废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的路用性能研究

1、废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合 料的路用性能研究王知乐姜荣斌泰州职业技术学院建筑工程学院摘要：将回收的废弃水泥混凝土路面板块破碎成级配合理的再生集料，并利用发泡沥 青温拌技术将其配制成温拌沥青混合料。通过观察和试验证明废弃水泥混凝土再 生集料的外观特性、物理性质、力学性质和化学性质均符合规范要求。通过与天 然石灰岩集料温拌沥青混合料和热拌沥青混合料的对比试验，研究了废弃水泥 混凝土再生集料温拌沥青混合料的路用性能。研究结果显示:将废弃水泥混凝土 再生集料与沥青温拌技术结合弥补了单纯使用沥青温拌工艺的不足，使其在不 低于热拌沥青混合料路用性能指标的情况下，达到了双重环保的效果。关键词：废弃水

2、泥混凝上;再生集料;温拌沥青混合料;天然石灰岩集料;热拌沥青混 合料;路用性能;收稿日期：2017-03-24基金：江苏省建设系统科技项目，项目编号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随着我国城市建设规模的不断扩大，建筑垃圾年产牛量以8%的速度逐年增多， 在我国，建筑垃圾资源化利用能力很低，全国平均综合利用率不足5%,远低于 欧美、口本等发达国家。建筑垃圾绝大部分未经处理，直接运往郊外或乡村采用 露天堆放或填埋的方式进行处理，需耗用大量的征地费、垃圾清运费、处理费等 建设费用；同时，清运和堆放过程中的遗散和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严 重

7、的环境污染1-4°由于城市破旧建筑物的拆除、城市道路白改黑等改造工程 的逐步实施，废弃水泥混凝土已经成为城市建筑垃圾的主要形式。目前我国部分 研究人员已提出了利用废弃水泥混凝土生产再生集料的方法，但用其生产出的 颗粒形状和级配都不好，故其性能较差，一般只能用于低强度的混凝土及其制 品，用途比较单一。近年来再牛集料牛产工艺逐步完善，国内开始研究将再牛集料用于制备热拌沥 青混合料臣1，扩展了再生集料的应用范围，但再生集料热拌沥青混合料仍然需 要将原材料加热到相当高的温度，不仅需要消耗大量的能源，而且在生产和施 工的过程中述会排放出大量的废气，严重影响周围环境回。本研究通过回收废 弃水泥混

8、凝土破碎成级配合理的再生集料，结合温拌沥青技术，探寻将其配制 成废弃水泥混凝土再牛集料温拌沥青混合料的方法，制备出一种新型低碳环保 路面材料。这不仅可以减少建筑废弃物污染，节省天然集料资源，而口能够降低 热拌沥青混合料生产和铺筑时的能源消耗和废气排放，同时达到建筑废弃物资 源化利用和节能减排的双重环保目标，对于我国建立资源节约型社会，发展循 环型经济，对改造生态环境都具有极其重要的意义。1废弃水泥混凝土再生集料的制备及其特性1.1废弃水泥混凝土再生集料的制备 本研究选取已达使用年限的城市道路破旧水泥混凝土路面板块作为加工原料， 将其破碎成粒径不超过30mm的集料并用方孔筛筛分直至其级配满足规范

9、要求。 由于本研究加工再生集料的原材料是从施工现场直接选取，故其表面粉尘较多， 但在再生集料加工过程屮，强化了筛分等加工环节，再生集料表面的尘土大部 分都已飞散或筛除了，并没有过多的粉尘积聚在再生集料的表而，保证了后期 沥青混合料制备过程中再生集料与沥青之间良好的黏附性。此外，原先加工的再 牛集料针片状颗粒较多，后期釆用加强破碎等方法改进了工艺，大幅减少了针 片状颗粒。1. 2废弃水泥混凝土再生集料的特性1. 2. 1外观特性与购买的天然集料有些不同，大部分废弃水泥混凝土再生集料表面孔隙较多且 较粗糙，如图1所示，这主要是因为部分集料是由水泥砂浆包裹石子形成的。由 于强化了加工细节，粗颗粒形状

10、基本接近立方体且棱角分明，符合沥青混合料 对集料外观的要求。1. 2. 2物理性质仃）密度。废弃水泥混凝土再牛集料的表观相对密度的试验结果见表1 o图1加工的废弃水泥混凝土再生集料表面多孔下载原图项目1926. 5161表观相对密度2. 6892. 6x规范要求4由表1屮可知各种规格的废弃水泥混凝土再生集料的表观相对密度能够满足公 路沥青路面施工技术规范(jtg f40-2004)的要求也。(2)孔隙率。从外观上看废弃水泥混凝土再牛集料表面多孔，由于集料孔隙率的大小会影响 沥青混合料中沥青与集料的黏附性，从而影响沥青混合料的水稳定性等路用性 能，故本研究通过试验检测了废弃水泥混凝土再生粗集料(

11、粒径2. 36mm)的孔 隙率。表2是废弃水泥混凝土再生粗集料孔隙率的试验结果。表2废弃水泥混凝土再生粗集料的孔隙率下载原表废弃水泥混凝土再生粗集料孔隙率/%18. 75从表2数据可见废弃水泥混凝土再生集料的孔隙率比天然石灰岩粗集料大很多, 其原因是再生粗集料表面附有水泥砂浆，水泥砂浆硬化后一般表面会密集分布 很多细小的孔隙；同时，废弃水泥混凝土再牛集料由于使用时间较长，部分己发 生风化，产生了很多细微裂缝，而天然石灰岩粗集料中的孔隙仅仅是岩石本身 的孔隙，其数量较少。1. 2. 3力学性能本研究通过压碎值试验和洛杉矶磨耗试验评价废弃水泥混凝土再生粗集料(粒 径2. 36mm)的力学性能,表3

12、是试验结果。从表3中可看出废弃水泥混凝土再牛粗集料的压碎值和洛杉机磨耗损失均能够 满足公路沥青路面施工技术规范(jtg f40-2004)的要求7。表3废弃水泥混凝土再生粗集料的压碎值和洛杉机磨耗损失下载原表试验项目废弃水泥混凝土再生粗集料压碎值/%21. 46洛杉机磨耗损失/%15. 651. 2. 4化学性质废弃水泥混凝土再生集料是由破旧水泥混凝土板块破碎加工而成，制备的再生 集料颗粒多为周围附着一定水泥砂浆的石灰岩集料，石灰岩集料本身即为碱性 集料，其周围附着的水泥砂浆相当于在碱性集料上又裹覆了一层碱性抗剥落剂, 故废弃水泥混凝土再生集料具有明显的碱性，用其制备沥青混合料，能增强与 沥青

13、结合料的化学吸附，从而保证沥青混合料的水稳定性。2废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的制备2.1原材料的选择本研究选用常规a级70号沥青、xt-w3型沥青温拌剂以及石灰岩矿粉等原材料 配制废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料。xttv3型沥青温拌剂为白色粉末，如图2所示，其展于发泡型温拌剂，但与其他 发泡型沥青温拌剂不同，在使用xt-w3型温拌剂拌制温拌沥青混合料的过程中 不需要另外加水，也不需要采用湿冷的集料，因其自身就含有20%的结晶水， 当沥青混合料的拌和温度达到85°c以上吋水分会自动散失岀来使沥青发泡，降 低了热沥青黏度，从而保证了低温下沥青结合料牢牢裹覆在集料周围，达到

14、低 温拌和的效果。图2 xt-w3型沥青温拌剂2.2配合比确定下载原图由于再生集料主要取材于城市建筑垃圾废弃水泥混凝土，基于减少原材料运输 成木的原则，废弃水泥混凝土再牛集料宜就地使用，因而用其拌制的温拌沥青 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连续型密级配ac-13 为例配制废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料，采用马歇尔配合比设计方 法确定其配合比，见表4。2. 3制备工艺将加热好的集料加入沥青混合料拌和机中，并加入计算用量的xt-w3型沥青温 拌剂干拌30s左右，再将加热至规定温度的沥青加入拌和机中湿拌150s左右， 最后加入矿粉拌和至均匀为止，总拌和时间约为3mino拌

15、和过程屮xt-w3型沥 青温拌剂中的结晶水被激发出来，从而使沥青产生连续的发泡反应，泡沫起到 润滑剂的作用，从而提高了混合料的施工和易性，使其在较低温度下拌和均匀。 待混合料拌和均匀后，在规定温度下采用击实仪或轮碾机压实成型宜。废弃水 泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的制备试验温度见表5。表4废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料配合比 下载原表不同规格的废弃水泥混凝土再 质量百分9. 5 16 mm生 759. 5 mm1928下载原表表5废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的制备试验温度天然石灰岩废弃水泥制备工艺集料热拌再生集术沥青混合料沥青混沥青加热温度/°c15015(集料加热温

16、度/°c16313(沥青混合料拌和温度/°c16513.沥青混合料岀料温度/°c16013(沥青混合料成型温度/°c15513(由表5数据可知，与天然石灰岩集料热拌沥青混合料相比，废弃水泥混凝土再 生集料温拌沥青混合料的集料加热温度低33°c,其拌和温度低30°c,这说明废 弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的制备过程能够大幅度节约能源，节省 建设成本，减少碳排放。3废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的路用性能检测3. 1高温稳定性检测本研究采用60°c时的马歇尔稳定度试验和车辙试验检测废弃水泥混凝土再生集 料温拌沥青混合

17、料的高温稳定性，检测结果见表6。表6废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料高温稳定性检测结果下载原表检测项目废弃水泥混族温拌沥¥稳定度/kn10.流值 /（ 0. 1 mm）2动稳定度/(次/mm)1 2e从表6中试验结果可看出废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料马歇尔稳定 度略大于天然石灰岩集料热拌沥青混合料，比天然石灰岩集料温拌沥青混合料 大3. 2%;其动稳定度比天然石灰岩集料温拌沥青混合料大8%,甚至比天然石灰 岩集料热拌沥青混合料还大4. 3%;废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的 齐项高温性能指标均满足公路沥青路而施工技术规范(jtg f40-2004)的要 求izl究其

18、原因，主要是沥青混合料的稳定度和动稳定度的大小与其抗剪强度 有关，而沥青混合料的抗剪强度乂取决于黏聚力和内摩擦角o废弃水泥混凝土再 生集料孔隙较多，能够牢固地吸附较多的结构沥青，提高了沥青混合料的黏聚 力；同时废弃水泥混凝土再生集料表面较粗糙，集料颗粒z间的摩擦力比天然石 灰岩集料更大，故其具有较大的内摩擦角，因此，废弃水泥混凝土再生集料温 拌沥青混合料的高温抗剪强度大于天然石灰岩集料温拌沥青混合料和天然石灰 岩集料热拌沥青混合料，从而保证了废弃水泥混凝土再牛集料温拌沥青混合料 达到最佳的高温抗车辙性能。此外，表6数据显示废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的流值较低，主 要也是由于废弃水泥混

19、凝土再生集料颗粒多孔，增加了混合料中的结构沥青， 减少了自由沥青，使沥青混合料内部的相对位移缺少了润滑剂；另外再生集料粗 糙的表面导致颗粒间的相对移动受到较大摩阻力的约束。这些因素的累加使沥青 混合料内部的废弃水泥混凝土再生集料颗粒发生相对位移比天然集料更加困难， 据此废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料表现出较低的流值。3. 2低温抗裂性检测 本研究采用-10°c时的小梁弯曲试验评价废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合 料的低温抗裂性能，检测结果见表7。下载表7废弃水泥混凝土再牛集料温拌沥青混合料低温抗裂性检测结果 原表检测项目废弃水泥混凝土集料温拌沥青浴抗弯拉强度/mpa9. 70

20、破坏时的最大弯拉应变/庇2 576. 6沥青混合料低温弯拉应变越大，其低温时的变形性能越好;沥青混合料低温抗弯 拉强度越大，其低温时抵抗收缩应力能力越强。从表7数据可知，沥青混合料破 坏时的弯拉应变和抗弯拉强度的变化均遵循如下规律:废弃水泥混凝土再牛集料 温拌沥青混合料天然石灰岩集料热拌沥青混合料天然石灰岩集料温拌沥青混 合料，这表明对比天然石灰岩集料热拌沥青混合料和天然石灰岩集料温拌沥青 混合料，废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料在低温时的变形性能和抵抗 收缩应力的能力最佳，故其低温抗裂性能最好。保证废弃水泥混凝土再生集料温 拌沥青混合料具有良好低温性能的主要原因是废弃水泥混凝土再牛集料的

21、多孔 结构吸附了较多的沥青，提高了混合料的塑性，使其低温时抵抗路面收缩开裂 的能力增强。3. 3水稳定性检测本研究采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价废弃水泥混凝土再生集料温拌 沥青混合料的水稳定性，检测结果见表8。表8废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料水稳定性检测结果下载原表检测项目废弃水泥混凝土再温拌沥青混台浸水残留稳定度/%89. 6冻融劈裂残留强度比/%86. 5由表8可以看出，废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料的浸水残留稳定度 和冻融劈裂残留强度比均满足公路沥青路面施工技术规范(jtg f40-2004) 的要求1z1，说明废弃水泥混凝土再牛集料温拌沥青混合料的水稳定性能够适应

22、道路路面使用要求。同11寸表8数据显示废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料 的水稳定性优于天然石灰岩集料温拌沥青混合料，略低于天然石灰岩集料热拌 沥青混合料，说明采用温拌工艺一定程度影响了沥青混合料的抗剥落性能，使 天然石灰岩集料温拌沥青混合料的水稳定性相关指标稍低于天然石灰岩集料热 拌沥青混合料，但废弃水泥混凝土再牛集料的多孔结构和表面附着的碱性水泥 砂浆使其与沥青结合料之间的黏附性得到了增强，提高了废弃水泥混凝土再生 集料温拌沥青混合料抵抗水侵蚀的能力。4结语仃)利用破旧水泥混凝土路面板块可加工成制备沥青混合料的再生集料，其外 观特性、物理性质、力学性质、化学性质均符合规范的要求。(2)

23、选用xt-w3沥青温拌剂制备废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合料是可 行性。含有20%结晶水的xt-w3型沥青温拌剂能够使沥青产生连续的发泡反应， 降低沥青黏度，保证混合料在较低温度下拌和均匀;废弃水泥混凝土再生集料温 拌沥青混合料的集料加热温度、拌和温度、出料温度和成型温度均低于天然石灰 岩集料热拌沥青混合料30°c左右。(3) 通过马歇尔试验和车辙试验分析了废弃水泥混凝土再生集料温拌沥青混合 料的高温稳定性能，结果显示再生集料粗糙的表面和多孔结构提高了废弃水泥 混凝土再生集料温拌沥青混合料的高温抗剪强度，从而保证了其高温性能优于 天然石灰岩集料热拌沥青混合料和天然石灰岩集料温拌沥青混合料。(4) 通过低温小梁弯曲试验分析了废弃水泥混凝土再牛集料温拌沥青混合料的 低温抗裂性能，结果显示废弃水泥混凝土再生集料的孔隙能够吸附较多的沥青， 提高了混合料的低温变形性能和抵抗低温收缩应力的能力，使其优于天然石灰 岩集料热拌沥青混合料和天然石灰岩集料温拌沥青混合料。(5) 通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验分析了废弃水泥混凝土再生集料温拌 沥青混