CN113998923B - 一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于再生资源回收利用（道路工程）领域，尤其涉及一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件及其制备方法。本发明将废弃的路面再生料与废旧塑料粉按一定比例混合后，进行微波加热制备沥青混凝土预制构件，实现路面铣刨料百分百利用，且充分利用沥青含量高的废旧细料，节省了新沥青的用量，大大降低生产成本；采用微波加热的方式，相比传统加热方式，混合料加热速度快，降低了新旧沥青的二次老化，且采用微波加热方式可以改善废旧塑料粉受热后的软化和熔融效果，加热均匀性好，避免废旧料因受热不均影响固化效果。以乳化沥青稀浆封层混合料对预制构件进行表面处置，可以增加预制构件的耐水性和耐侵蚀性，同时也改善了其力学性能。

Description

一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件及其制备方法

技术领域

本发明属于再生资源回收利用（道路工程）领域，尤其涉及一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件及其制备方法。

背景技术

交通运输行业是国民经济发展的先行官，公路作为交通行业的重要组成部分，近年来发展迅猛。截至2021年4月，我国已经建成全球最大的高速公路网络，高速公路总里程达16万公里，稳居世界第一。沥青路面因为具有表面平整、舒适性好、耐用性强和维修方便等优点，在我国高速公路的建设中应用最为广泛。由于早期修建的高速公路经过长时间的使用，部分沥青路面产生了大量车辙、裂缝等病害，严重危害行车安全，需要对废弃的路面进行维修和养护。据统计，我国每年在道路维修工程中产生的废弃沥青路面材料超过1.5亿吨，这不仅会造成资源浪费，而且还会造成环境污染。

然而，在再生沥青混合料中大量使用RAP料是目前面临的一大挑战。目前我国RAP料的循环利用率较低，只有不到30%，且基本上不使用沥青含量较高的细集料。因此，深入研究废旧铣刨料再生利用技术，提高废旧铣刨料的利用率成为我国交通运输行业所要面临的新挑战。

塑料制品在我们的日常生活和工业生产中有着非常重要和不可替代的作用，因而在生产和生活中有着广泛应用。然而就在塑料被越来越多的使用的同时，白色污染也越来越严重。针对这些白色污染的治理，主要措施是掩埋堆放、集中焚烧和回收利用。废旧塑料采取掩埋堆放的方式，一是占用越来越紧缺的土地资源；二是将有害物质长时间填埋在地下，对环境造成二次污染。另一种措施是焚烧，采用该方法一是对焚烧炉的要求较高，二是焚烧过程中不但会产生大量的CO₂，会加剧全球温室效应，而且会产生多环芳香烃化合物、CO、HCN等有害气体和物质，对大气造成污染。虽说可以用专门的技术处理有毒有害气体，但是其工艺比较复杂，成本过高，从经济效益上考虑得不偿失。综合考虑经济效益和对减少对环境的影响，将废旧塑料进行回收并根据其特性将回收的塑料加以利用，是目前最合理有效的方法。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的路面铣刨料利用率低、且基本为粗骨料问题，本发明提供了一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件及其制备方法，本发明实现了RAP料百分百利用，充分利用了沥青含量相对高的回收细料，省去了制备过程中新沥青的加入，大大降低了成本；废旧塑料粉的加入以及采用微波加热的方式，一方面可以充分利用热塑性材料的固化作用，提高预制构件的强度，另一方面可以大量利用废旧塑料，减少白色污染。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件，其特征在于，包括预制构件，所述预制构件的表面设置有乳化沥青稀浆封层；所述预制构件包括以下组分：铣刨料、乳化沥青、废旧塑料粉；所述乳化沥青稀浆封层包括以下组分：铣刨料、水泥、乳化沥青、水。

优选的，所述预制构件包括以下重量份的组分：铣刨料100份、乳化沥青1.5～4.5份、废旧塑料粉3.5～8.5份。

优选的，所述乳化沥青稀浆封层包括以下重量份的组分：铣刨料98.5份、水泥1.5份、乳化沥青2.5～4.5份、水0.5～3.5份。预所述乳化沥青稀浆封层采用具有一定级配的石屑或砂、填料（水泥、石灰、粉煤灰、石粉等）与聚合物改性乳化沥青、外掺剂和水，按一定比例拌合成浆状乳化沥青混合料，均匀洒布于预制构件表面。

优选的，所述铣刨料为路面再生料混合料铣刨料，包括AC、SMA、OGFC、ATB、AM、ATPB、LSPM的任意一种或多种。不同粒径的路面铣刨料为4.75mm筛孔以下的细集料，分为0~3mm和3~5mm两档进行级配设计。

优选的，所用的路面铣刨料不仅仅局限于4.75mm以下，也可用于粒径小于31.5mm的粗骨料，且需满足骨料的最大公称粒径小于1/3预制构件厚度。

优选的，所述预制构件所用铣刨料包括：0～3mm铣刨料40～55份和3～5mm铣刨料45～60份。

优选的，所述防护层所用铣刨料包括：0～3mm铣刨料55～65份和3～5mm铣刨料55～65份。

优选的，所述乳化沥青为把道路石油沥青加热至熔融状态，在机械搅拌作用下，以细小的微粒分散于含有SBS胶乳及其助剂的水溶液中形成的水包油型乳液。所用的沥青不仅仅局限于乳化沥青，重交石油沥青、SBS改性沥青、橡胶改性沥青等均包含在内。

优选的，所述废旧塑料粉为聚乙烯、聚丙烯塑料的一种或两种的混合物磨细的粉末，规格为30～50目。

优选的，所述水泥选用普通硅酸盐水泥。

一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件及其制备方法，包括如下操作步骤：

1）对废旧路面进行铣刨，并过4.75mm筛，得到4.75mm以下的铣刨料；对废旧塑料进行粉碎磨细，得到废旧塑料粉；

2）对4.75mm筛以下的细料过2.36mm筛，分为0~3mm和3~5mm两档，进行级配设计；

3）将步骤2）中的0~3mm和3~5mm两档铣刨料按比例混合，在40~50℃的烘箱中保温1h，保温结束后倒入拌锅中，加入一定比例的乳化沥青，拌合一个周期，随后加入一定分量的废旧塑料粉，继续拌合一个周期，获得沥青混合料；

4）对步骤3）中拌合好的混合料进行微波加热，升温至160℃并保温30s，随后采用静压成型的方式制备预制构件（不限于铺面砖、路缘石、沥青瓦），所述预制构件的试模为钢质模具，静压成型时的压强为50MPa；

5）对步骤4）中制备好的预制构件进行表面处置，将预先制备好的乳化沥青稀浆封层混合料，均匀洒布于预制构件表面。

本发明公开的一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件，可以将二次废弃的路面铣刨料与废旧塑料加工成的细粉按一定比例混合，通过微波加热的方式制备沥青混凝土预制构件。该方法可以实现路面铣刨料百分百利用，且充分利用沥青含量高的废旧细料，节省了新沥青的用量，大大降低生产成本。采用微波加热的方式，相比传统加热方式，混合料加热速度快，降低了新旧沥青的二次老化，且采用微波加热方式可以无害化利用废旧塑料粉，使废旧塑料粉受热后达到软化或熔融效果，充分发挥热塑性材料的固化作用。最后采用乳化沥青稀浆封层混合料对预制构件进行表面处置，增加预制构件的耐水性和耐侵蚀性，提升预制件的力学性能。

有益效果

本发明公开了一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件及其制备方法，本发明的技术方案与现有技术相比，至少具有以下有益效果：

1、本发明可百分之百利用路面铣刨料，尤其是二次废弃、沥青含量高的细料，提高了路面铣刨料的利用率，减少耕地占用面积，减轻了环境污染，避免了资源浪费。

2、本发明可以回收利用废旧塑料，减轻了“白色污染”，通过机械加工，将废旧塑料磨细成粉加入到铣刨料中，经微波加热至熔融状态，在沥青混合料中起到固化作用，增大其弯拉强度。

3、本发明采用微波加热的方式，相比传统加热方式，体系受热均匀，可以快速“唤醒”废旧铣刨料中的沥青。微波加热可以同时加快混合料内外层的乳化沥青破乳速度，降低了新旧沥青的二次老化，且采用微波加热方式可以改善废旧塑料粉受热后的软化或熔融效果，提高废旧塑料粉的固化效果。

4、本发明采用乳化沥青稀浆封层混合料对预制构件进行表面处置，一方面可以在预制构件表面添加一层防水膜，增加预制构件的耐水性和耐侵蚀性；另一方面在预制构件表面增设了防护层，封堵构件表面空隙，使构件块体更加致密，减少掉粒现象发生，改善了预制构件的力学性能。

5、相比传统的水泥混凝土和简单成型的沥青混凝土预制构件，本发明通过添加聚合物乳化沥青和废旧塑料粉，并采用微波加热方式制备的预制构件，相比普通水泥混凝土预制构件，强度增长更快，降温后即可达到预设强度值，省去了水泥混凝土的养护时间；相比简单成型的沥青混凝土预制构件，微波加热可以充分发挥废旧塑料粉的热塑性特征，对混合料起到固化增强效果，提升预制构件的强度。

附图说明

图1：RAP预制件（路缘石）的主视图；

图2：RAP预制件（路缘石）的左视图；

图3：RAP预制件（路缘石）的俯视图。

具体实施方式

以下，将详细地描述本发明。在进行描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义，而应当在允许发明人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此，这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例，并非意图限制本发明的范围，从而应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以由其获得其他等价方式或改进方式。

以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。

实施例1

一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件，由以下组分构成：

废旧路面铣刨料（组成为：0～3mm的废旧路面铣刨料40份，3～5mm的废旧路面铣刨料60份）、乳化沥青（掺量占铣刨料的4份）、废旧塑料粉（掺量占铣刨料的5份）。

制备流程包括以下步骤：

（1）将上述废旧路面铣刨料按比例混合，在40～50℃的烘箱中保温1h，保温结束后倒入拌锅中，加入乳化沥青，拌合一个周期，随后加入废旧塑料粉，继续拌合一个周期，获得沥青混合料；

（2）取出沥青混合料放入微波加热装置中升温至160℃，保温30s；

（3）随后装入不同种类预制构件试模中，定荷400kN，得到沥青混凝土预制构件；

（4）采用乳化沥青稀浆封层混合料对预制构件进行表面处置。

上述乳化沥青稀浆封层混合料由以下组分构成：0～3mm铣刨料掺量为50份，3～5mm铣刨料掺量为50份；乳化沥青掺量为8份；水泥掺量为1.5份；水掺量为8份。

实施例2

一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件，由以下组分构成：

废旧路面铣刨料（组成为：0～3mm的废旧路面铣刨料45份，3～5mm的废旧路面铣刨料55份）、乳化沥青（掺量占铣刨料的3.5份）、废旧塑料粉（掺量占铣刨料的6.5份）。

制备流程包括：将上述废旧路面铣刨料按比例混合，在40～50℃的烘箱中保温1h，保温结束后倒入拌锅中，加入乳化沥青，拌合一个周期，随后加入废旧塑料粉，继续拌合一个周期，获得沥青混合料；取出沥青混合料放入微波加热装置中升温至160℃，保温30s，随后装入不同种类预制构件试模中，定荷400kN，得到沥青混凝土预制构件，并采用乳化沥青稀浆封层混合料对预制构件进行表面处置。

上述乳化沥青稀浆封层混合料由以下组分构成：铣刨料0～3mm掺量为55份，铣刨料3～5mm掺量为45份；乳化沥青掺量为7.5份；水泥掺量为2份；水掺量为9份。

实施例3

一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件，由以下组分构成：

废旧路面铣刨料（组成为：0～3mm的废旧路面铣刨料50份，3～5mm的废旧路面铣刨料50份）、乳化沥青（掺量占铣刨料的3份）、废旧塑料粉（掺量占铣刨料的8份）。

制备流程包括：将上述废旧路面铣刨料按比例混合，在40~50℃的烘箱中保温1h，保温结束后倒入拌锅中，加入乳化沥青，拌合一个周期，随后加入废旧塑料粉，继续拌合一个周期，获得沥青混合料；取出沥青混合料放入微波加热装置中升温至160℃，保温30s，随后装入不同种类预制构件试模中，定荷400kN，得到沥青混凝土预制构件，并采用乳化沥青稀浆封层混合料对预制构件进行表面处置。

上述乳化沥青稀浆封层混合料由以下组分构成：铣刨料0～3mm掺量为60份，铣刨料3～5mm掺量为40份；乳化沥青掺量为7份；水泥掺量为2.5份；水掺量为9.5份。

实施例4

同实施例2的一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件制备方法，所不同的是，微波加热保温温度为150℃。

实施例5

同实施例2的一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件制备方法，所不同的是，微波加热保温温度为170℃。

实施例6

同实施例2的一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件制备方法，所不同的是，微波加热保温时间为10s。

实施例7

同实施例2的一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件制备方法，所不同的是，微波加热保温时间为60s。

本发明所述的一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件及其制备方法，提出了采用沥青含量较高的细料作为骨料，乳化沥青作为胶结料，废旧塑料粉作为固化材料，以微波加热及静压成型的方式得到混凝土预制构件，最后以乳化沥青稀浆封层混合料对预制构件进行表面处置。该预制构件可满足工程应用中对力学性能的要求，同时充分利用二次废旧铣刨料和废旧塑料，达到资源重复利用和保护生态环境的目的。

为了证明本发明所述的基于固废材料的沥青混凝土预制构件的优点，对实施例1-7所制得的基于固废材料的沥青混凝土预制构件的性能进行测试。

对比例1-2：选取两组现有常用的水泥混凝土预制构件（路缘石）。

本发明实施例1-7所制得的基于固废材料的沥青混凝土预制构件与对比例1-2中的水泥混凝土预制构件路用性能试验结果如下表1所示。

表1. 预制构件路用性能试验结果

分析上述试验结果发现，采用本发明方法、用RAP料和废旧塑料粉制备的预制件，其力学性能与普通水泥混凝土预制件相当，但抗盐雾侵蚀能力和抗冻融能力远优于现有普通水泥混凝土预制件；本发明可充分利用废旧铣刨料，尤其是废旧细料，同时充分利用废旧塑料，缓解白色污染对环境的危害,同时提升了经济和环境效益。该发明方法操作方便,适合大面积应用与推广。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于固废材料的沥青混凝土预制构件，其特征在于，包括预制构件，所述预制构件的表面设置有乳化沥青稀浆封层；所述预制构件由以下重量份的组分组成：铣刨料100份、乳化沥青1.5～4.5份、废旧塑料粉3.5～8.5份；所述乳化沥青稀浆封层由以下重量份的组分组成：铣刨料98.5份、水泥1.5份、乳化沥青2.5～4.5份、水0.5～3.5份；

所述基于固废材料的沥青混凝土预制构件的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备沥青混合料：将铣刨料按比例混合，在40～50℃的烘箱中保温一段时间，保温结束后倒入拌锅中，加入乳化沥青，拌合均匀，随后加入废旧塑料粉，继续拌合均匀，获得沥青混合料；

（2）微波加热：取出沥青混合料放入微波加热装置中升温至160℃，保温30s；

（3）静压成型：随后将微波加热后的沥青混合料装入预制构件试模中，定荷400kN，采用静压成型的方式制备得到沥青混凝土预制构件；

（4）表面处理：采用乳化沥青稀浆封层混合料对预制构件进行表面处理，所述表面处理的方法为：按比例将乳化沥青稀浆封层混合料混合均匀，然后均匀洒布于预制构件表面。

2.根据权利要求1所述的基于固废材料的沥青混凝土预制构件，其特征在于，所述铣刨料为路面再生料混合料铣刨料，包括AC、SMA、OGFC、ATB、AM、ATPB、LSPM的任意一种或多种。

3.根据权利要求2所述的基于固废材料的沥青混凝土预制构件，其特征在于，所述预制构件所用铣刨料包括：0～3mm铣刨料40～55份和3～5mm铣刨料45～60份。

4.根据权利要求2所述的基于固废材料的沥青混凝土预制构件，其特征在于，所述乳化沥青稀浆封层所用铣刨料包括：0～3mm铣刨料55～65份和3～5mm铣刨料55～65份。

5.根据权利要求1所述的基于固废材料的沥青混凝土预制构件，其特征在于，所述乳化沥青为把道路石油沥青加热至熔融状态，在机械搅拌作用下，以细小的微粒分散于含有SBS胶乳及其助剂的水溶液中形成的水包油型乳液。

6.根据权利要求1所述的基于固废材料的沥青混凝土预制构件，其特征在于，所述废旧塑料粉为聚乙烯、聚丙烯塑料的一种或两种的混合物磨细的粉末，规格为30～50目。

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