廢舊建筑材料制備路用改性再生骨料的性能探究

張瑩

（河北雄安京德高速公路有限公司，河北 廊坊 065700）

一、引言

隨著現代化建設和城鎮化進程的加快，我國已成為世界級的“基建狂魔”，但隨之而來的是隨處可見的廢舊建筑垃圾。如何合理利用廢舊建筑材料是我國亟需解決的主要問題[1，2]。將廢舊建筑材料破碎后用作筑路材料是目前的主流措施之一[3]。

廢舊材料制備的再生骨料在道路工程領域已有較多的應用案例，例如將金屬尾礦砂材料、磚混材料[4-6]等用于道路建設。對于如何改進廢舊水泥混凝土所制備的再生骨料的性能尚缺乏相應研究，改性再生骨料在水泥混凝土等基層材料中的應用則相對較多。例如，元成方[7]、朱勇年[8]等采用納米二氧化硅溶液作為改性劑改性處理再生骨料，制備的改性再生骨料水泥混凝土低溫強度及抵抗變形能力大幅提升。楊洪生等[9]則采用橡膠粉改性處理再生骨料，認為橡膠粉對再生水泥混凝土的抗凍性有較大影響，改性再生骨料混凝土的凍融循環損傷可減少約30%。羅素蓉等[10]進一步將納米碳酸鈣溶液混入納米二氧化硅溶液中，將形成的混合溶液作為再生骨料的改性劑對其改性處理，結果表明改性后的再生骨料其內部產生了高密度的水化物，其斷裂性有所提高。

綜上所述，本文將繼續在基層再生骨料改性的基礎上，采用有機溶液改性再生骨料以適用于瀝青混合料，主要研究改性再生集料的物理性質和力學性能。其中，物理性質主要包括表觀相對密度和吸水率；力學性能主要包括高溫壓碎值和洛杉磯磨耗值。

本文的天然粗集料和細集料均采用石灰巖，如圖1所示，其性能檢測結果如表1和表2所示。

圖1 天然骨料

表1 天然骨料試驗結果

表2 天然細骨料試驗結果

二、原材料及試驗方案

（一）原材料

1.集料

2.再生骨料

本文選用廢舊水泥混凝土建筑垃圾制備的粒徑分別為0mm～5mm、5mm～10mm和10mm～20mm的再生骨料，如圖2所示。將再生骨料水洗除泥沙并烘干后與相應粒徑范圍的天然集料開展試驗對比。

圖2 再生骨料

為進一步提升再生骨料的性能，采用3種濃度的有機硅樹脂溶液對除泥沙后的再生骨料做表面改性處理，開展相關試驗。其中，所使用的有機硅樹脂溶液的濃度分別為4%、5%和6%。表面改性處理的程序為將再生骨料浸泡到相應濃度的有機硅樹脂溶液中1h，然后取出曬干即可，如圖3所示。

圖3 表面處理后及未處理的再生骨料對比

（二）試驗方案

本文主要對比天然集料與再生集料之間的物理性質和力學性能的差異性。其中，物理性質主要包括表觀相對密度和吸水率；力學性能主要包括高溫壓碎值和洛杉磯磨耗值。

三、試驗結果及分析

（一）表觀相對密度

表觀相對密度試驗結果，如圖4所示。

圖4 毛體積相對密度

天然集料的表觀相對密度最大，其次為再生骨料。這是由于再生骨料外表面存在著較多固結的多孔水泥膠漿，密度小于骨料，且多孔隙松散結構會進一步降低再生骨料的表觀相對密度。而采用不同濃度的有機硅樹脂溶液浸泡后，再生骨料的表觀相對密度大大降低。這說明經過有機硅樹脂溶液浸泡后，有機硅樹脂會進入并填充至多孔水泥膠漿固結體的孔隙中；同時，有機硅樹脂會將通過孔隙填充將松散的多孔水泥膠漿材料固結，形成一個整體，降低其表觀相對密度。

（二）吸水率

吸水率試驗結果，如圖5所示。

圖5 吸水率

未經處理的再生骨料的吸水率最高，且隨著骨料粒徑的增大而增大；其中，粒徑為5mm～10mm的再生骨料的吸水率為3.8%，而粒徑為10mm～20mm的再生骨料的吸水率為4.7%。這是因為在再生骨料中存在著大量的廢舊水泥膠漿，內部具有大量孔隙結構；當浸水時，空隙會存留大量水分導致再生骨料的吸水率增大，水泥膠漿也會吸水并導致再生骨料的吸水率進一步增大。經過有機硅樹脂溶液改性處理后的再生骨料，其廢舊水泥膠漿固結體內部的空隙多被有機硅樹脂填充，且有機硅樹脂會將松散的廢舊水泥膠漿進一步固結，形成一個整體，導致其吸水率大大降低。再生骨料的吸水率的降低會進一步降低其在瀝青混合料中對瀝青的消耗量，即可減少瀝青用量。隨著有機硅樹脂溶液濃度由4%增長至5%，表面改性處理后的再生骨料的吸水率會略有降低；但當濃度由5%增長至6%，其吸水率幾乎不變。因此，推薦采用濃度為5%的有機硅樹脂溶液濃度對再生骨料做表面改性處理。

（三）高溫壓碎值和洛杉磯磨耗值

高溫壓碎值和洛杉磯磨耗值試驗結果，如圖6所示。

圖6 高溫壓碎值和洛杉磯磨耗值

集料的高溫壓碎值和洛杉磯磨耗值是評價其力學性能的指標。根據規范，集料的高溫壓碎值不應超過25%，而集料的洛杉磯磨耗值則不應超過16%。由圖6可知，未經處理的再生骨料的高溫壓碎值和洛杉磯磨耗值分別比天然集料高出126.32%和104.96%，這是由兩方面原因導致的：一方面是再生骨料外表面存在著的廢舊水泥膠漿固結體，該固結體內部結構松散且存在著較多的空隙結構，導致其力學性能較低，無法承受較大的力；另一方面是廢舊水泥混凝土在長期的使用過程中，存在一定的材料風化和材料疲勞作用，進一步降低了再生骨料力學性能。

采用有機硅樹脂溶液對再生骨料做表面改性處理后，其高溫壓碎值和洛杉磯磨耗值均大幅度降低。當有機硅樹脂溶液濃度由4%增長至6%時，再生骨料的高溫壓碎值分別降低了17.94%、41.20%和41.86%，再生骨料的洛杉磯磨耗值分別降低了25.26%、31.49%和38.06%。這是由于經過有機硅樹脂溶液浸泡后，再生骨料外表面松散的水泥膠漿固結體結構得到了填充和固結，整體強度顯著提升。但是，經過有機硅樹脂固化后的水泥膠漿固結體的強度仍低于骨料，因為再生骨料中的材料疲勞是不可逆的。

四、結語

對比再生骨料表面改性處理前后與天然集料的性能，本文得到如下結論：再生骨料的外表面的廢舊水泥膠漿固結體存在較多空隙結構，導致再生骨料的吸水率升高、力學強度降低，高溫壓碎值和洛杉磯磨耗值均大幅提高；表面改性處理后的再生骨料的吸水率降低至原始值的十分之一，且與天然集料的吸水率大致一致，其力學性能大幅提升，高溫壓碎值和洛杉磯磨耗值均大幅度降低；基于試驗結果，認為將再生骨料用作筑路材料是可行的，但在使用前需做表面改性處理，提高其力學性能并降低對瀝青的需求量；經過試驗，本文認為可采用濃度為5%的有機硅樹脂溶液對再生骨料做改性處理。