一种建筑废弃垃圾再生集料颗粒复合强化方法
阅读说明：本技术 一种建筑废弃垃圾再生集料颗粒复合强化方法 (Composite strengthening method for building waste regenerated aggregate particles ) 是由 胡靖� 娄宁 戴文龙 钱振东 罗桑 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种建筑废弃垃圾再生集料颗粒复合强化方法,该方法选用成本低廉的材料作为强化剂,首先通过物理磨耗去除再生集料颗粒表面薄弱浮浆,其次采用纳米渗透型防水剂对再生集料颗粒表面进行预处理并养生,最后喷洒一定浓度的高弹性防水涂料。通过复合强化可有效封堵再生集料水泥砂浆的孔隙,显著改善再生集料颗粒的压碎值、粘附性与吸水率,其沥青混合料的力学性能接近甚至超过采用天然矿质集料的结构,具有成本低廉且效果好的优势。(The invention discloses a composite strengthening method for building waste regenerated aggregate particles, which selects a material with low cost as a strengthening agent, removes weak floating slurry on the surfaces of the regenerated aggregate particles through physical abrasion, pretreats the surfaces of the regenerated aggregate particles by adopting a nano permeable waterproofing agent, preserves the surfaces, and sprays high-elasticity waterproof coating with certain concentration. The composite reinforcement can effectively block the pores of the regenerated aggregate cement mortar, remarkably improve the crushing value, the adhesiveness and the water absorption of regenerated aggregate particles, has the mechanical property of the asphalt mixture close to or even surpass that of a structure adopting natural mineral aggregate, and has the advantages of low cost and good effect.)
技术领域
本发明涉及一种再生集料颗粒的复合强化技术,属于固废材料在道路结构中再生利用技术领域。
背景技术
目前，随着我国城市化进程水平的不断提高，建筑等基础设施的不断更新必将导致海量建筑废料的产生。建筑废料的不断增加、垃圾填埋场短缺以及处理方式的单一化，给社会带来了较为严重的生活环境污染问题。针对建筑废料，特别是废弃混凝土建筑废料的再利用，一方面能有效缓解填埋、堆砌等造成环境破坏的处理方式；另一方面也为交通建筑等基础设施提供了巨大的原材料来源。
从废弃混凝土建筑拆除破碎得到的再生集料是一种复合结构材料，主要由旧集料和裹附的水泥砂浆构成。由于再生集料裹附砂浆、表面众多微细裂纹和孔隙的存在使得其基本的物理机械特性与自身强度劣于天然矿物集料，如再生集料具有更低的密度，较高的吸水率、压碎值和磨耗值。目前，国内外多是针对再生集料改性强化分为两种类型：一类是通过机械研磨、高温加热、微波除浆的形式将砂浆颗粒移除；另一类是通过聚合物、水泥浆液、生物沉积的方式对其化学反应和封堵孔隙、裂纹进行强化再生集料。但多数改性处理方式由于工艺繁琐、价格高昂等因素制约不适用于实际应用。
发明内容
技术问题：本发明的目的是为了解决以上技术的不足提出一种建筑废弃垃圾再生集料颗粒复合强化方法，通过二次强化的方法有效降低再生集料颗粒裹附砂浆的孔隙率，从而提高沥青混合料的力学性能与耐久性能。
技术方案：为了实现目的，本发明通过以下技术方案得以实现：
一种建筑废弃垃圾再生集料颗粒复合强化方法，该方法采用复合强化的方式，分别利用物理磨耗、纳米渗透型防水剂封堵与高弹性防水涂料裹附的方式实现再生集料颗粒薄弱部位的强化。具体如下：
(1)将经过建筑废弃垃圾破碎后的再生集料颗粒过方孔筛保留2.35mm以上粒径的再生集料颗粒；
(2)将过筛后保留的再生集料颗粒置于洛杉矶磨耗试验机中，无需放入钢球，经过滚筒运行后重新将磨耗后的再生集料颗粒过2.35mm粒径的方孔筛；
(3)将步骤（2）所得的再生集料颗粒表面喷洒纳米渗透型防水剂对颗粒体进行裹附，对处理后的再生集料颗粒进行干燥，得到预处理后的再生集料；
(4)预处理后的再生集料颗粒喷洒高弹性防水涂料，处理后的再生集料颗粒干燥后得到复合强化再生集料颗粒。
根据权利要求1所述的建筑废弃垃圾再生集料颗粒复合强化方法，其特征在于，步骤（1）和步骤（2）中过筛均采用方孔筛。
进一步地，所述的建筑废弃垃圾再生集料颗粒复合强化方法，步骤（1）中再生集料颗粒为水泥混凝土建筑废弃垃圾经过破碎后制备而成，其主要包括旧矿质颗粒及其裹付水泥砂浆，通过方孔筛保 留粒径范围2.35mm~19mm的再生集料颗粒。
进一步地，所述的建筑废弃垃圾再生集料颗粒复合强化方法，步骤（2）中再生集料颗粒按照20kg/份的质量置于洛杉矶磨耗试验机中，无需放置钢球，控制转速为100r/min，运行5分钟后将再生集料颗粒重新过筛，通过颗粒体相互碰撞摩擦清除颗粒体表面薄弱水泥浮浆，保留2.35mm~19mm粒径颗粒，水洗后置于室外进行干燥。
进一步地，所述的建筑废弃垃圾再生集料颗粒复合强化方法，步骤（3）中纳米渗透型防水剂为机硅类纳米渗透型防水剂，用量为再生集料颗粒质量的5-6%。
进一步地，所述的建筑废弃垃圾再生集料颗粒复合强化方法，步骤（4）中高弹性防水涂料为丙烯酸乳液高弹性防水涂料。
进一步地，所述的建筑废弃垃圾再生集料颗粒复合强化方法，步骤（4）中高弹性防水涂料的喷洒用量为再生集料颗粒质量的5-6%。
进一步地，所述的建筑废弃垃圾再生集料颗粒复合强化方法，步骤（4）中干燥的温度为60℃。
本发明方法步骤（3）对干燥后的再生集料颗粒喷洒有机硅类纳米渗透型防水剂开展预处理，封堵再生颗粒裹附砂浆的孔隙结构以降低吸水率，用量为再生集料颗粒质量的5-6%，裹附均匀后，将处理后再生集料颗粒置于室外条件下干燥5~7d；步骤（4）中将预处理后的再生集料颗粒喷洒丙烯酸乳液高弹性防水涂料，进一步降低再生颗粒吸水率，同时提高强度与沥青粘附性，用量为再生集料颗粒质量的6%，将处理后的再生集料颗粒置于60℃条件下干燥1~2h后制备得到复合强化再生集料颗粒。
以现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发提供的方法中通过喷洒纳米渗透型防水剂可对再生集料颗粒裹附水泥砂浆的多孔介质进行渗透、封堵，有效减少薄弱部位的孔隙率；
（2）本发提供的方法中通过喷洒高弹性防水涂料，在预强化的基础上进一步降低孔隙率，同时实现平整再生集料颗粒不同材料粗糙表面、提高材料抗压碎性、耐磨性与粘附性的效果，有效改善再生集料颗粒在沥青混合料中的受力特性；
（3）本发明所涉及的原材料成本低廉，所用纳米渗透型防水剂与高弹性防水涂料仅为再生集料颗粒质量的5%~6%，且制备工艺简单，有助于大规模实际生产。
附图说明
图1为原始再生集料颗粒裹附水泥砂浆；
图2为物理磨耗后原始再生集料颗粒裹附水泥砂浆；
图3为对比例1乳化沥青处理后再生集料颗粒裹附水泥砂浆；
图4为对比例2钠水玻璃处理后再生集料颗粒裹附水泥砂浆；
图5为实施例复合强化后再生集料颗粒裹附水泥砂浆，a为有机硅类纳米渗透型防水剂处理结果，b为丙烯酸乳液高弹性防水涂料处理结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述的一种建筑废弃垃圾再生集料颗粒符合强化方法做进一步说明。
以下实施例中均采用如下建筑废弃垃圾再生集料颗粒复合强化方法，包括如下步骤：
（1）选用水泥混凝土建筑废弃垃圾经过破碎后的颗粒产物作为再生集料颗粒，根据沥青混合料粗集料粒径划分标准，采用2.35mm与19mm方孔筛对再生集料颗粒进行初筛，清除粒径小于2.35mm、且大于19mm的再生集料颗粒；
（2）取经过初筛后的再生集料颗粒20000g/份放置于洛杉矶磨耗试验机中，无需放置钢球，通过转动过程中再生集料颗粒的相互碰撞、摩擦清除表面薄弱水泥浮浆，控制转速为100r/min，运行5分钟后将再生集料颗粒重新采用2.35mm、4.75mm、9.5mm、13.2mm、16mm与19mm尺寸的方孔筛进行筛分，获取不同粒径再生集料颗粒，水洗后放置于室外进行干燥；
（3）根据沥青混合料级配需求，称取要求粒径的再生集料颗粒20000g，同时利用喷壶量取有机硅类纳米渗透型防水剂1000-1200g，均匀喷洒于再生集料颗粒表面，喷洒过程中翻动再生集料颗粒以便于裹附均匀，将预处理后的再生集料颗粒至于室外条件下干燥5~7d；
（4）取预处理后的再生集料颗粒20000g，同样利用喷壶量取丙烯酸乳液高弹性防水涂料约1000-1200g，均匀喷洒于再生集料颗粒表面，喷洒过程中翻动再生集料颗粒以便于裹附均匀，将处理后的再生集料颗粒置于60℃烘箱中干燥1~2h，制备得到复合强化再生集料颗粒。
实施例
采用2.35mm与19mm方孔筛将水泥混凝土建筑废弃垃圾经过破碎制备的再生集料颗粒进行初步筛分，保留2.35mm~19mm范围内再生集料颗粒。
按照20000g/份用量取再生集料颗粒并至于洛杉矶磨耗试验机中，100r/min，运行5分钟后重新过筛，按照2.35mm、4.75mm、9.5mm、13.2mm、16mm与19mm粒径划分，水洗后干燥备用。
分别按照20000g/份称取再生集料颗粒，首先量取1000g有机硅类纳米渗透型防水剂并均匀喷洒于颗粒表面，待充分干燥后，量取1200g丙烯酸乳液高弹性防水涂料并均匀喷洒于颗粒表面，置于60℃烘箱中干燥1h，制备得到复合强化再生集料颗粒。
对比例1：
采用2.36mm与19mm方孔筛将水泥混凝土建筑废弃垃圾经过破碎制备的再生集料颗粒进行初步筛分，保留2.36mm~19mm范围内再生集料颗粒。
按照20000g/份用量取再生集料颗粒并至于洛杉矶磨耗试验机中，运行500r后重新过筛，按照2.36mm、4.75mm、9.5mm、13.2mm、16mm与19mm粒径划分，水洗后干燥备用。
按照20000g/份称取再生集料颗粒，按照乳化沥青：水=1:2制备强化液，将再生集料颗粒浸泡120min后，沥干置于室外干燥备用。
对比例2：
采用2.36mm与19mm方孔筛将水泥混凝土建筑废弃垃圾经过破碎制备的再生集料颗粒进行初步筛分，保留2.36mm~19mm范围内再生集料颗粒。
按照20000g/份用量取再生集料颗粒并至于洛杉矶磨耗试验机中，运行500r后重新过筛，按照2.36mm、4.75mm、9.5mm、13.2mm、16mm与19mm粒径划分，水洗后干燥备用。
按照20000g/份称取再生集料颗粒，按照钠水玻璃：水=1:1制备强化液，将再生集料颗粒浸泡12h后，置于100℃烘箱干燥备用。
实施例与对比例所强化的再生集料颗粒性能如表1所示。
表1 不同强化方式再生集料颗粒性能指标
强化方式
压碎值/%
吸水率/%
表观相对密度/g/cm<sup>3</sup>
粘附等级
实施例
15.87
1.03
2.71
5
对比例1
19.27
2.62
2.57
5
对比例2
21.40
4.12
2.65
3
原始再生集料
24.15
5.05
2.34
4
天然集料
14.67
0.94
2.75
5
由上述实施例与对比例的指标参数可以看出，本发明提出的复合强化方法能有效地提高再生集料颗粒的各项性能指标，经过强化后的数值接近天然集料，为固废材料的利用提供有效技术。
通过分析可知，本发明实施例首先采用有机硅类纳米渗透型防水剂进行再生集料颗粒强化处理，可有效地渗入附着水泥砂浆微小孔隙，并提高水泥砂浆相的粘附性能；其次，喷洒丙烯酸乳液高弹性防水涂料可显著减小再生集料颗粒、尤其是附着水泥砂浆表面的宏观粗糙度，降低由于尖锐棱角造成的粘附界面损伤。上述复合方式的实施，有效降低再生集料颗粒吸水率，提高了其抗压强度与粘附性。对比例1中采用常用的乳化沥青作为强化材料，其成本低廉，但破乳后在再生集料颗粒表面未能形成有效裹付，且存在制备沥青混凝土过程中由于高温拌合造成表面裹付乳化沥青流失等情况；对比例2中同样采用常见的钠水玻璃作为再生集料颗粒的强化材料，其干燥后与沥青粘附性差，并且各项性能指标提升不明显。
此外，为进一步说明本发明所述方法在再生集料颗粒强化方面的优势，利用扫描电镜分别观测了不同强化方式处理后的再生集料颗粒裹附水泥砂浆表观状况。
图1为原始再生集料颗粒裹附水泥砂浆，可以看出原始附着水泥砂浆存在较多孔隙，且表面较为粗糙，对粘附性造成不利影响。
图2为物理磨耗后原始再生集料颗粒裹附水泥砂浆，可以看出通过物理磨耗后的附着水泥砂浆表面粗糙度有效降低，但仍然存在较多微孔隙。
图3为对比例1，乳化沥青处理后再生集料颗粒裹附水泥砂浆，可以看出乳化沥青能较好地裹付在附着水泥砂浆表面，但在高温拌合中容易流失。
图4为对比例2，钠水玻璃处理后再生集料颗粒裹附水泥砂浆，可以看出钠水玻璃材料形成薄膜存在较多裂缝，导致未能有效降低吸水率。
图5为实施例复合强化后再生集料颗粒裹附水泥砂浆，可以看出图a为有机硅类纳米渗透型防水剂处理后，均匀裹付在附着水泥砂浆表面，有效渗入微孔隙进行封堵；图b为丙烯酸乳液高弹性防水涂料处理后，有效降低表面粗糙度，减少棱角引起的应力集中。
可见本发明提出的符合方法，通过二次强化技术有效低实现孔隙封堵与强化，相对比其他技术具有优势。
以上举例的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，在本发明权利要求保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，均应认为是本发明的保护范围。
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