附性不足的问题，所得混合料在路用性能方面仍能保持优异的稳定度、水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性以及路面抗滑性能；在功能性性能方面则兼顾反光性能，具有良好的视线诱导作用，有利于行车安全。可用于各等级公路、城市道路及路况可视性较差的沥青路面铺装。
本发明提供的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料及其制备方法，其制备工艺简单，方便操作，且制备成本较低，大量促进废玻璃的回收利用，符合绿色节能环保和可持续发展理念。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进一步说明，但是实施例均不是对本发明的限制。
实施例1
本发明所述的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料，按质量份计，取环氧沥青a部分环氧树脂（产地：扬州中江材料技术有限公司）1.1份、b部分固化组分（产地：山西华路祥交通科技有限公司）3.9份、筛分后得到的0.6mm~1.18mm档废玻璃集料（产地：南京柯信物资回收有限公司）6.2份、粗集料53.2份、细集料32.1份、矿粉3.5份。将上述废玻璃集料、粗集料、细集料、矿粉放置到115℃~140℃恒温烘箱中保温处理4~6h，然后倒入拌合温度为115℃~140℃的搅拌锅中，搅拌后得混合物。将熔化得到环氧沥青b部分固化组分并加热至反应温度100℃~140℃，并将熔化得到的环氧沥青a部分环氧树脂按比例与环氧沥青b部分固化组分在反应温度100℃~140℃下充分混合，倒入上述搅拌锅混合物中，进行搅拌，然后向搅拌锅中倒入矿粉，拌合均匀，保温30~60分钟，即得本发明的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料。由此制备出的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料路用性能及反光性能见表1和表2。
实施例2
本发明所述的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料，按质量份计，取环氧沥青a部分环氧树脂1.9份、b部分固化组分3.8份、筛分后得到的1.18mm~2.36mm档废玻璃集料7.1份、2.36mm~4.75mm档废玻璃集料9.5份、粗集料56.3份、细集料17.4份、矿粉4份。上述原材料及混合料的制备方法与实施例1相同。由此制备出的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料路用性能及反光性能见表1和表2。
实施例3
本发明所述的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料，按质量份计，取环氧沥青a部分环氧树脂1.3份、b部分固化组分3.6份、筛分后得到的1.18mm~2.36mm档废玻璃集料9份、2.36mm~4.75mm档废玻璃集料13.7份、4.75mm~9.5mm档废玻璃集料21.2份、粗集料27.8份、细集料15.9份、矿粉7.5份。上述原材料及混合料的制备方法与实施例1相同。由此制备出的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料路用性能及反光性能见表1和表2。
实施例4
本发明所述的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料，按质量份计，取环氧沥青a部分环氧树脂1.5份、b部分固化组分3.5份、筛分后得到的0.6mm~1.18mm档废玻璃集料6.9份、1.18mm~2.36mm档废玻璃集料11.1份、2.36mm~4.75mm档废玻璃集料16.2份、4.75mm~9.5mm档废玻璃集料22.9份、粗集料22.4份、细集料11份、矿粉4.5份。上述原材料及混合料的制备方法与实施例1相同。由此制备出的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料路用性能及反光性能见表1和表2。
实施例5
本发明所述的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料，按质量份计，取环氧沥青a部分环氧树脂0.3份、b部分固化组分3.5份、筛分后得到的2.36mm~4.75mm档废玻璃集料10.6份、粗集料56份、细集料25.4份、矿粉4.2份。上述原材料及混合料的制备方法与实施例1相同。
实施例6
本发明所述的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料，按质量份计，取环氧沥青a部分环氧树脂0.7份、b部分固化组分3.6份、筛分后得到的2.36mm~4.75mm档废玻璃集料10.5份、4.75mm~9.5mm档废玻璃集料19.1份、粗集料37.3份、细集料25.9份、矿粉2.9份。上述原材料及混合料的制备方法与实施例1相同。
实施例7
本发明所述的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料，按质量份计，取环氧沥青a部分环氧树脂0.5份、b部分固化组分5.1份、筛分后得到的4.75mm~9.5mm档废玻璃集料22.2份、粗集料23.4份、细集料44.7份、矿粉4.1份。上述原材料及混合料的制备方法与实施例1相同。
实施例8
本发明所述的掺加废玻璃集料的环氧沥青混合料，按质量份计，取环氧沥青a部分环氧树脂1.3份、b部分固化组分2.6份、筛分后得到的0.6mm~1.18mm档废玻璃集料5.8份、1.18mm~2.36mm档废玻璃集料6.7份、2.36mm~4.75mm档废玻璃集料9.8份、4.75mm~9.5mm档废玻璃集料17.8份、粗集料41.2份、细集料11.9份、矿粉2.9份。上述原材料及混合料的制备方法与实施例1相同。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明的作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。