CN113788641B - 一种抗水损的再生骨料沥青混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗水损的再生骨料沥青混凝土及其制备方法。首先利用三乙烯四胺对回收的废弃PET制品进行改性，干燥、粉碎后得到改性PET；接着将改性PET与处于熔融态的沥青混合，得到PET改性沥青；最后按照一定的级配和油石比将再生粗骨料、天然细骨料、天然矿粉与PET改性沥青高温拌和，得到抗水损性能优异的再生骨料沥青混凝土。本发明不仅实现了废弃混凝土骨料、废弃PET塑料的回收利用、缓解了环境污染问题，而且大幅降低了再生骨料沥青混凝土路面受雨水‑荷载破坏的风险，整个过程具有工艺简单、易工业化操作、资源利用率高等优点。

Description

一种抗水损的再生骨料沥青混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及沥青混凝土材料技术领域，具体涉及一种抗水损的再生骨料沥青混凝土及其制备方法。
背景技术
随着城市经济的发展，沥青路面越来越多地应用于公路建设中。在沥青路面的铺筑过程中需要大量消耗不可再生的天然石料，导致本就稀缺的矿物资源变得更加紧缺。因此，寻求一种可替代的再生资源对于沥青路面的可持续发展具有重要的工程意义。
我国建筑垃圾产量高、利用率低，如何有效处理已成为重要的社会课题。对于建筑垃圾的处理，主要集中在对其中的废弃混凝土进行再生利用，目前废弃混凝土破碎料已作为再生骨料，应用于混凝土构件、砖块、路基等方面，但是作为沥青混凝土骨料的应用仍然较少。这是因为与天然骨料相比，再生骨料表面裹附着大量砂浆，具有高压碎值、高吸水率以及高孔隙率等特点，应用于沥青路面中易发生因沥青-再生骨料界面粘结力弱导致的剥离现象，特别是在浸水环境下。
PET饮料瓶作为生活中常见的一次性塑料制品，回收再利用的比率相对较少，目前主要以焚烧、填埋等方式进行简单处理，不仅浪费了资源而且造成了极不友好的生态环境污染。检索发现，中国专利CN113233825A开发了一种废旧PET塑料的利用方法，将收集到的废旧塑料清洗、破碎、烘干、熔融挤出造粒，然后加入到再生混凝土中，最终解决了再生混凝土的抗渗性问题。然而该技术不涉及沥青混凝土，能否解决再生骨料沥青混凝土的抗水损问题不得而知。
同样为解决PET塑料制品的再生利用问题，香港理工大学冷真教授课题组的一项研究成果(Leng Z,Padhan R K,Sreeram A.Production of a sustainable pavingmaterial through chemical recycling of waste PET into crumb rubber modifiedasphalt[J].Journal of Cleaner Production,2018,180(APR.10):682-688)表明，利用胺化法处理后的废弃PET，经纯化后的胺解产物可作为沥青功能性添加剂，有助于增强沥青与天然骨料之间的粘结性，降低沥青混合料的水敏感性，延长沥青路面的服役寿命。但该成果不涉及再生骨料沥青混凝土及其抗水损问题，如何解决这一问题具有十分现实的工程意义。
发明内容
本发明的目的在于解决现有建筑垃圾、废旧塑料回收利用不充分及再生骨料沥青混凝土抗水损性较差等问题，通过对废旧PET塑料进行胺化改性并将其作为再生骨料沥青混凝土的添加剂，利用废弃PET的胺解产物增强了再生骨料与沥青之间的粘结力，提高了再生骨料沥青混凝土的抗水损能力。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种抗水损的再生骨料沥青混凝土的制备方法，包括以下步骤：(a)利用三乙烯四胺对回收的废弃PET制品进行改性，得到改性PET；(b)将改性PET与熔融沥青混合，得到PET改性沥青；(c)将包括再生粗骨料、天然细骨料、天然矿粉在内的原料与PET改性沥青拌和，得到抗水损的再生骨料沥青混凝土。
进一步的，步骤(a)具体操作如下：将三乙烯四胺与废弃PET制品混合进行胺解，所得混合物经水洗、烘干、破碎处理，得到粒径不超过0.3mm的改性PET。
进一步的，步骤(b)中改性PET的加入量相当于沥青质量的1％-3％。
进一步的，步骤(b)中选用的沥青为70#基质沥青，将其加热至150-160℃熔融。
进一步的，步骤(c)中再生粗骨料、天然细骨料、天然矿粉的加入量分别相当于PET改性沥青质量的7-8倍、9-10倍、0.5-1倍。
进一步的，步骤(c)所述再生粗骨料具体为废弃混凝土破碎而成的连续级配粗集料，其粒径为4.75mm-16mm。
进一步的，步骤(c)所述天然细骨料具体为石灰岩碎石破碎而成的连续级配细集料，其粒径为0.075mm-4.75mm。
进一步的，步骤(c)所述天然矿粉具体为石灰岩碎石经破碎、研磨、筛分得到的矿粉，其粒径不超过0.075mm。
进一步的，步骤(c)具体操作如下：首先将集料置于160-170℃下干燥至少2h，然后与熔融的PET改性沥青、矿粉于150-160℃下拌和即可。
本发明的另一目的在于提供一种按照上述方法制备得到的抗水损再生骨料沥青混凝土。
本发明将级配天然粗骨料全部替换为再生粗骨料，充分利用了废弃混凝土骨料，减少了不可再生的天然骨料消耗，实现了建筑资源再利用与环境保护双赢的局面。利用废弃PET的胺解产物对沥青进行改性，增强了再生骨料与沥青之间的粘结力，提高了浸水环境下再生骨料沥青混凝土的抗剥落性，基本解决了再生骨料沥青混凝土抗水损害能力差的问题，拓展了再生骨料沥青混凝土的应用范围。本发明技术的推广实施不仅能大量回收利用废弃混凝土骨料和废弃PET塑料进而缓解环境污染问题，而且大幅降低了再生骨料沥青混凝土路面受雨水-荷载破坏的风险，延长了路面使用寿命。本发明还具有工艺简单、易工业化操作、资源利用率高等优点，具有十分显著的经济、环境和社会效益。
附图说明
图1为本发明矿料的级配曲线。
具体实施方式
为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例及附图进行进一步说明。
本发明实施例及对比例中使用的各个原料相关信息如下：
沥青：70#基质沥青，软化点为47.2℃，25℃针入度为67dmm，15℃延度大于100cm，135℃布氏旋转粘度为0.47Pa·s。
再生粗骨料：湖北惠迪再生资源开发利用有限公司生产的再生骨料，粒径为4.75mm-16mm，表观密度为2.74g·cm-3，压碎值为18.6％，吸水率为0.88％。再生粗骨料拌和前需在160-170℃下干燥至少2h。
天然细骨料：连续级配的天然石灰岩细骨料，粒径为0.075mm-4.75mm，表观密度为2.69g·cm-3，坚固性为2.2％，砂当量为78.4％。天然细骨料拌和前需在160-170℃下干燥至少2h。
矿粉：由天然石灰岩破碎、研磨而成，粒径为不超过0.075mm，表观密度为2.76g·cm-3，亲水系数为0.66，无团粒结块。
改性PET添加剂：按照《Production of a sustainable paving materialthrough chemical recycling of waste PET into crumb rubber modifified asphalt》中的方法，将回收的废弃PET塑料经胺化、干燥、磨粉处理后得到的细粉，粒径为不超过0.3mm。
图1为实施例及对比例的级配曲线图，体现了粗、细骨料中各个粒组的相对含量，更直观的反应了实施例及对比例的级配组成。
实施例1
将70#基质沥青在150℃下加热至熔融状态，再加入相当于沥青质量1％的改性PET添加剂，搅拌5min后得到PET改性沥青。
定量称取52g PET改性沥青、397.28g再生粗骨料、510.64g天然细骨料和38g天然矿粉。按照设计的配合比，将保持加热熔融流动的PET改性沥青与集料、矿粉在150℃下进行拌合，得到抗水损再生骨料沥青混凝土。
为充分了解该再生骨料沥青混凝土的性能，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJE20-2011)对1wt％PET改性沥青及其混合料进行了物理性能测试。
1wt％PET改性沥青的软化点为47.4℃，25℃针入度为65dmm，135℃布氏旋转粘度为0.49Pa·s。再生骨料沥青混凝土的浸水马歇尔稳定度残留比为92.4％，冻融劈裂强度比为84.8％，劈裂抗拉强度为0.92MPa，完全符合《公路沥青路面施工技术规范》的相关要求。由此可以看出，掺加1wt％改性PET添加剂的再生骨料沥青混凝土具有较好的抗水损害和抵抗力破坏的能力。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于：再生骨料沥青混凝土中，改性PET添加剂的加入量为2wt％。
在同样的测试条件下测得，2wt％PET改性沥青的软化点为47.8℃，25℃针入度为65dmm，135℃布氏旋转粘度为0.51Pa·s。再生骨料沥青混凝土的浸水马歇尔稳定度残留比为93.6％，冻融劈裂强度比为85.7％，劈裂抗拉强度为1.16MPa，完全符合《公路沥青路面施工技术规范》的相关要求。由此可以看出，与实施例1相比，在一定范围内增加改性PET添加剂的掺量不会明显改善再生骨料沥青混凝土的抗水损害能力，但对其抵抗力破坏的能力有所提升。
实施例3
实施例3与实施例1基本相同，不同之处在于：再生骨料沥青混凝土中，改性PET添加剂的加入量为3wt％。
在同样的测试条件下测得，3wt％PET改性沥青的软化点为48.1℃，25℃针入度为63dmm，135℃布氏旋转粘度为0.55Pa·s。再生骨料沥青混凝土的浸水马歇尔稳定度残留比为94.0％，冻融劈裂强度比为86.9％，劈裂抗拉强度为1.33MPa，完全符合《公路沥青路面施工技术规范》的相关要求。由此可以看出，与实施例2相比，继续增加改性PET添加剂的掺量不会继续显著改善再生骨料沥青混凝土的抗水损害能力，但对其抵抗力破坏的能力仍然有所提升。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于：再生骨料沥青混凝土中，改性PET添加剂的加入量为0(即没有加入改性PET添加剂)。
在同样的测试条件下测得该再生骨料沥青混凝土的浸水马歇尔稳定度残留比为76.1％，冻融劈裂强度比为71.4％，劈裂抗拉强度为0.67MPa，未达到《公路沥青路面施工技术规范》的相关要求。由此可以看出，直接采用未改性的基质沥青制备得到的再生骨料沥青混凝土，其浸水马歇尔稳定度残留比、冻融劈裂强度比以及劈裂抗拉强度均较低，达不到路用技术标准。为进一步说明问题，各个实施例及对比例的实验结果如表1所述。
表1不同再生骨料沥青混凝土的测试结果对比表
Figure BDA0003269364410000061
由上表可知，对比例1中未掺加改性PET添加剂的再生骨料沥青混凝土的浸水马歇尔强度比、冻融劈裂强度比分别为76.1％和71.4％，分别低于80％和75％，不满足《公路沥青路面施工技术规范》中对沥青混凝土抗水损害的相关要求；而实施例1-3中掺入1％-3％的改性PET添加剂后，再生骨料沥青混凝土的浸水马歇尔强度比、冻融劈裂强度比显著提高，表明改性PET添加剂确实具有显著改善再生骨料沥青混凝土抗水损害的能力。此外通过实施例1-3还可以得知，改性PET添加剂掺量的增加对再生骨料沥青混凝土的浸水马歇尔强度比、冻融劈裂强度比无进一步明显提升作用，但可以较为显著的提高其劈裂抗拉强度。因此，仅采用1％改性PET添加剂就能获得再生骨料沥青混凝土抗水损害能力显著提升效果，同时增强抵抗力破坏的能力，体现出了显著的经济效益和工程价值。

Claims (8)

1.一种抗水损的再生骨料沥青混凝土的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(a)将三乙烯四胺与回收的废弃PET制品混合进行胺解，所得混合物经水洗、烘干、破碎处理，得到粒径不超过0.3mm的改性PET；
(b)将改性PET与熔融沥青混合，得到PET改性沥青，其中改性PET的加入量相当于沥青质量的1％-3％；
(c)将再生粗骨料、天然细骨料置于160-170℃下干燥，然后与熔融的PET改性沥青、矿粉于150-160℃下拌和，得到抗水损的再生骨料沥青混凝土；所述再生粗骨料具体为废弃混凝土破碎而成的连续级配粗集料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(b)中选用的沥青为70#基质沥青，将其加热至150-160℃熔融。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(c)中再生粗骨料、天然细骨料、天然矿粉的加入量分别相当于PET改性沥青质量的7-8倍、9-10倍、0.5-1倍。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(c)所述再生粗骨料的粒径为4.75mm-16mm。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(c)所述天然细骨料具体为石灰岩碎石破碎而成的连续级配细集料，其粒径为0.075mm-4.75mm。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(c)所述天然矿粉具体为石灰岩碎石经破碎、研磨、筛分得到的矿粉，其粒径不超过0.075mm。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(c)干燥时间为至少2h。
8.一种抗水损的再生骨料沥青混凝土，其特征在于：该再生骨料沥青混凝土按照权利要求1-7中任意一种方法制备得到。
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