(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111747704 A(43)申请公布日 2020.10.09
(21)申请号 202010526890.5(22)申请日 2020.06.10
(71)申请人 东南大学
地址 211102 江苏省南京市江宁区东南大
学路2号(72)发明人 朱志铎 康转转 霍王文 张杰
万瑜 赵文政 姚凯 王朋 胡乐乐 (74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所
(普通合伙) 32204
代理人 金诗琦(51)Int.Cl.
C04B 28/04(2006.01)C04B 20/02(2006.01)
权利要求书1页 说明书6页 附图1页
CN 111747704 A(54)发明名称
一种二灰碎石废料再生利用的方法(57)摘要
本发明公开了一种二灰碎石废料再生利用的方法，包含以下步骤：(1)筛分二灰碎石废料与天然骨料，合成所需级配；(2)二灰碎石废料再生粗骨料浸水24～28h后，风干表面自由水，得饱和面干二灰碎石废料再生骨料；(3)称取3.9～7.8份二灰碎石废料再生粗骨料、5.2～9.1份天然骨料和6.5～7.5份中砂，混合均匀；(4)称取0.5～0.7份水，倒入拌和容器中与步骤(3)所得物，拌和50～60s；(5)向步骤(4)所得的拌和料中加入2.8～3.6份水泥，拌和30～40s；(6)倒入0.5～0.8份水，继续拌和110～120s，养护后得到二灰碎石废料再生混凝土。本发明所制得的二灰碎石废料再生混凝土，强度可以达到C50，满足大部分混凝土构件的强度需求，突破了原有二灰碎石废料的应用限制，拓宽了利用途径。
CN 111747704 A
权 利 要 求 书
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1.一种二灰碎石废料再生利用的方法，其特征在于包含以下步骤：(1)筛分二灰碎石废料与天然骨料，合成所需级配；(2)二灰碎石废料再生粗骨料浸水24～28h后，风干表面自由水，得饱和面干二灰碎石废料再生骨料；
(3)称取3.9～7.8份二灰碎石废料再生粗骨料、5.2～9.1份天然骨料和6.5～7.5份中砂，混合均匀；
(4)称取0.5～0.7份水，倒入拌和容器中与步骤(3)所得物，拌和；(5)向步骤(4)所得的拌和料中加入2.8～3.6份水泥，拌和；(6)倒入0.5～0.8份水，继续拌和，养护得到二灰碎石废料再生混凝土。2.根据权利要求1所述的一种二灰碎石废料再生利用的方法，其特征在于：所述二灰碎石废料再生粗骨料吸水率为4.5％～5.5％，粒径为4.75mm～26.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种二灰碎石废料再生利用的方法，其特征在于：所述天然骨料为粒径为4.75mm～26.5mm的青石子，级配与二灰碎石废料再生粗骨料一致。
4.根据权利要求1所述的一种二灰碎石废料再生利用的方法，其特征在于：所述中砂为细度模数为2.3～3.0，表观密度为2600～2700kg/m3的中砂。
5.根据权利要求1所述的一种二灰碎石废料再生利用的方法，其特征在于：所述水泥为标号P042.5的普通硅酸盐水泥。
6.根据权利要求1所述的一种二灰碎石废料再生利用的方法，其特征在于：所述步骤(4)拌和时间为50～60s。
7.根据权利要求1所述的一种二灰碎石废料再生利用的方法，其特征在于：所述步骤(5)拌和时间为30～40s。
8.根据权利要求1所述的一种二灰碎石废料再生利用的方法，其特征在于：所述步骤(4)拌和时间为110～120s。
9.根据权利要求1所述的一种二灰碎石废料再生利用的方法，其特征在于：所述再生粗骨料的制备方法包括以下步骤：
(1)收集工程中产生的二灰碎石废料，集中运往破碎加工场地；
(2)利用履带底盘移动反击式破碎设备对运来的二灰碎石废料材料进行头破，头破后的材料通过筛网进行筛分，分选不同粒径，同时筛除钢筋污染物；
(3)对头破过程中未通过所设最大尺寸筛网的材料进行二次破碎，直到二灰碎石废料全部符合粒径要求；
(4)将得到的不同粒径的二灰碎石废料按所需比例混合，得到所需颗粒级配的二灰碎石废料再生粗骨料。
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CN 111747704 A
说 明 书
一种二灰碎石废料再生利用的方法
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技术领域
[0001]本发明涉及工程材料领域，具体为一种二灰碎石废料再生利用的方法。
背景技术
[0002]近年来，我国公路进入了大修大改期，相当部分公路已经不能满足交通量迅速增长的要求，急需改扩建以提高其服务能力。二灰碎石半刚性基层由于强度高、刚度大等优点，在公路工程中得到了广泛的应用，因此在公路改扩建工程中，产生大量的二灰碎石废料。我国二灰碎石废料除了小部分被利用外，绝大部分未经处理、作为建筑垃圾直接运往远郊堆放或填埋，这不仅消耗了大量的土地资源以及高昂的处理费用，而且其淋滤液会污染周围土体和地下水，造成严重的环境问题。[0003]另一方面，二灰碎石废料中的砂石是工程中的主要建筑材料，因此，二灰碎石废料并不是无用之物，而是放错地方的资源。目前，二灰碎石废料的再生利用途径单一、再生利用率低，其再生利用主要是形成再生级配碎石，掺入一定比例的胶结料，通过就地冷再生或厂拌冷再生的方式制备混合料，用作路面结构半刚性基层或底基层。然而，这种再生利用的设计往往采用经验方法，得到的混合料强度较低，只能作为低等级公路的基层或底基层。另外二灰碎石废料再生骨料具有表面包裹有砂浆，砂浆中石灰和粉煤灰含量较高，但现有的再生利用对此特点并未加以充分利用。
发明内容
[0004]发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种缓解资源的紧缺、强度更高、提高再生利用率、节约工程造价的二灰碎石废料再生利用的方法。[0005]技术方案：本发明所述的一种二灰碎石废料再生利用的方法，包含以下步骤：[0006](1)筛分二灰碎石废料与天然骨料，合成所需级配；[0007](2)二灰碎石废料再生粗骨料浸水24～28h后，风干表面自由水，得饱和面干二灰碎石废料再生骨料；[0008](3)称取3.9～7.8份二灰碎石废再生粗骨料、5.2～9.1份天然骨料和6.5～7.5份中砂，混合均匀；[0009](4)称取0.5～0.7份水，倒入拌和容器中与步骤(3)所得物，拌和50～60s；[0010](5)向步骤(4)所得的拌和料中加入2.8～3.6份水泥，拌和30～40s；[0011](6)倒入0.5～0.8份水，继续拌和110～120s，养护得到二灰碎石废料再生混凝土。[0012]其中，二灰碎石废料再生粗骨料吸水率为4.5％～5.5％，优选为4.66％，粒径为4.75mm～26.5mm，优选4.75mm筛孔累计筛余量为95％，9.5mm筛孔累计筛余量为87％，16mm筛孔累计筛余量为67％，19mm筛孔累计筛余量为37％，26.5mm筛孔累计筛余量为2％。天然骨料为粒径为4.75mm～26.5mm的青石子，优选为级配与二灰碎石废料再生粗骨料一致，即4.75mm筛孔累计筛余量为95％，9.5mm筛孔累计筛余量为87％，16mm筛孔累计筛余量为67％，19mm筛孔累计筛余量为37％，26.5mm筛孔累计筛余量为2％。
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说 明 书
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中砂为细度模数为2.3～3.0，表观密度为2600～2700kg/m3的中砂，含泥量、云母
含量、轻物质含量、有害物质含量均符合相关规范要求。水泥为标号P042.5的普通硅酸盐水泥，比表面积为340～360m2/kg。[0014]优选地，再生粗骨料重量份数为3.9份。再生粗骨料来源于公路基层铣刨料，采用反击式破碎设备对铣刨料破碎，采用筛分机对破碎料分选得到最终再生粗骨料。天然骨料重量份数优选为9.1份。水重量份数优选为1.1份，来源没有特殊限制，使用普通自来水即可。
[0015]上述再生粗骨料的制备方法包括以下步骤：[0016](1)收集工程中产生的二灰碎石废料，集中运往破碎加工场地；[0017](2)利用履带底盘移动反击式破碎设备对运来的二灰碎石废料材料进行头破，头破后的材料通过筛网进行筛分，分选不同粒径，同时筛除钢筋污染物；[0018](3)对头破过程中未通过所设最大尺寸筛网的材料进行二次破碎，直到二灰碎石废料全部符合粒径要求；[0019](4)将得到的不同粒径的二灰碎石废料按所需比例混合，得到所需颗粒级配的二灰碎石废料再生粗骨料。[0020]制备原理：废弃二灰碎石再生粗骨料中表面包裹石灰和粉煤灰含量较高，粉煤灰的活性成分可以与水泥发生水化反应生成Ca(OH)2，是产生水硬性的主要物质；石灰与水反应生成Ca(OH)2溶液，起到碱性激发剂作用，使得粉煤灰与水泥的水化反应更加快速、完全；粉煤灰与石灰的加入，与水泥发生反应，对再生混凝土的强度增长有利。考虑粗骨料级配、再生粗骨料取代率、水灰比和水泥掺入比的配合比因素，采用正交试验对配合比进行设计，提高配合比设计的精细化程度，兼顾混凝土的技术性能和经济效益，得到了强度较高的再生混凝土配合比方案。为进一步提高再生混凝土强度，将二灰碎石废料骨料制成饱和面干状态，对二灰碎石废料再生骨料进行强化。经过强化的再生骨料，含泥量低于天然骨料，可以显著降低再生骨料对拌和用水的吸收，有效强化再生骨料混凝土内部界面强度，有益于再生混凝土强度的增长。在此基础上，使用特定的拌和程序，将水分成两阶段加入，第一阶段加入一半水进行混合，使再生骨料表面裹上一层薄的水泥浆，水泥浆渗透到多孔的砂浆中填充其裂缝和空隙，使得再生骨料表面砂浆中石灰和粉煤灰参与反应，并提高再生骨料的密实度；在第二阶段加入剩余水完成搅拌过程，最终得到了强度达C50的二灰碎石废料再生混凝土。
[0021]有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：[0022]1、所制得的二灰碎石废料再生混凝土，强度可以达到C50，满足大部分混凝土构件的强度需求，突破了原有二灰碎石废料形成的再生混凝土强度低的应用限制，大大拓宽了二灰碎石废料的利用途径；[0023]2、以二灰碎石废料再生粗骨料为再生混凝土的主要原材料，提高了二灰碎石废料再生利用率，节约工程造价，同时解决了固体废弃运输过程中扬尘抛灰、无序堆放占用场地等一系列环保问题；[0024]3、以二灰碎石废料再生粗骨料代替天然骨料，有效减少了建筑工程中天然骨料的使用量，缓解了当前碎石自然资源短缺的现状，降低了开采天然石料带来的环境污染风险；[0025]4、二灰碎石原材料易得，再生利用方法简单，无需专用机械，可操作性强，易于推
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说 明 书
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广。
附图说明
[0026]图1是本发明的工艺流程图；
[0027]图2是本发明再生粗骨料及天然骨料的最优选级配曲线图。
具体实施方式
[0028]下列实例中，所用天然骨料均为广泛用于路面铺设工程中的青石子，俗称“瓜子片”，且与同配方中的再生粗骨料级配保持一致。所用砂均为中砂，细度模数为2.3～3.0，表观密度为2600～2700kg/m3，含泥量、云母含量、轻物质含量、有害物质含量均符合相关规范要求。所用水泥均为盘固水泥集团生产的标号P042.4普通硅酸盐水泥，比表面积为350m2/kg。
[0029]实施例1
[0030]按照以下工艺生产二灰碎石废料再生粗骨料：[0031](1)收集工程中产生的二灰碎石废料，集中运往破碎加工场地；[0032](2)利用履带底盘移动反击式破碎设备对运来的二灰碎石废料材料进行头破，头破后的材料通过筛网进行筛分，分选不同粒径，同时筛除可能含有的钢筋及其他污染物；[0033](3)对头破过程中未通过所设最大尺寸筛网的材料进行二次破碎，直到二灰碎石废料全部符合粒径要求；[0034](4)将不同粒径的二灰碎石废料按照一定比例混合，得到所需颗粒级配的二灰碎石废料再生粗骨料。其具体颗粒级配见下表：[0035]表1二灰碎石废料再生粗骨料级配
[0036]
方孔筛尺寸(mm)
累积筛余(以质量计)(％)2.36984.75959.5871667193726.5231.50
[0037][0038][0039]
如图1，按照以下步骤对原材料进行拌和：(1)筛分天然骨料，调配成与二灰碎石废料再生粗骨料相同级配；(2)二灰碎石废料再生粗骨料浸水24h后，风干表面自由水，得饱和面干二灰碎石(3)称取4.0份上述二灰碎石废料再生粗骨料、9.0份天然骨料和7.0份中砂均匀混
废料；
[0040]
合60s；
[0041]
(4)称取0.5份水倒入拌和容器中，拌和60s；
[0042](5)向上述混合均匀的拌和料中加入3.0份水泥，拌和30s；[0043](6)倒入剩余0.5份水，继续拌和120s，即得新拌二灰碎石废料再生混凝土。[0044]通过成型、脱模、养护，制作基于二灰碎石废料的再生混凝土试件，测得试件28d龄期的抗压强度为51.41MPa。[0045]实施例2
[0046]按照实施例1的工艺生产二灰碎石废料再生粗骨料，得到所需颗粒级配的二灰碎石废料再生粗骨料，其具体颗粒级配见下表：[0047]表2二灰碎石废料再生粗骨料级配
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说 明 书
2.36100
4.75100
9.590
1670
1940
26.55
4/6页
方孔筛尺寸(mm)
累积筛余(以质量计)(％)31.5100
[0049][0050][0051]
按照以下步骤对原材料进行拌和：(1)筛分天然骨料，调配成与二灰碎石废料再生粗骨料相同级配；(2)二灰碎石废料再生粗骨料浸水24h后，风干表面自由水，得饱和面干二灰碎石(3)称取5.1份上述二灰碎石废料再生粗骨料、7.2份天然骨料和7.5份中砂均匀混
废料；
[0052]
合60s；
[0053]
(4)称取0.6份水倒入拌和容器中，拌和60s；
[0054](5)向上述混合均匀的拌和料中加入2.8份水泥，拌和30s；[0055](6)倒入剩余0.6份水，继续拌和120s，即得新拌二灰碎石废料再生混凝土。[0056]通过成型、脱模、养护，制作基于二灰碎石废料的再生混凝土试件，测得试件28d龄期的抗压强度为48.40MPa。[0057]实施例3
[0058]按照实施例1的工艺生产二灰碎石废料再生粗骨料，得到所需颗粒级配的二灰碎石废料再生粗骨料，其具体颗粒级配见下表：[0059]表3二灰碎石废料再生粗骨料级配
[0060]
方孔筛尺寸(mm)
累积筛余(以质量计)(％)2.36954.75909.5701650192526.5031.50
[0061][0062][0063]
按照以下步骤对原材料进行拌和：(1)筛分天然骨料，调配成与二灰碎石废料再生粗骨料相同级配；(2)二灰碎石废料再生粗骨料浸水24h后，风干表面自由水，得饱和面干二灰碎石(3)称取7.8份上述二灰碎石废料再生粗骨料、5.2份天然骨料和6.5份中砂均匀混
废料；
[0064]
合60s；
(4)称取0.7份水倒入拌和容器中，拌和60s；
[0066](5)向上述混合均匀的拌和料中加入3.6份水泥，拌和30s；[0067](6)倒入剩余0.7份水，继续拌和120s，即得新拌二灰碎石废料再生混凝土。[0068]通过成型、脱模、养护，制作基于二灰碎石废料的再生混凝土试件，测得试件28d龄期的抗压强度为46.02MPa。[0069]实施例4
[0070]按照实施例1的工艺生产二灰碎石废料再生粗骨料，得到所需颗粒级配的二灰碎石废料再生粗骨料，其具体颗粒级配见上表3。[0071]按照以下步骤对原材料进行拌和：[0072](1)筛分天然骨料，调配成与二灰碎石废料再生粗骨料相同级配；[0073](2)二灰碎石废料再生粗骨料浸水24h后，风干表面自由水，得饱和面干二灰碎石废料再生骨料；[0074](3)称取3.9份二灰碎石废料再生粗骨料、5.2份天然骨料和6.5份中砂，混合均匀；[0075](4)称取0.5份水，倒入拌和容器中与步骤(3)所得物，拌和；
[0065]
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说 明 书
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(5)向步骤(4)所得的拌和料中加入2.8份水泥，拌和；
[0077](6)倒入0.5份水，继续拌和，即得新拌二灰碎石废料再生混凝土。[0078]通过成型、脱模、养护，制作基于二灰碎石废料的再生混凝土试件，测得试件28d龄期的抗压强度为49.32MPa。[0079]实施例5
[0080]按照实施例1的工艺生产二灰碎石废料再生粗骨料，得到所需颗粒级配的二灰碎石废料再生粗骨料，其具体颗粒级配见上表3。[0081]按照以下步骤对原材料进行拌和：[0082](1)筛分天然骨料，调配成与二灰碎石废料再生粗骨料相同级配；[0083](2)二灰碎石废料再生粗骨料浸水28h后，风干表面自由水，得饱和面干二灰碎石废料再生骨料；[0084](3)称取7.8份二灰碎石废料再生粗骨料、9.1份天然骨料和7.5份中砂，混合均匀；[0085](4)称取0.7份水，倒入拌和容器中与步骤(3)所得物，拌和；[0086](5)向步骤(4)所得的拌和料中加入3.6份水泥，拌和；[0087](6)倒入0.8份水，继续拌和，即得新拌二灰碎石废料再生混凝土。[0088]通过成型、脱模、养护，制作基于二灰碎石废料的再生混凝土试件，测得试件28d龄期的抗压强度为47.86MPa。[0089]对比例1
[0090]按照实施例1的工艺生产二灰碎石废料再生粗骨料，得到与实施例1颗粒级配相同的二灰碎石废料再生粗骨料。
[0091]按照以下步骤对原材料进行拌和：[0092](1)筛分天然骨料，调配成与二灰碎石废料再生粗骨料相同级配；[0093](2)称取4.0份上述二灰碎石废料再生粗骨料、9.0份天然骨料和7.0份中砂均匀混合60s；[0094](4)称取0.5份水倒入拌和容器中，拌和60s；[0095](5)向上述混合均匀的拌和料中加入3.0份水泥，拌和30s；[0096](6)倒入剩余0.5份水，继续拌和120s，养护即得另一种新拌二灰碎石废料再生混凝土。
[0097]通过成型、脱模、养护，制作基于二灰碎石废料的再生混凝土试件，测得试件28d龄期的抗压强度为34.16MPa。将对比例1与实施例1分别制得的再生混凝土抗压强度进行对比，可以得出，将二灰碎石废料骨料制成饱和面干状态，对二灰碎石废料再生骨料进行强化，能够明显提高再生混凝土强度。[0098]对比例2
[0099]按照实施例1的工艺生产二灰碎石废料再生粗骨料，得到与实施例2颗粒级配相同的二灰碎石废料再生粗骨料。
[0100]按照以下步骤对原材料进行拌和：[0101](1)筛分天然骨料，调配成与二灰碎石废料再生粗骨料相同级配；[0102](2)二灰碎石废料再生粗骨料浸水24h后，风干表面自由水，得饱和面干二灰碎石废料
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(3)称取5.1份上述二灰碎石废料再生粗骨料、7.2份天然骨料、7.5份中砂、2.8份
水泥、1.2份水倒入拌和容器中，拌270s，即得另一种二灰碎石废料再生混凝土。[0104]通过成型、脱模、养护，制作基于二灰碎石废料的再生混凝土试件，测得试件28d龄期的抗压强度为37.24MPa。将对比例2与实施例2分别制得的再生混凝土抗压强度进行对比，可以得出，使用本发明所述拌合工艺，能够明显提高再生混凝土强度。[0105]对比例3
[0106]按照实施例1的工艺生产废弃混凝土再生粗骨料，得到与实施例3颗粒级配相同的废弃混凝土再生粗骨料。
[0107]按照以下步骤对原材料进行拌和：[0108](1)筛分天然骨料，调配成与废弃混凝土再生粗骨料相同级配；[0109](2)废弃混凝土再生粗骨料浸水24h后，风干表面自由水，得饱和面干废弃混凝土再生粗骨料；[0110](3)称取7.8份上述废弃混凝土再生粗骨料、5.2份天然骨料和6.5份中砂均匀混合60s；[0111](4)称取0.7份水倒入拌和容器中，拌和60s；[0112](5)向上述混合均匀的拌和料中加入3.6份水泥，拌和30s；[0113](6)倒入剩余0.7份水，继续拌和120s，，即得新拌废弃混凝土再生混凝土。[0114]通过成型、脱模、养护，制作基于废弃混凝土再生粗骨料的再生混凝土试件，测得试件28d龄期的抗压强度为31.26MPa。将对比例3与实施例3分别制得的再生混凝土抗压强度进行对比，可以得出，使用废弃二灰碎石制得的再生粗骨料，能够明显提高再生混凝土强度。
[0115]通过实施例1、实施例2、实施例3和对比例1、对比例2、对比例3的比较可知，本发明使用的骨料强化技术使得再生混凝土强度提高了47.7％；使用的拌合工艺使得再生混凝土强度提高了30.0％；使用的二灰碎石再生粗骨料使得再生混凝土强度提高了54.8％。具有强度较高、原料易得的优点，有利于推广使用。[0116]如图2，级配曲线上限对应实施例2中级配，级配曲线下限对应实施例3中级配，合成曲线对应实施例1中级配。从上述实施例可以看出，本发明提出的最佳级配，使得再生混凝土抗压强度达到最高。
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说 明 书 附 图
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图1
图2
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