文摘

建设和拆迁废料含有大量的混凝土和砖块。识别的可行性应用在沥青稳定碎石混合物作为路面基础,本文开展研究再生沥青混合料的性质(RAM)通过实验室测试,在不同再生骨料的内容(RA)和混凝土砖的比例。首先,RAM的每个组件的基本物理性质测定。根据实际检查通过率,贝利的分级方法被用来设计和验证内存,然后初始沥青含量估计。稳定,流值、空隙率和容积密度是通过马歇尔试验,确定最优asphalt-aggregate比率在不同RA内容和比例的混凝土砖。随后,单轴压缩试验,将拉伸试验,浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、和汉堡车辙试验进行调查机械性能、水稳定性、高温稳定性的RAM。结果表明RA的内容从0%增加到100%,相应的抗压强度、弹性模量、和分裂的抗拉强度降低;相同的变化趋势提出了剩余的稳定性和冻融劈裂试验强度比和车辙深度。根据高等级公路路面基层的要求在中国的标准,建议RA内容和比例的砖块混凝土提出了设计内存。

1。介绍

在中国广泛的城市化导致了众多建筑和拆迁废料的产生(CDW), 2019年约17亿吨,导致许多迫在眉睫的问题迫切需要解决,例如,占领的土地,资源的过度消费,和环境污染1- - - - - -3]。同时,为了保护环境,政府已经禁止或限制采石在中国的许多地区,导致材料用于公路工程变得越来越昂贵,很难获得4,5]。因此,回收车损险道路材料是一种很有前途的方法来解决这些问题,以显著的环境和经济效益。

车损险的构成是复杂的,有许多来源;废混凝土和砖是两个主要部分占据整个废弃物的60%和20% (6,7),他们可以加工成RA后粉碎和筛选。与天然骨料(NA), RA覆盖着大量的水泥砂浆和微裂隙。因此,RA显示低强度的重要特征,空隙率高、体积密度小,和大型水吸收(8]。一些研究在车损险的应用验证了其在公路工程使用的可行性,作为路面基层材料(9- - - - - -12]或路基填料(13]。他们的机械性能14- - - - - -16),耐用性和稳定性(17- - - - - -19],标本的影响压实方法综合研究(20.]。改善这些RA混合物的性质,有些种类的添加剂可选(21- - - - - -23]。实现的准确性和有效利用车损险,RA成分的分离技术,例如,再生混凝土骨料(RCA)和再生砖骨料(RBA),发展迅速。大量的物理方法,包括螺旋、密度和磁涡流和光学和空气振动,已经达到有效分离的RCA和RCB [24- - - - - -26]。然而,大多数现有的测试只使用废弃混凝土,砖和废物丢弃,或风湿性关节炎被认为是一个整体,内部成分的比例的影响往往被忽视。再生混凝土和砖性能的影响的内存没有被调查时深深被用作路面基层材料。

摘要再生粗骨料(4.75∼26.5毫米),从RCA和澳大利亚央行,用于取代自然的,应用程序的内存作为路面的基础。RA的内容是在五个比率:0%,25%,50%,75%,和100%,四个比例的砖块混凝土(0:10、2:8、4:6,6:4)被认为是。首先,沥青和三种类型的粗骨料之间的粘连(NA、RCA、RBA)从微观结构的角度研究了扫描电子显微镜(SEM)。RAM的属性标准马歇尔试验确定的最佳沥青用量是获得在不同RA内容和砌体比例。在此基础上,内存的性能测试应用路面的基础,包括力学性能、温度稳定性、水稳定性,进行了找到合适的设计方案的内存。

2。材料

2.1。沥青混合料组成
2.1.1。粗和细骨料

三种类型的使用总量:RCA,澳大利亚央行和NA。RA由长沙车损险回收工厂,中国。后去除杂质(陶瓷、木材、橡胶等),车损险是筛选RA中四个等级:0 - 4.75毫米,4.75 - -9.5毫米,9.5 -19毫米,19 - 26.5毫米。粒子的大小大于26.5毫米被淘汰,RCA和央行手动(图中分离了出来1)。

(一)
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图1
源材料。(一)美国广播公司。澳大利亚央行(b)。

因为它很难识别细RA的成分,评分低于4.75毫米的使用总量都选自NA。其余三个并列的骨料组成的NA和RA的比例。RA和NA评估表的属性1根据中国标准:总测试代码为公路工程(JTG e42 - 2005)。指出RA较低表观密度、吸水率高,和针片状含量。主要原因是表演的变化将吸附表面的砂浆RA。

表1
描述的总量。
2.1.2。沥青和矿物粉

提出了沥青结合料的工程特性表2。所有符合要求的高速公路沥青路面施工技术规范(JTG f40 - 2004)。矿物粉从商业来源获得,其比重等于2.728克/厘米3(> 2.5),而亲水系数是0.79(< 1),也可以满足的要求JTG f40 - 2004。

表2
沥青性能测试结果和标准的价值。
2.1.3。级配设计

总评分的设计有很大的压紧在力学性能上,一个优秀的成绩是一个必要的前提,确保沥青路面层的使用寿命27]。在该测试中,形成连续级配骨架密度结构与大粒径沥青含量少,ATB-25被选为目标分级高剪切和弯曲抗拉强度。自贝利方法的有效性在粗骨料形成密集的骨架,这个方法是用来进行级配设计28]。贝利合成级配曲线如图2。接近推荐ATB-25在中国的标准曲线中位数:总测试规范公路工程(JTG e42 - 2005)。粗RA主要取代NA在同一个等级。自细RA很难被区分为混凝土或砖,砖的合成prorotion混凝土在RAM中会无法控制的情况下添加细RA。在此基础上,详细用量RCA和澳大利亚央行选择按照给定的比例在每个骨料的级配,并指定RA内容和比例的砖块混凝土可以同时实现。


图2
设计级配曲线RA处理。
2.1.4。确定最佳沥青含量

马歇尔试验被用来获得最优asphalt-aggregate比率。首先,综合大部分比重γ某人和估计的最优asphalt-aggregate比率P一个计算;看到方程(1)和(2)。然后asphalt-aggregate比率变化逐渐增加0.3%∼0.5%,比较分析确定最优一的属性的RAM。 在哪里P1,P2、…Pn是不同的矿物材料组件的混合比例;γ1,γ2、…γn相应的大部分比重矿物;P一个是估计的最佳asphalt-aggregate比;Pa1是标准的最佳asphalt-aggregate比沥青混合物为类似工程;和Psb1是大部分类似工程总量的比重。

的P一个通过计算约为3.8%。粗骨料的内容更多的是在RAM中比普通沥青混合料,和他们的粒度大,导致更少的沥青含量需要在RAM中。所选测试asphalt-aggregate比率设定为3.5%到4.7%,0.3%的区间。为了保证测试结果的准确性和有效性,测试温度需要严格控制。RCA是第一放入烤箱加热到150°C,然后倒入搅拌罐搅拌与A70矩阵沥青180秒。和压实温度控制在140°C。在混合过程中,砖,混凝土的比例设置在四个案例:0:10,2:8、4:6和6:4。发现沥青粘附在表面的均匀性风湿性关节炎不同。与央行的内容的增加,沥青表面吸收RA的数量减少,这证明了央行的吸油率是相对高于RCA。RA含量为25%时,均匀的吸附沥青随变化的澳大利亚央行内容;参见图3。

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图3
不同比例的砖块混凝土的RAM。(一)澳大利亚央行:RCA = 0: 10。(b)央行:RCA = 2: 8。(c)央行:RCA = 4: 6。(d)央行:RCA = 6: 4。

测试样品的RAM,成形过程的标本被设置为标准尺寸:101.6×63.5毫米(直径×高度),压实后75周期方面,他们在室温下冷却12小时。最后,所有标本被准备好接受Marshell测试。标本在水和空气的质量和表面干燥质量进行测试,分别,那么稳定和流值被马歇尔稳定度计测试。根据的要求规范(JTG f40 - 2004),最优asphalt-aggregate OAC比例选择可以计算出方程(3)- (5)。在沉重的交通状况体积和夏天的热门领域,技术标准ATB-25表所示3。 在哪里一个1是最大的asphalt-aggregate比大部分比重;一个2是最大的asphalt-aggregate比稳定;一个3asphalt-aggregate比相应的空隙率范围的中值;一个4是asphalt-aggregate比相应的有效沥青饱和度范围的中值;OAC最小值至少asphalt-aggregate比例按照沥青混合料的技术标准,3.5%;OAC马克斯最大asphalt-aggregate比例按照沥青混合料的技术标准,3.8%。

表3
技术要求密级配基(ATB-25)沥青混合料。

图4显示了25%的情况下的测试结果RA的内容。可以发现,随着再生砖的增加RAM的性质呈现出相似的变化趋势。例如,当不添加回收的砖块,OAC选择的范围内计算为3.76%,OAC吗最小值-OAC马克斯。为OAC选择在其他三个情况下,比例的砖块混凝土(2:8、4:6、6:4)的计算是通过相同的方法:3.77%,3.8%,3.84%。值得注意的是,央行的流动值:RCA(0: 10)显示其特殊的单调递增的特点。可能的原因是,在没有再生砖的条件,与沥青用量的增加,回收沥青和沥青混合物包含更加灵活吸收粒子表面(29日];因此,试样的压缩变形变大,这是见过流值逐渐增加。当添加再生砖、流量的变化值应该全面考虑澳大利亚央行和RCA的影响。

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图4
沥青混合料的马歇尔试验结果有25%的RCA。

相同,OAC选择不同RA RAM的内容如图5。可以看出,增加RA的内容和比例的混凝土砖,OAC选择逐渐增加。当混凝土砖的比例是6:4,为RA内容从0%增加到100%,OAC选择增加0.85%。25%条件下拉内容,与混凝土砖块的比例的增加从0:10 - 6:4,OAC选择增加0.08%。同样的分析,当RA内容增加到50%,75%,和100%,OAC选择增加了0.1%、0.12%和0.08%。因此,混凝土与比例的砖块,RA OAC内容有一个更大的压紧选择的RAM。


图5
最佳asphalt-aggregate比率在不同的RCA内容。
2.2。测试方法
2.2.1。微观结构分析

比较NA之间的粘附机制,RCA,澳大利亚央行,沥青,有必要分析其微观结构。适当粒度的测试骨料被人工从样品的内部结构,他们切成指甲大小的样本由精密切割机;因此,组织可以通过扫描电镜观察。马歇尔标本用50% RA内容和比例的砖块混凝土4:6,OAC选择是4.14%。

2.2.2。机械性能

机械强度的内存主要取决于粒子摩擦,骨料岩性、沥青和表演。因此,不同的骨料的级配设计和组合显然影响机械性能的内存(30.,31日]。主索引是抗压强度,弹性模量和分裂的抗拉强度。

抗压强度和弹性模量测量时,标本是由静态压负荷2000 kN。的高度和直径的标本都是100±2毫米,和他们的压实密度满足马歇尔的需求标准。固化后,标本进行单轴压缩试验和机械测试系统(MTS)在室温下的加载速率2毫米/分钟。

根据加载失败P,加载和卸载测试进行一步一步严格按照五个分级加载:0.1P,0.2P,0.3P,0.4P和0.5P。测试后,抗压强度和弹性模量计算如方程所示(6)和(7): 在哪里RC的抗压强度(MPa)标本;P最大负载(N)标本的失败限制;和d试样直径(毫米)。 在哪里P5是第五个负载值(MPa);h是标本高度(mm);一个是样品的径向横截面积(mm);和Δ5是轴向平均振幅第五加载(mm)。

在分裂抗拉强度测试,标准马歇尔击实标本被使用,和双方的压实75周期。脱模后,他们被放置在一个恒温箱和在水中浸泡1.5 h。每个样本的距离是15毫米,马歇尔稳定度计是用来测量分裂抗拉强度与加载速率的50毫米/分钟。

2.2.3。水稳定性

两组标本的剩余稳定性由马歇尔压实被用来评估他们的水稳定性。样本的大小是101.6×63.5毫米(直径×高度),满意中国标准的要求(JTG e20 - 2011):标准测试方法对公路工程沥青和沥青混合物。在测试之前,两组标本沉浸在一个60°C恒温柜30分钟48 h,分别显示在方程(8)。 女士在哪里0浸水残留稳定(kN);女士2是标本浸泡48 h后的稳定性(kN);和女士1标本浸泡后的稳定0.5 h (kN)。

冻融劈裂试验,马歇尔的两组标本处理压实50周期两方面。第一组样本被放置在室温下,而第二个是在真空饱和了15分钟,然后放置在前30分钟。密封用plastin扭曲之前,加10毫升水。随后,他们被放入恒温恒湿箱。一个冻融循环完成。最后,组1、组2被放入25°C恒温槽2 h,和最大破坏载荷测量计算冻融劈裂试验强度比率: TSR是冻融劈裂抗拉强度比;RT2是有效的将抗拉强度冻融循环后的标本(MPa);和RT1是有效的标本的分裂抗拉强度与冻融循环(MPa)。

2.2.4。高温稳定

研究在高温砖和混凝土骨料的影响性能的RAM,汉堡车辙试验。发情的标本在大小为300×300×50毫米(长/宽/厚)根据中国标准(JTG e20 - 2011)。反复轧制液压成型机12周期,他们放置在温度45°C 48 h。这个条件可以模拟路面材料的干燥状态5∼12 h内。同时,进行了对比试验的温度60°C。

3所示。结果与讨论

3.1。微观结构

从骨料表面的角度来看,类风湿性关节炎,尤其是RCA在水泥水化形成产品,包括钙矾石和钙超氧化物,这些组件有一定活动引发化学反应沥青酸(32]。此外,RCA的表面形成丰富的棱角在破碎过程中,他们覆盖着大量的水泥砂浆,使比NA RA粗糙的表面。因此,类风湿性关节炎之间的附着力和沥青表现出独特的行为。数据的比较6(一)和6 (b)证实了这一现象。砂浆的松散结构和大量的差距导致破碎RCA的价值的增加,而间接导致骨料粒径的变化(33]。相比之下,澳大利亚央行的表面是光滑的,有许多洞,导致更高的吸水率和较小的密度比RCA,如图6 (c)。因此,在人行道上基地建设,澳大利亚央行内容应控制在一定范围内,由于强度较低(34,35]。

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图6
扫描电子显微镜的结果三种沥青混合物。

三个骨料和沥青的接口明显不同。NA和沥青和一个明确的分界线在附着力好,如图6(一)。可能的原因是,选中的NA是石灰岩,碱性活性物质能与酸反应材料在沥青36]。相比之下,澳大利亚央行之间的粘附界面和沥青呈现凹凸形状;参见图6 (b)。作为水泥砂浆表面的RCA所覆盖,其主要化学成分是SiO充足2(37),导致弱反应与沥青在小附着力。在图6 (c),裂缝出现在澳央行与沥青之间的粘附界面,与一个相对贫穷的附着力。大量的微孔表面出现RBA随着时间的推移,这是有利于物理沥青的粘附,化学成分分析,澳大利亚央行的表面含有大量的SiO2和艾尔2O3具有较强的酸性能(38),很难反应沥青粘结层形成力量。因此,澳大利亚央行之间的粘附界面和沥青不整洁。

3.2。机械性能

图7(一)显示RAM的抗压强度的变化在不同的RA的内容。当不添加央行和RA内容从0%上升到100%,抗压强度降低14.4%。当混凝土砖的比例是2:8、4:6,6:4,抗压强度下降了22.7%,40.5%,和50.5%,分别。这表明央行的比例的增加,不利影响内存的抗压强度。三种骨料的强度是NA的秩> RCA >央行。当RA内容增加,尤其是澳大利亚央行内容增加,抗压强度的RAM显著减少。

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图7
力学测试结果回收沥青混合物。(一)抗压强度。(b)弹性模量。(c)将抗拉强度。

对弹性模量呈现在图7 (b)没有增加央行时,弹性模量下降了20.9%,RA的内容改变了从0%降至100%。在同等条件下,当砖混凝土的比例改为6:4,弹性模量下降了79.1%,下降幅度的3.78倍。主要原因是砖和混凝土的比例增加会导致一个更大的空隙率和RAM的较小的附着力,使弹性模量的RAM逐渐减少。

同样,如图7 (c)NA,分割相比,抗拉强度的纯RCA混合物(RA内容的100%,比例的砖块混凝土0:10)降低21.6%。当不添加NA和砖块混凝土的比例增加到2:8、4:6和6:4分抗拉强度下降了37.1%,46.4%,和48.5%,分别。与NA相比,沥青的粘附的RA是弱,分裂与RA内容的增加,抗拉强度的内存减少。特别是,当混凝土砖的比例是6:4与RA内容的75%或100%,下降幅度是很有意义的。在实际施工中,考虑抗拉强度的变化应该保持在一定的范围内,RA含量大于75%时,建议砖混凝土的比例不应超过4:6,防止分裂抗拉强度显著降低。

3.3。水稳定性

在图8(一个),水稳定性的变化规律是一致的与机械性能。当比例的增加砖混凝土和RA含量从0%提高到100%,剩余稳性降低了。纯RCA的残余稳定混合物NA相比下降了4.9%。当混凝土砖的比例是6:4,与RA内容从0%增加到100%,剩余稳定下降了13%,2.7倍的条件下,表明砖块混凝土的比例有很大的影响在剩余的稳定性。同时,满足规范要求,砖,混凝土的比例应该在4:6和2:8在RA的条件内容的75%和100%,分别。

(一)
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(b)
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图8
再生沥青混合料的水稳定性试验结果。(一)剩余的稳定性。(b)冻融劈裂试验强度比率。

图8 (b)实验结果显示冻融劈裂试验强度比率的RAM。RA含量超过50%时,其下降速度变得更大比例的增加的混凝土砖。特别是,强度比纯RCA混合物NA混合物相比下降了8.5%。当砖头的比例混凝土改为6:4,这个值甚至下降了30.9%。在中国的规范(JTG f40 - 2004),要求冻融劈裂强度比的测试不应低于75%;因此,砖,混凝土的比例应控制在6:4和4:6例RA内容,25%和50%,小于2:8如果RA的内容超过75%。

一般来说,随着RA的增加内容和比例的砖块混凝土,水稳定性指标都降低。RAM的孔隙度变大RA内容增加,和水分子更容易进入内部标本的一部分。同时,RA的构成是复杂的,不同的回收材料和沥青之间的附着力的优势是不同的,这直接影响焊接效果。大的空隙率和粘附的短缺使RAM的水稳定性能差。

3.4。高温稳定

图9显示了高温稳定性的测试结果在两个温度下(45°C和60°C)。RA含量从0%增加到100%时,动态稳定性都不管的比例增加混凝土砖。比NA的RA表面粗糙边缘,角落,粗骨料,这是有利于嵌入式结构的形成。贝利RA的级配设计方法接近中值,确保RAM是压实密度。纯粹的RCA混合物的动态稳定性是钠混合物的1.88和1.75倍,分别在两个温度。当添加RA内容的比例为100%,混凝土砖是6:4、RAM和NA之间的动态稳定混合物的比例仍在1.56和1.59。固定条件下拉内容,动态稳定性随比例的增加混凝土砖。随着内容的增加砖到一定值,RAM的吸水能力高,但吸附沥青的数量减少,使内部凝聚力的RAM削弱。


图9
再生沥青混合料的动态稳定性测试结果。

图10显示,车辙深度的变化规律是一致的在两个温度。与RA与动态稳定,内容从0%上升到100%,更多的粗骨料存在于内存,和嵌入的骨架结构容易形成更好的发情的抵抗能力;因此,车辙深度都降低了。在车辙板成形过程中,央行的低强度,很容易被压成细骨料填充粒子之间的骨架,使结构更加密实,不容易形成车辙。总体而言,因其多孔特征,澳大利亚央行能吸收多余沥青和改善沥青和骨料之间的附着力。


图10
回收沥青混合料的车辙深度。

4所示。结论

RAM作为一个有前途的材料在路面的基础,发挥着越来越重要的作用在回收固体废物和减少工程造价。实验室检测的影响进行调查回收的砖块和混凝土在RAM的财产。结论可以从之前的发现和观察下面列出:(1)根据贝利的设计方法,最后每个等级的总比例为33.3%,24%,12.3%,26%,和4.4%,接近推荐值曲线;它有助于使测试聚合物形成一个密集的骨架结构。(2)通过马歇尔试验,似乎稳定,密度,和沥青饱和度降低风湿性关节炎的增加内容,但相对流值和空隙度。(3)从扫描电镜、粘附界面形态三种骨料和沥青之间,以及他们的附着力属性,是明显不同;天然骨料展示最好的粘结沥青、再生混凝土第二,再生砖最坏的打算。(4)中国的技术规范(JTG f40 - 2004)和道路性能的内存的测试结果作为参考。RA内容和相应比例的砖,具体建议如下填补在高速公路路面基础的要求:RA内容分别为25%和50%时,相应的混凝土砖的比例应控制在6:4和4:6,它应小于2:8如果RA内容增加到75%以上。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者欣然承认中国的国家自然科学基金(51878078,51878078,51478054),高级技术人员交通行业培训计划(2018 - 025),优秀青年基金会湖南省自然科学基金(2018 jj1026),湖南省教育和关键项目(17 a008)。这项工作也是开放研究基金重点项目支持的公路养护技术国家工程实验室(kfj150103)和湖南省研究生科研创新项目(CX20190644)。