一种基于碱激发强化的减碳再生骨料及其制备方法与流程

本发明属于道路工程，特别涉及一种基于碱激发强化的减碳再生骨料及其制备方法。

背景技术：

1、随着城市化进程的加速和基础设施建设的不断加强，建筑废弃物也随之大量产生，这些废弃物不仅占用了大量的土地资源，还对环境造成了严重污染。此外，针对建筑废弃物的处理还会产生大量的碳排放，如何环保、高效地利用这些废弃物已成为当前面临的重要问题。用建筑废弃物替换天然骨料来进行道路建设可以达到变废为宝，资源循环再利用的目的，可有效的保护自然资源，减少对天然骨料和能源的消耗，有效缓解资源与环境问题，再生骨料作为一种环保且经济的建筑材料，其应用具有广阔的前景。

2、然而，通过对再生骨料制备的沥青混凝土进行大量性能测试后人们发现，再生骨料与天然骨料的最主要差别是前者往往含有大量的附加砂浆和因为机械破碎产生的裂缝，从而导致再生骨料的利用存在以下两个重大问题：1、再生骨料的抗压强度只有普通天然骨料的80～90％，且弹性模量也偏低，在沥青混凝土中会导致强度不足；2、再生骨料密度低于天然骨料，表面存在大量孔隙，在沥青混凝土中会导致沥青用量增加；为了解决上述问题，现有的解决方法是采用水泥基材料对建筑废弃物进行强化，使其性能满足道路工程骨料的需求。

3、但传统的硅酸盐水泥在生产过程中会产生大量碳排放，据估算生产一吨硅酸盐水泥会向大气中排放一吨的co2，同时消耗大量的不可再生资源，采用硅酸盐水泥强化再生骨料不仅没有经济优势，而且会对环境产生破坏；而且目前废弃混凝土需要运送到专业设备处进行破碎、筛分、分级等处理后才可以用作再生骨料，过程比较复杂，使用不太便利，这也限制了再生骨料的广泛应用。

4、因此，开发一种绿色环保、经济且性能优良的再生骨料及其制备方法对目前建筑行业的发展具有重要的实际意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于碱激发强化的减碳再生骨料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于碱激发强化的减碳再生骨料，包括以下组分及其相应的质量比例：废旧混凝土骨料70％～85％、碱激发剂5％～10％、地聚合物8％～15％、沥青温拌剂2％～5％，其中废旧混凝土骨料、碱激发剂、地聚合物以及沥青温拌剂的组分的比例均以单位体积质量计。

4、优选地，所述废旧混凝土骨料的粒径为2～25mm。

5、优选地，所述碱激发剂包括模数为1～2.5的固体水玻璃和碱性氧化物，其中固体水玻璃占碱激发剂的质量比为40％～80％，碱性氧化物占碱激发剂的质量比为20％～60％。

6、优选地，所述碱性氧化物包括氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠中的任一种或多种混合物。

7、优选地，所述地聚合物包括偏高岭土、粉煤灰和高炉矿渣中的任一种或多种混合物。

8、优选地，所述沥青温拌剂为合成沸石类沥青温拌剂。

9、一种基于碱激发强化的减碳再生骨料的制备方法，包括以下步骤：

10、s10、清洁与处理：将经过破碎筛分、粒径在2～25mm之间的废旧混凝土骨料进行清水淘洗和冲洗，直至水中清澈无泥沙，得到预处理废旧混凝土骨料；

11、s20、干燥：将预处理废旧混凝土骨料置于温度为110±5℃的烘箱中，进行通风干燥4～6小时，得到干燥废旧混凝土骨料；

12、s30、地聚合物浆体制备：根据预设的碱掺量，精确计算所需碱激发剂和地聚合物的质量，接着将地聚合物原料溶解于激发剂溶液中，搅拌制成地聚合物浆体；

13、s40、沥青温拌剂混合：将沥青温拌剂加入地聚合物浆体中，搅拌均匀，使沥青温拌剂均匀分散在地聚合物浆体中，得到混合浆体；

14、s50、强化：将步骤s40制备的混合浆体与步骤s20制备的废旧混凝土骨料在真空条件下混合，从而使地聚合物和沥青温拌剂均匀裹覆在废旧混凝土骨料表面；

15、s60、成型养生：取出强化后的混合废旧混凝土骨料，并过滤掉混合后的杂质，将混合废旧混凝土骨料置于标准养护室中养生，形成减碳再生骨料。

16、优选地，所述在步骤s10中，还包括以下步骤：

17、s101、筛分骨料：选用孔径为2～25mm筛网对经过初步破碎的废弃混凝土骨料进行筛分，收集筛分后的废弃混凝土骨料，准备进行下一步淘洗；

18、s102、骨料淘洗：将筛网分离出2～25mm粒径范围内的废弃混凝土骨料倒入洗涤槽或大型容器中，用清水对其充分浸泡，并通过搅拌工具对其搅拌30～60分钟，去除废弃混凝土骨料表面的污垢；

19、s103、骨料冲洗：将废弃混凝土骨料从洗涤槽取出，并使用清水对其冲洗2～4次，确保废弃混凝土骨料表面干净无泥沙；

20、s104、检查与干燥：将冲洗干净的废弃混凝土骨料摊开在干净的区域进行目视检查和干燥，确保废弃混凝土骨料表面清洁无杂质，以便进行后续步骤。

21、优选地，所述在步骤s20中，还包括以下步骤：

22、s201、准备烘箱：检查烘箱的工作状态，确保其正常运行且温度控制准确，将烘箱温度设定为110℃，并设置温度浮动范围为±5℃，以保持恒温环境；

23、s202、干燥骨料：取预处理后的清洁废弃混凝土骨料，均匀铺放在烘箱内的托盘上，启动烘箱加热功能，设定干燥时间为4～6小时，开启烘箱的通风装置，确保空气流通，加速废弃混凝土骨料干燥过程；

24、s203、完成干燥：在干燥过程中，定期检查烘箱内的温度和废弃混凝土骨料状态，达到设定的干燥时间后，关闭烘箱加热功能，打开烘箱门，使用工具将干燥后的废弃混凝土骨料从烘箱中取出，放置在干净、干燥的容器中，以便进行后续步骤。

25、优选地，所述在步骤s30中，还包括以下步骤：

26、s301、碱激发剂制备：根据预设的碱掺量(以na2o占胶凝材料总质量的百分比计)，精确计算出所需的水玻璃和碱性氧化物的质量；接着将称量出的固体水玻璃逐渐加入到适量的水中，边加入边搅拌，确保固体水玻璃均匀溶解在水中，溶解完成后，让其冷却至室温，并进行18～30小时的陈化处理；然后将称量好的碱性氧化物逐渐加入到已配制好的水玻璃溶液中，搅拌至碱性氧化物完全溶解，并确保溶液均匀，溶解完成后，让激发剂溶液冷却至室温备用；

27、s302、地聚合物制备：根据预设的碱掺量(以na2o占胶凝材料总质量的百分比计)，精确计算出所需的地聚合物的质量，根据碱掺量的需求，选取偏高岭土、粉煤灰、硅灰和高炉矿渣中的一种或多种混合物作为地聚合物原料；

28、s303、制备地聚合物浆体：将地聚合物少量多次地加入到碱激发剂溶液中，每次加入地聚合物，都需进行10～30分钟的充分搅拌，确保地聚合物完全溶解在碱激发剂中，获得均匀的地聚合物浆体，以便进行后续步骤。

29、优选地，所述在步骤s40中，还包括以下步骤：

30、s401、初步混合：取一定量的地聚合物浆体放入混合容器中，并按照5:1的比例，将相应的沥青温拌剂加入地聚合物浆体中，在加入沥青温拌剂的过程中用搅拌器轻轻搅拌，使沥青温拌剂初步分散在地聚合物浆体中，避免出现大块聚集；

31、s402、持续搅拌混合：开启搅拌机，设定搅拌时间为30～60分钟，在搅拌过程中，定期检查混合浆体的均匀性，确保沥青温拌剂完全分散，并与地聚合物浆体充分融合；

32、s403、取样检查：搅拌结束后，取样检查混合浆体的均匀性和稠度，如发现有不均匀或结块现象，可适当延长搅拌时间或进行手动搅拌以改善均匀性，方便后续与废弃混凝土骨料进行混料。

33、优选地，所述在步骤s50中，还包括以下步骤：

34、s501、混料抽真空：将步骤s40中制备的混合浆体和步骤s20中制备的废弃混凝土骨料，按照3:5的比例放入真空釜中，接着封闭真空釜，并启动真空泵抽出釜内空气，创造一个低压环境，减少混合过程中气泡的产生；

35、s502、振荡混料：在真空状态下，启动真空釜内的振荡装置，设定振荡时间为30～60分钟，确保混合浆体能够充分且均匀地包裹每一颗废弃混凝土骨料；

36、s503、静置处理：停止振荡后，让废弃混凝土骨料在真空釜中静置1～3小时，使混合浆体更加稳定地附着在废弃混凝土骨料表面；

37、s504、过滤杂质：静置结束后，打开真空釜，取样检查废弃混凝土骨料与混合浆体的混合效果，并使用细筛或过滤器将混合废弃混凝土骨料进行过滤，去除任何未附着的杂质或小颗粒，确保混合废弃混凝土骨料的纯净度。

38、优选地，所述在步骤s60中，还包括以下步骤：

39、s601、骨料养护：将过滤后的混合废弃混凝土骨料平铺在标准养护室中的托盘或架子上，设定标准养护室的温度为25±2℃，湿度为92％～98％，模拟养护环境；

40、确保混合废弃混凝土骨料之间有一定的间距，以利于湿气和热量的均匀分布；

41、s602、骨料养生：混合废弃混凝土骨料在标准养护室中静置20～40小时，以确保混合浆体充分固化并与废弃混凝土骨料形成牢固的减碳再生骨料；

42、s603、检查与储料：养护结束后，取出减碳再生骨料，并进行检查和评估，将合格的减碳再生骨料存放在干燥、通风的地方，以备后续使用。

43、与现有技术相比，本技术的技术方案具有以下有益技术效果：本发明通过利用废弃的混凝土骨料替代传统的天然碎石骨料，不仅实现了资源的有效循环利用，还显著减少了对天然资源的过度开采，缓解了因废弃混凝土无序堆放而造成的环境压力，不仅可以解决现有再生骨料存在的问题，还可以为道路工程建设提供可持续的建筑材料，体现了对可持续发展理念的深刻践行；通过采用特定的碱激发剂对骨料颗粒进行强化，不仅提高了骨料颗粒的强度和密度，使其性能满足道路工程骨料的需求，而且制备过程简单环保，无需使用硅酸盐水泥等传统强化材料，从而降低了碳排放和对环境的破坏；通过优化碱激发剂的配方，进一步提高骨料颗粒的强化效果，在碱性溶液的激发下，地聚合物形成了一种独特的三维网络凝胶体，这种胶凝体拥有卓越的热稳定性、化学稳定性和粘接强度，从而有效弥补了再生骨料在强度上的不足，大幅提升了其整体性能；本发明利用再生骨料表面的微孔与裂纹来吸附沥青温拌剂，不仅显著降低了再生骨料沥青混凝土在拌和过程中的施工温度，还有效地减少了碳排放，同时，本发明的制备方法还可以对建筑废弃物进行就地处理，避免了长距离运输和复杂加工的问题，简化了施工流程，提高了再生骨料的便利性和经济性。

44、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。