废旧建筑材料制备路用改性再生骨料的性能探究

张莹

（河北雄安京德高速公路有限公司，河北 廊坊 065700）

一、引言

随着现代化建设和城镇化进程的加快，我国已成为世界级的“基建狂魔”，但随之而来的是随处可见的废旧建筑垃圾。如何合理利用废旧建筑材料是我国亟需解决的主要问题[1，2]。将废旧建筑材料破碎后用作筑路材料是目前的主流措施之一[3]。

废旧材料制备的再生骨料在道路工程领域已有较多的应用案例，例如将金属尾矿砂材料、砖混材料[4-6]等用于道路建设。对于如何改进废旧水泥混凝土所制备的再生骨料的性能尚缺乏相应研究，改性再生骨料在水泥混凝土等基层材料中的应用则相对较多。例如，元成方[7]、朱勇年[8]等采用纳米二氧化硅溶液作为改性剂改性处理再生骨料，制备的改性再生骨料水泥混凝土低温强度及抵抗变形能力大幅提升。杨洪生等[9]则采用橡胶粉改性处理再生骨料，认为橡胶粉对再生水泥混凝土的抗冻性有较大影响，改性再生骨料混凝土的冻融循环损伤可减少约30%。罗素蓉等[10]进一步将纳米碳酸钙溶液混入纳米二氧化硅溶液中，将形成的混合溶液作为再生骨料的改性剂对其改性处理，结果表明改性后的再生骨料其内部产生了高密度的水化物，其断裂性有所提高。

综上所述，本文将继续在基层再生骨料改性的基础上，采用有机溶液改性再生骨料以适用于沥青混合料，主要研究改性再生集料的物理性质和力学性能。其中，物理性质主要包括表观相对密度和吸水率；力学性能主要包括高温压碎值和洛杉矶磨耗值。

本文的天然粗集料和细集料均采用石灰岩，如图1所示，其性能检测结果如表1和表2所示。

图1 天然骨料

表1 天然骨料试验结果

表2 天然细骨料试验结果

二、原材料及试验方案

（一）原材料

1.集料

2.再生骨料

本文选用废旧水泥混凝土建筑垃圾制备的粒径分别为0mm～5mm、5mm～10mm和10mm～20mm的再生骨料，如图2所示。将再生骨料水洗除泥沙并烘干后与相应粒径范围的天然集料开展试验对比。

图2 再生骨料

为进一步提升再生骨料的性能，采用3种浓度的有机硅树脂溶液对除泥沙后的再生骨料做表面改性处理，开展相关试验。其中，所使用的有机硅树脂溶液的浓度分别为4%、5%和6%。表面改性处理的程序为将再生骨料浸泡到相应浓度的有机硅树脂溶液中1h，然后取出晒干即可，如图3所示。

图3 表面处理后及未处理的再生骨料对比

（二）试验方案

本文主要对比天然集料与再生集料之间的物理性质和力学性能的差异性。其中，物理性质主要包括表观相对密度和吸水率；力学性能主要包括高温压碎值和洛杉矶磨耗值。

三、试验结果及分析

（一）表观相对密度

表观相对密度试验结果，如图4所示。

图4 毛体积相对密度

天然集料的表观相对密度最大，其次为再生骨料。这是由于再生骨料外表面存在着较多固结的多孔水泥胶浆，密度小于骨料，且多孔隙松散结构会进一步降低再生骨料的表观相对密度。而采用不同浓度的有机硅树脂溶液浸泡后，再生骨料的表观相对密度大大降低。这说明经过有机硅树脂溶液浸泡后，有机硅树脂会进入并填充至多孔水泥胶浆固结体的孔隙中；同时，有机硅树脂会将通过孔隙填充将松散的多孔水泥胶浆材料固结，形成一个整体，降低其表观相对密度。

（二）吸水率

吸水率试验结果，如图5所示。

图5 吸水率

未经处理的再生骨料的吸水率最高，且随着骨料粒径的增大而增大；其中，粒径为5mm～10mm的再生骨料的吸水率为3.8%，而粒径为10mm～20mm的再生骨料的吸水率为4.7%。这是因为在再生骨料中存在着大量的废旧水泥胶浆，内部具有大量孔隙结构；当浸水时，空隙会存留大量水分导致再生骨料的吸水率增大，水泥胶浆也会吸水并导致再生骨料的吸水率进一步增大。经过有机硅树脂溶液改性处理后的再生骨料，其废旧水泥胶浆固结体内部的空隙多被有机硅树脂填充，且有机硅树脂会将松散的废旧水泥胶浆进一步固结，形成一个整体，导致其吸水率大大降低。再生骨料的吸水率的降低会进一步降低其在沥青混合料中对沥青的消耗量，即可减少沥青用量。随着有机硅树脂溶液浓度由4%增长至5%，表面改性处理后的再生骨料的吸水率会略有降低；但当浓度由5%增长至6%，其吸水率几乎不变。因此，推荐采用浓度为5%的有机硅树脂溶液浓度对再生骨料做表面改性处理。

（三）高温压碎值和洛杉矶磨耗值

高温压碎值和洛杉矶磨耗值试验结果，如图6所示。

图6 高温压碎值和洛杉矶磨耗值

集料的高温压碎值和洛杉矶磨耗值是评价其力学性能的指标。根据规范，集料的高温压碎值不应超过25%，而集料的洛杉矶磨耗值则不应超过16%。由图6可知，未经处理的再生骨料的高温压碎值和洛杉矶磨耗值分别比天然集料高出126.32%和104.96%，这是由两方面原因导致的：一方面是再生骨料外表面存在着的废旧水泥胶浆固结体，该固结体内部结构松散且存在着较多的空隙结构，导致其力学性能较低，无法承受较大的力；另一方面是废旧水泥混凝土在长期的使用过程中，存在一定的材料风化和材料疲劳作用，进一步降低了再生骨料力学性能。

采用有机硅树脂溶液对再生骨料做表面改性处理后，其高温压碎值和洛杉矶磨耗值均大幅度降低。当有机硅树脂溶液浓度由4%增长至6%时，再生骨料的高温压碎值分别降低了17.94%、41.20%和41.86%，再生骨料的洛杉矶磨耗值分别降低了25.26%、31.49%和38.06%。这是由于经过有机硅树脂溶液浸泡后，再生骨料外表面松散的水泥胶浆固结体结构得到了填充和固结，整体强度显著提升。但是，经过有机硅树脂固化后的水泥胶浆固结体的强度仍低于骨料，因为再生骨料中的材料疲劳是不可逆的。

四、结语

对比再生骨料表面改性处理前后与天然集料的性能，本文得到如下结论：再生骨料的外表面的废旧水泥胶浆固结体存在较多空隙结构，导致再生骨料的吸水率升高、力学强度降低，高温压碎值和洛杉矶磨耗值均大幅提高；表面改性处理后的再生骨料的吸水率降低至原始值的十分之一，且与天然集料的吸水率大致一致，其力学性能大幅提升，高温压碎值和洛杉矶磨耗值均大幅度降低；基于试验结果，认为将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处理，提高其力学性能并降低对沥青的需求量；经过试验，本文认为可采用浓度为5%的有机硅树脂溶液对再生骨料做改性处理。