一种含有建筑垃圾集料的路面修复混凝土的制作方法

1.本技术涉及混凝土的领域，更具体地说，它涉及一种含有建筑垃圾集料的路面修复混凝土。


背景技术：

2.建筑垃圾是指各类建筑物、构筑物、网管等建设、铺设或拆除、修缮过程中产生的废弃料，一般包括碎石块、砖瓦碎块、废旧沥青、废砖渣、废金属等。
3.相关技术中，申请号为201410332590.8的中国申请文件公开了一种由建筑垃圾生产的基于硫铝酸盐水泥的快凝快硬型流动性回填材料，包括建筑垃圾细料、快硬硫铝酸盐水泥、外加剂、掺合料与水，掺合料为矿渣粉、粉煤灰、磷渣粉、硅灰或粘性土之一；(1)大于4.75mm的颗粒含量小于10％；(2)有机物含量小于1％；(3)小于0.075mm的颗粒含量大于8％；(4)建筑垃圾细料不含有重金属。
4.针对上述中的相关技术，发明人认为直接将快硬硫铝酸盐水泥与建筑垃圾混合后进行破损路面回填时，由于硫铝酸盐水泥凝固后会发生倒缩，因此会导致回填后，破损路面回填处质量不佳的问题。


技术实现要素：

5.为了改善硫铝酸盐水泥凝固后发生倒缩，影响破损路面回填处回填质量的问题，本技术提供一种含有建筑垃圾集料的路面修复混凝土。
6.第一方面，本技术提供的一种含有建筑垃圾集料的路面修复混凝土，采用如下的技术方案：一种含有建筑垃圾集料的路面修复混凝土，由包括以下重量份的原料制得：纳米金属碳酸盐0.6～1份，铝酸盐水泥90～110份，再生沥青9～16份，金属废渣1～3份，碎石300～400份，磨细砖渣80～100份，水45～55份。
7.通过采用上述技术方案，由于粒径越小的纳米金属碳酸盐，拥有越大的比表面积，因此粒径较小的纳米金属碳酸盐与再生沥青混合均匀后，再生沥青中的化学组分会在纳米金属碳酸盐表面重新分布，并形成一层扩散溶剂膜，纳米金属碳酸盐颗粒之间是由扩散溶剂膜所联结，这样形成的再生沥青具有更大的扩散溶剂膜接触面积和更大的粘度，因而可以获得更大的粘聚力。所以，在再生沥青中掺入纳米金属碳酸盐，有利于提高再生沥青的粘聚力与强度。
8.铝酸盐水泥的水化产物随着温度的升高会逐渐依次生成cah10、cah8、cah6，且该反应为不可逆反应；其中，cah10和cah8属于六方晶型，但cah6属于立方晶型，六方晶型比立方晶型具有更好的粘结力，因为铝酸盐水泥后期会发生倒缩，且这种倒缩不可复原；而添加纳米金属碳酸盐后，一方面来说，纳米金属碳酸盐会与铝酸盐水泥中的铝酸盐反应生成水化碳铝酸盐，水化碳铝酸盐属于六方晶型，粘结力较强，因而可以有效避免部分铝酸盐水泥后期发生倒缩；另一方面来说，非活性的纳米金属碳酸盐会填充到部分铝酸盐水泥水化产
物间的孔隙中，减小部分铝酸盐水泥倒缩对铝酸盐水泥整体性能的影响。因此，添加纳米金属碳酸盐后，不仅可以缓解铝酸盐水泥的倒缩，铝酸盐水泥与再生沥青还能够被纳米金属碳酸盐连接为整体。
9.金属废渣的加入作用，是由于金属的热胀冷缩系数较大，在温度升高时，金属废渣膨胀，弥补部分铝酸盐水泥产生的倒缩空隙，增强路面修复混凝土的整体稳定性；碎石为本技术中的粗集料，磨细砖渣为细集料，采用上述原料制得的路面修复混凝土具有抗压强度与抗弯拉强度高，坍落度优异，干缩率低的优点，采用此路面修复混凝土进行回填的破损路面稳定性较高。
10.可选的，所述纳米碳酸盐为纳米碳酸钙与纳米碳酸镁中的一种或多种。
11.通过采用上述技术方案，纳米碳酸钙与纳米碳酸镁均无毒性，且活性的纳米碳酸钙会与铝酸盐水泥中的氯酸钙反应生成六方晶型的水化碳铝酸钙，使得铝酸盐水泥长期保持较高的黏结性；非活性的纳米碳酸盐会填充至部分铝酸盐水泥水化产物间的孔隙中，弥补铝酸盐水泥倒缩对铝酸盐水泥产生的影响。
12.碳酸根的引入，能够降低二氧化碳对铝酸盐水泥的侵蚀能力，提高铝酸盐水泥的抗碳化性。
13.纳米碳酸镁中的镁被引入到铝酸盐水泥中时，镁离子容易与铝酸根离子生成水滑石，进一步提高快硬水泥的抗压强度。
14.可选的，所述金属废渣为镁渣与铁渣中的一种或多种。
15.通过采用上述技术方案，镁渣与铁渣为常见的两种金属废渣，且均环保无污染，最重要的是，金属镁与金属铁的热膨胀系数较大，因此金属镁与金属铁可以进一步补偿铝酸盐倒缩产生的空隙，增强路面修复混凝土的抗压强度、抗弯拉强度，降低干缩率。
16.可选的，所述纳米碳酸钙与纳米碳酸镁的粒径均为50～100nm。
17.通过采用上述技术方案，当粒子尺寸在1～100nm时，粒子表面的原子数增加，由于量子隧道效应等原因在粒子的表面形成活性很大的活性点，因此粒子表面有孤对电子存在，从而使粒子和再生沥青中的高分子之间形成化学键，即发生化学作用，则纳米碳酸盐与再生沥青之间的粘聚力越好；但是粒径太小的纳米碳酸镁与纳米碳酸钙难以得到，且磨细成本较高，因此选用50～100nm的纳米碳酸钙与纳米碳酸镁最合适。
18.可选的，所述再生沥青是再生天然沥青、再生石油沥青或再生页岩沥青中的一种或多种。
19.通过采用上述技术方案，再生天然沥青、再生石油沥青或再生页岩沥青均为温度稳定性较好且不易挥发出有害气体的乳化沥青，长期使用对环境较好，且不会对生物体造成伤害。
20.第二方面，本技术提供一种含有建筑垃圾集料的路面修复混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：所述路面修复混凝土的制备方法包括以下步骤：步骤ⅰ，将纳米碳酸盐与再生沥青混合均匀，得到改性再生沥青；步骤ⅱ，将铝酸盐水泥、金属废渣与改性再生沥青混合均匀，得到改性水泥；步骤ⅲ，将水、改性水泥、磨细砖渣与碎石混合均匀，得到路面修复混凝土。
21.通过采用上述技术方案，步骤ⅰ中将纳米碳酸盐与再生沥青混合均匀，使得再生沥
青可以均匀的包裹纳米碳酸盐，形成粘聚力更高的改性再生沥青；步骤ⅱ中将铝酸盐水泥、金属废渣与改性再生沥青混合均匀，使得铝酸盐水泥的倒缩被抑制，且倒缩对改性水泥的影响也能够减弱；步骤ⅲ中将改性水泥、碎石、磨细砖渣与水混合均匀，以常规方式制得路面修复混凝土，则制得的路面修复混凝土具有抗压强度与抗弯拉强度高，坍落度优异，干缩率低的优点，采用此路面修复混凝土进行回填的破损路面稳定性较高。
22.可选的，所述步骤ⅰ中采用搅拌的方式混合均匀，混合均匀的条件为150～180℃下以1200～1600r/min的速度搅拌。
23.通过采用上述技术方案，在上述反应条件下，纳米碳酸盐能够在再生沥青中充分混合均匀，纳米碳酸盐与再生沥青中的高分子材料之间存在有范德华力，使得纳米碳酸盐与再生沥青通过物理吸附形成整体；另外，由于小粒径的无机粒子表面缺陷少，非配对原子多，表面积大，合适的温度与搅拌速度下，无机离子与聚合物发生化学结合的可能性也很大，发生化学结合的无机粒子与再生沥青的界面粘结能够承受更大的荷载，从而达到既增强又增韧的目的。
24.可选的，所述步骤ⅲ中碎石粒径为10～25mm；磨细砖渣的粒径为0～5mm。
25.通过采用上述技术方案，碎石作为路面修复混凝土中的粗骨料，起到提高混凝土硬度的作用；粒径较小的磨细砖渣加入碎石中，恰好填补碎石之间的缝隙，增强路面修复混凝土的抗压强度与抗弯拉强度。
26.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术再生沥青中的化学组分会在纳米金属碳酸盐表面重新分布形成一层扩散溶剂膜，有利于提高再生沥青的粘聚力与强度；纳米金属碳酸盐会与铝酸盐水泥中的铝酸盐反应生成六方晶型的水化碳铝酸盐，且非活性的纳米金属碳酸盐也会填充到铝酸盐水泥水化产物间的孔隙中，减小铝酸盐水泥的倒缩率；在温度升高时，金属废渣膨胀，弥补铝酸盐水泥倒缩空隙，增强路面修复混凝土的整体稳定性；2、本技术中碳酸根的引入，能够降低二氧化碳对铝酸盐水泥的侵蚀能力，提高铝酸盐水泥的抗碳化性；3、添加镁渣与铁渣的原因是，金属镁的与金属铁的热膨胀系数较大，因此金属镁与金属铁可以进一步补偿铝酸盐水泥倒缩产生的空隙，增强路面修复混凝土的抗压强度与抗弯拉强度，降低干缩率。
具体实施方式
27.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
28.提供一种含有建筑垃圾集料的路面修复混凝土以下实施例和对比例的原料来源：纳米碳酸钙，粒径50～100nm，购自南京先丰纳米材料科技有限公司；纳米碳酸镁，粒径50～100nm，购自无锡泽辉化工有限公司；铝酸盐水泥，普通市售购得；其他原料，申请人拆除废弃建筑物所得。
29.实施例1一种含有建筑垃圾集料的路面修复混凝土的制备步骤为：步骤ⅰ，将0.6g纳米碳酸钙与9g再生石油沥青在条件为160℃下以1400r/min的速度混合均匀，得到改性再生沥青；
步骤ⅱ，将110g铝酸盐水泥、3g镁渣与改性再生沥青在常温下以500r/min的速度混合均匀，得到改性水泥；步骤ⅲ，将45g水、改性水泥、100g磨细砖渣与300g碎石依次加入连续式混凝土搅拌机进行搅拌，搅拌温度为常温，搅拌速度为25m3/h，搅拌时间为10min，搅拌结束，得到路面修复混凝土。
30.实施例2一种含有建筑垃圾集料的路面修复混凝土的制备步骤为：步骤ⅰ，将1g纳米碳酸钙与16g再生石油沥青在条件为160℃下以1400r/min的速度混合均匀，得到改性再生沥青；步骤ⅱ，将90g铝酸盐水泥、1g镁渣与改性再生沥青在常温下以500r/min的速度混合均匀，得到改性水泥；步骤ⅲ，将55g水、改性水泥、80g磨细砖渣与400g碎石依次加入连续式混凝土搅拌机进行搅拌，搅拌温度为常温，搅拌速度为25m3/h，搅拌时间为10min，搅拌结束，得到路面修复混凝土。
31.实施例3步骤ⅰ，将0.8g纳米碳酸钙与12g再生石油沥青在条件为160℃下以1400r/min的速度混合均匀，得到改性再生沥青；步骤ⅱ，将100g铝酸盐水泥、2g镁渣与改性再生沥青在常温下以500r/min的速度混合均匀，得到改性水泥；步骤ⅲ，将50g水、改性水泥、90g磨细砖渣与350g碎石依次加入连续式混凝土搅拌机进行搅拌，搅拌温度为常温，搅拌速度为25m3/h，搅拌时间为10min，搅拌结束，得到路面修复混凝土。
32.实施例4与实施例3的不同之处在于：步骤ⅰ不同；步骤ⅰ，将0.8g纳米碳酸镁与12g再生石油沥青在条件为160℃下以1400r/min的速度混合均匀，得到改性再生沥青；步骤ⅱ、ⅲ与实施例3相同。
33.实施例5与实施例3的不同之处在于：步骤ⅰ不同；步骤ⅰ，将0.4g纳米碳酸镁、0.4g纳米碳酸钙与12g再生石油沥青在条件为160℃下以1400r/min的速度混合均匀，得到改性再生沥青；步骤ⅱ、ⅲ与实施例3相同。
34.实施例6与实施例3的不同之处在于：步骤ⅰ不同；步骤ⅰ，将0.8g纳米碳酸钠与12g再生石油沥青在条件为160℃下以1400r/min的速度混合均匀，得到改性再生沥青；步骤ⅱ、ⅲ与实施例3相同。
35.实施例7与实施例3的不同之处在于：步骤ⅱ不同；
步骤ⅱ，将10g铝酸盐水泥、2g铁渣与改性再生沥青在常温下以500r/min的速度混合均匀，得到改性水泥；步骤ⅰ、ⅲ与实施例3相同。
36.实施例8与实施例3的不同之处在于：步骤ⅱ不同；步骤ⅱ，将100g铝酸盐水泥、1g铁渣、1g镁渣与改性再生沥青在常温下以500r/min的速度混合均匀，得到改性水泥；步骤ⅰ、ⅲ与实施例3相同。
37.实施例9与实施例3的不同之处在于：步骤ⅰ不同；步骤ⅰ，将0.8g粒径为50～100μm的纳米碳酸钙与12g再生石油沥青在条件为160℃下以1400r/min的速度混合均匀，得到改性再生沥青；步骤ⅱ、ⅲ与实施例3相同。
38.实施例10与实施例3的不同之处在于：步骤ⅰ不同；步骤ⅰ，将0.8g纳米碳酸钙与12g再生天然沥青、再生石油沥青在条件为160℃下以1400r/min的速度混合均匀，得到改性再生沥青；步骤ⅱ、ⅲ与实施例3相同。
39.对比例1与实施例3的不同之处在于：步骤ⅰ中不添加纳米碳酸钙。
40.对比例2与实施例3的不同之处在于：步骤ⅱ中不添加镁渣。
41.对比例3与实施例3的不同之处在于：步骤ⅰ中不添加纳米碳酸钙；步骤ⅱ中不添加镁渣。
42.对比例4与实施例3的不同之处在于：将步骤ⅱ中的等重量的铝酸盐水泥替换为等重量的硅酸盐水泥。
43.对比例5步骤ⅰ，将0.8g纳米碳酸钙、12g再生石油沥青、100g铝酸盐水泥、2g镁渣在常温下以500r/min的速度混合均匀，然后在条件为160℃下以500r/min的速度继续搅拌，得到改性水泥；步骤ⅱ，将50g水、改性水泥、90g磨细砖渣与350g碎石依次加入连续式混凝土搅拌机进行搅拌，搅拌温度为常温，搅拌速度为25m3/h，搅拌时间为10min，搅拌结束，得到路面修复混凝土。
44.性能检测试验采用实施例1至10和对比例1至5中制得的路面修复混凝土进行性能测试，28d抗压强度、28d干缩率、坍落度、28d抗弯拉强度的检测依据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(jtge30-2017)测试结果如表1所示；表1
结合实施例1、2和实施例3，可以看出，由于实施例3的原料配比相比实施例1与2更为合适，因此实施例3制得的路面修复混凝土的28d抗压强度、28d干缩率、坍落度与28d抗弯拉强度数值均较好。
45.结合实施例3、4、5和实施例6，将纳米碳酸镁替换成纳米碳酸钙时，对最终制得的路面修复混凝土的28d抗压强度、28d干缩率、坍落度与28d抗弯拉强度数值几乎没有影响，且同时添加纳米碳酸镁与纳米碳酸钙时，路面修复混凝土的28d抗压强度、28d干缩率、坍落度与28d抗弯拉强度数值也与单独添加纳米碳酸钙或纳米碳酸镁的数值相差无几，证明添加纳米碳酸钙或纳米碳酸镁或纳米碳酸钙与纳米碳酸镁的混合物对路面修复混凝土的性能影响相当。
46.结合实施例3和7、8，可以看出，路面修复混凝土原料中添加铁渣、镁渣或铁渣与镁渣的混合物，对路面修复混凝土的性能影响相当。
47.结合实施例3和实施例9，可以看出，当纳米碳酸钙的粒径增大到50～100μm时，制得的路面修复混凝土的28d抗压强度、28d干缩率、坍落度与28d抗弯拉强度数值均较实施例3制得的路面修复混凝土的28d抗压强度、28d干缩率、坍落度与28d抗弯拉强度数值优异，这是由于实施例9中的纳米碳酸盐粒径稍大，因此不能与再生石油沥青均匀的混合，对最终制得的路面修复混凝土的各项性能都产生影响。
48.结合实施例3和对比例1、2、3，可以看出，当制备路面修复混凝土的原料中不添加纳米碳酸盐或者金属废渣时，制得的路面修复混凝土的各项性能远远不如实施例3制得的路面修复混凝土的各项性能；当路面修复混凝土的原料中同时不添加纳米碳酸盐与金属渣时，制得的路面修复混凝土各项性能最差，证明纳米碳酸盐与金属废渣中任何一种物质的加入，都对路面修复混凝土的各项性能有较大的影响。
49.结合实施例3与对比例5，可以看出，当将步骤ⅰ、ⅱ同时进行时，纳米碳酸钙不能很好的与再生石油沥青混合，对再生石油沥青的改性效果变差，则最终制得的路面修复混凝土的各项性能均没有实施例3制得的路面修复混凝土的各项性能好。
50.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。