一种再生混凝土新型面层及其施工方法

本发明涉及一种再生混凝土新型面层及其施工方法，属于交通工程领域。

背景技术：

1、将建筑垃圾破碎筛分制备再生骨料不仅可以减少建筑垃圾排放带来的环境压力，还可以充分利用资源并促进资源可持续发展。然而，建筑垃圾在破碎过程中容易造成骨料损伤和骨料内部孔隙率增加，使所形成的再生混凝土面层因强度和耐久性不足限制了应用范围。道路、机场、堆场等工程的面层面临深度低碳和绿色转型，目前面层材料主要为水泥混凝土和沥青混凝土，水泥生产带来巨大碳排放量，沥青价格偏高且具有中等毒性并危害大气环境，碎石和砂砾的开采破坏了大量自然资源。因此，开发一种低碳、环保、经济的新型面层对我国道路、机场和堆场等基础设施建设的意义重大。

2、约束固化技术采用含有膨胀组分固化剂与约束体有机结合通过约束条件下膨胀组分水化产生体积膨胀减小加固体孔隙量从而实现加固体强度提高的技术效果，具体见专利《固化土桩的施工方法》(专利号：zl201610183422.6)和《污染土的处理方法》(专利号：201610184702.9)。需要特别指出的是，该技术使用硅酸盐系列水泥作为主要胶结材料产生大量碳排放，而且约束体的侧向约束持续整个服役周期。此外，该技术在固化剂中胶结组分和膨胀组分含量不变条件下，不同水化速率胶结组分和不同水化速率膨胀组分的组合所形成加固体的强度有显著差异，因此该技术无法直接应用于道路面层。

3、专利《一种再生混凝土制备方法》(专利号：202610815058.4)公开了一种利用改性再生骨料制备的再生混凝土及其制备方法，专利《一种碳酸钠-电石渣复合凝胶剂改良再生混凝土及其制备方法》(专利号：202610802262.2)公开了一种将再生骨料置于碳酸钠溶液中浸泡并进行电解活化处理得到改良再生骨料并利用改良再生骨料制备的再生混凝土及其制备方法，专利《一种绿色低碳再生混凝土及其制备方法》(专利号：202610840461.2)公开了一种利用改性再生骨料制备的绿色低碳再生混凝土及其制备方法，专利《用废混凝土制备再生筑路材料及其制备方法和施工方法》(专利号：200810058262.8)公开了一种使用透层沥青制备的再生筑路材料及其制备方法和施工方法，专利《一种建筑垃圾再生利用的自修复型半刚性基层材料》(专利号：202010865123.7)公开了一种使用自修复型细骨料制备的自修复型半刚性基层材料，然而，这些专利仍使用混凝土的传统制备方法，而且均使用硅酸盐水泥作为胶结材料。专利《一种约束卤水再生混凝土新型桩及其施工方法》(专利号202610998620.1)公开了一种通过利用膨胀组分与卤水中氯离子、硫酸根离子生成膨胀水化物制备的约束卤水再生混凝土新型桩及其施工方法，以解决卤水中含量盐离子的侵蚀问题，这与本发明通过使用膨胀组分自身水化生产膨胀水化物制备的再生混凝土新型面层有本质区别。

4、基于此，本发明提出一种再生混凝土新型面层及其施工方法。

技术实现思路

1、本发明提出一种再生混凝土新型面层及其施工方法，旨在实现建筑垃圾和工业废渣的高效率资源化再利用，为我国道路、机场、堆场等基础设施提供一种低碳、环保、经济的新型面层。

2、本发明提出一种再生混凝土新型面层及其施工方法，具体为：再生混凝土新型面层的制备材料包括筋材、再生骨料、固化剂、水、外加剂；筋材包括不限于钢筋、竹筋、纤维以及不同类筋材组合，纤维包括不限于钢纤维、木质素纤维、合成纤维和无机纤维，合成纤维包括不限于聚丙烯腈、聚丙烯、聚酰胺、聚乙烯醇，无机纤维包括不限于玄武岩纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维，筋材配筋率为0.05-1.0%；再生骨料来源于建筑垃圾破碎筛分得到的连续级配的再生粗骨料和再生细骨料，再生粗骨料粒径范围为4.75~20mm，再生细骨料粒径范围为0.075~4.75mm，建筑垃圾包括不限于废弃混凝土、废弃烧结砖、废弃瓷砖、废弃花岗岩、废弃砂石等；固化剂由胶结组分和膨胀组分组成，使用水化速率缓慢类型材料作为固化剂的胶结组分，同时使用快速水化膨胀类型材料作为固化剂的膨胀组分，膨胀组分全部水化完成时胶结组分水化完成率≤25%，胶结组分和膨胀组分在固化剂中所占质量比例分别为30~80：20~70；固化剂的胶结组分水化速率测试采用公知方法，包括不限于通过测试由胶结组分制备试件的无侧限抗压强度随养护龄期逐渐增长的变化曲线来定量标定；固化剂的膨胀组分水化速率测试采用公知方法，包括不限于通过测试由膨胀组分制备试件的体积随养护龄期逐渐增长的变化曲线来定量标定；外加剂包括不限于减水剂、泵送剂、引气剂、防水剂、阻锈剂、防冻剂等；固化剂、再生粗骨料、再生细骨料、水、外加剂的质量比例范围为1~8.2：3~8.8：2~6.8：0.3~4.0：0.1~0.6；将筋材、固化剂、再生粗骨料、再生细骨料、水、外加剂按比例拌合均匀摊铺并通过一定工艺成型后经初压、复压和终压完成碾压并在约束荷载下养护14天后去除约束得到再生混凝土新型面层；再生混凝土新型面层具有强度高和耐久性好且密实、平整、抗滑、耐磨、抗车辙、抗开裂、抗水损、低透水性的特征，可实现建筑垃圾的高效资源化再利用和面层低碳制备，显著节省面层的工程费用。

3、本发明所述筋材的类型为钢筋或竹筋时，对应的配筋率是指纵向筋材、横向筋材配筋率之和，对应的通过一定工艺成型是指将固化剂、再生粗骨料、再生细骨料、水、外加剂按比例拌合均匀铺平并将纵向筋材和横向筋材设置于铺层内并碾压密实；所述筋材的类型为纤维时，对应的配筋率是指纤维质量与制备材料总质量的比值，对应的通过一定工艺成型是指将纤维、固化剂、再生粗骨料、再生细骨料、水、外加剂按比例拌合均匀铺平并碾压密实；所述筋材为钢筋或竹筋与纤维的组合时，对应的配筋率是指纵向筋材、横向筋材配筋率之和加上纤维质量与制备材料总质量的比值，对应的通过一定工艺成型是指将纤维、固化剂、再生粗骨料、再生细骨料、水、外加剂按比例拌合均匀铺平并将纵向筋材和横向筋材设置于铺层内并碾压密实。

4、本发明所述胶结组分为水化速率缓慢类型材料，其水化产生的胶结水化物包括不限于水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硅铝酸钙等；所述胶结组分是由胶结材料和激发剂组成，胶结材料和激发剂在胶结组分中所占质量比例分别为75~100：0~25；所述胶结材料包括不限于矿渣、铜渣、钢渣、磷渣、粉煤灰、煤矸石、硅灰、赤泥、炉底灰、稻壳灰、煅烧灰、窑灰、固硫渣等的一种或多种组合；所述激发剂为碱激发剂，包括不限于生石灰、熟石灰、活性氧化镁、电石渣、氢氧化钠、水合硅酸钠等的一种或多种组合。

5、本发明所述膨胀组分为快速水化膨胀类型材料，其水化产生的膨胀水化物包括并不限于钙矾石、单硫型硫铝酸钙等；所述膨胀组分包括不限于由含铝废渣、碱性废渣、石膏类废渣或硫酸盐废渣等组成的混合物，当使用铝酸盐水泥、熟石灰、石膏的组合时三者的对应质量比例范围为9~12：6~8：24~30。

6、本发明所述的纵向筋材设置在面层顶面下1/3~1/2厚度范围内，横向筋材位于纵向筋材之下。

7、本发明所述的在约束荷载下养护是指对再生混凝土碾压完成后在其表面设置约束荷载，其方法包括不限于在碾压完成的再生混凝土表面铺设刚性板并通过在刚性板上表面覆盖等厚度土层或均匀堆载等方式。

8、本发明所述的碾压密实是指采用振动碾压机械对再生混凝土进行碾实，碾压速率范围为1-6km/h，并根据再生混凝土新型面层14天无侧限抗压强度设计值选择具体的碾压机械、碾压速率、碾压遍数和约束荷载值。

9、本发明所述胶结组分需根据胶结组分设计水化速率选择激发剂并通过预实验确定胶结组分中胶结材料和激发剂的具体配比值。

10、本发明所述膨胀组分需根据水化生成膨胀水化物的化学方程式，按照公知计算方法确定膨胀组分中各组成材料的具体配比值。

11、本发明所述固化剂的组成材料均为工业级，固化剂组成材料均为比表面积大于200m2/kg的粉体。

12、本发明所述水是指符合《生活饮用水卫生标准》(gb 5749-2022)的饮用水，采用非饮用水时应与饮用水进行对比试验。

13、本发明所述再生混凝土新型面层的应用范围包括不限于各级公路、城市道路、机场跑道、运动场地、大面积堆场等工程。

14、本发明所述再生混凝土新型面层的施工流程为：

15、首先，根据再生混凝土新型面层14天无侧限抗压强度设计值，确定筋材类型和配筋率，确定固化剂、再生粗骨料、再生细骨料、水、外加剂的质量比例，确定固化剂中胶结组分和膨胀组分的材料组成和配比，确定碾压机械、碾压速率、碾压遍数和约束荷载值；

16、其次，根据筋材类型选择对应的工艺，将筋材、固化剂、再生粗骨料、再生细骨料、水、外加剂按比例拌合均匀摊铺并通过对应的工艺成型后使用碾压机械按照设定碾压速率和碾压遍数经初压、复压和终压完成碾压，在碾压完成的再生混凝土表面设置约束荷载并在约束条件下养护14天后去除约束得到再生混凝土新型面层；

17、最后，测试再生混凝土新型面层的无侧限抗压强度，当设置纵向连续配筋时需检验裂缝平均宽度、裂缝平均间距和裂缝处筋材应力。

18、本发明的优点在于：本发明实现了再生骨料的高效率资源化再利用，使所得再生混凝土新型面层具有强度高和耐久性好且密实、平整、抗滑、耐磨、抗车辙、抗开裂、抗水损、低透水性的特征；实现利用工业废渣作为胶结材料完全替代硅酸盐系列水泥，使固化剂利用效率大幅度提高，助力解决我国堆填尾矿等固废的综合利用问题；实现了面层的低碳制备，节约了传统建筑材料消耗，减少了材料运输量，降低了工程成本，为我国道路、机场、堆场等基础设施提供一种低碳、环保、经济的新型面层。