專利名稱：有機(jī)硅強(qiáng)化劑、再生集料、及瀝青混合料與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢棄物資源循環(huán)利用領(lǐng)域，尤其涉及一種有機(jī)硅強(qiáng)化劑、再生集料、及浙青混合料與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，隨著世界范圍內(nèi)城市化進(jìn)程的加快，建筑業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展階段，建筑垃圾的處理量和處理費(fèi)用越來越高，由此引起的社會(huì)環(huán)境問題也越來越多。根據(jù)有關(guān)資料的測(cè)算，我國(guó)每年僅施工建設(shè)所產(chǎn)生的建筑廢渣就有4000萬t，其中約34%是混凝土塊，貝1J由此產(chǎn)生的廢棄混凝土(waste Concrete)就有1360萬t,而且隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的進(jìn)一步加快，今后廢棄混凝土也必然隨之增加。 另外，鋼渣等固體廢棄物也逐年增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼渣的產(chǎn)量占到鋼鐵生產(chǎn)量的18%-20%左右，目前我國(guó)積存的鋼渣已有2億多噸，而且每年仍以800-900萬噸的排渣量遞增，占據(jù)了大量的土地資源，同時(shí)影響了區(qū)域環(huán)境。而其中鋼渣廢料中有的80%未能被有效利用。目前，這些固體廢棄物的處理辦法主要是運(yùn)往郊外棄置或填埋，這既占用土地又影響環(huán)境。而將固體廢棄物經(jīng)過破碎、清洗與分級(jí)后，按一定的比例與級(jí)配混合后作為新的混凝土的集料，稱為再生集料。制備的再生集料可以重新用于水泥混凝土或者浙青混合料中。另外，公路建設(shè)中集料短缺的問題日益嚴(yán)重。據(jù)估算，2011年我國(guó)用于公路建設(shè)的浙青混凝土達(dá)5. 7億噸，消耗了天然碎石骨料近5. I億噸。對(duì)于不可再生的天然砂石資源來說，如此大的消耗量幾乎意味著消耗殆盡。在這樣的形勢(shì)下，大規(guī)模的應(yīng)用再生集料成為了解決集料短缺的必由之路。再生集料的應(yīng)用完全滿足世界環(huán)境組織提出的“綠色”的三大含義(1)節(jié)約資源、能源；(2)不破壞環(huán)境，更應(yīng)有利于環(huán)境；(3)可持續(xù)發(fā)展，既可滿足當(dāng)代人的需求，又不危害后代人滿足其需要的能力。國(guó)內(nèi)外的研究人員對(duì)再生集料的研究和應(yīng)用已經(jīng)取得了很多的成果。用途主要集中在在公路浙青混合料，水泥混凝土和鋼筋混凝土中以取代部分天然集料。1991年日本政府制定的《資源重新利用促進(jìn)法》規(guī)定建筑施工過程產(chǎn)生的渣土、混凝土塊、浙青混凝土塊、木材、金屬等建筑垃圾，必須送往“再生資源化設(shè)施”進(jìn)行處理。根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦公路局統(tǒng)計(jì)，截止2003年，美國(guó)現(xiàn)在己有超過20個(gè)州在公路建設(shè)中采用再生混凝土，26個(gè)州允許將再生集料作為基層材料，4個(gè)州允許將再生集料作為底基層材料，將再生集料應(yīng)用于基層和底基層的28個(gè)州級(jí)機(jī)構(gòu)中，有15個(gè)制定了關(guān)于再生集料和再生集料混凝土的相關(guān)規(guī)范；在歐洲，在20世紀(jì)80年代，荷蘭就制定了有關(guān)利用再生混凝土集料制備素混凝土、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的規(guī)范，丹麥于1990年頒布法規(guī)修正案將回收的混凝土按強(qiáng)度分為2類其中強(qiáng)度為20MPa以下的為第I類，而強(qiáng)度為20-40MPa的為第2類。在使用這些再生集料的過程中，要求各類集料達(dá)到一定的技術(shù)要求。我國(guó)對(duì)再生集料混凝土的開發(fā)研究晚于發(fā)達(dá)國(guó)家，但近年政府對(duì)建筑垃圾的循環(huán)再利用高度重視，制定的中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略鼓勵(lì)廢棄物的開發(fā)利用。目前國(guó)內(nèi)數(shù)十家大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)開展了再生混凝土的研究，取得了一定進(jìn)展，并在北京、上海等地的建筑企業(yè)在建筑垃圾，固體廢棄物回收利用方面做了一些有益的嘗試。再生集料混凝土的各項(xiàng)性能在很大程度上取決于再生集料的性質(zhì)。為此，國(guó)內(nèi)外對(duì)再生集料的性質(zhì)進(jìn)行了大量研究并且發(fā)現(xiàn)再生集料與天然集料比，具有孔隙率較高、密度較小、吸水性增強(qiáng)和集料強(qiáng)度較低等特點(diǎn)。其中再生集料的吸水率過高是制約其大規(guī)模應(yīng)用的最重要問題，尤其是應(yīng)用于浙青混合料中，集料吸水率過高將導(dǎo)致浙青用量的提高，從而明顯提高再生集料應(yīng)用的成本。另外，再生集料的吸水率過高，水分的存在導(dǎo)致再生集料與浙青的粘附性不好，使得水損害發(fā)生的機(jī)率增高。一般而言，再生細(xì)集料的吸水率為10-12%，粗集料的吸水率為2. 5-12%。為解決制約再生集料應(yīng)用的難題，必須要對(duì)再生集料進(jìn)行強(qiáng)化處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種有機(jī)硅強(qiáng)化劑、再生集料、及浙青混合料與應(yīng)用方法，使用該有機(jī)硅強(qiáng)化劑處理廢棄集料后得到的再生集料的吸水率顯著降低、并能提高再生集料與浙青的粘附性能。本發(fā)明的技術(shù)方案為
有機(jī)硅強(qiáng)化劑，其特征在于，它由下列組分按重量百分比組成50%-98%的有機(jī)硅樹脂溶液、1%-30%的滲透劑、及1%_20%的增粘劑。上述方案中，所述有機(jī)硅樹脂溶液由質(zhì)量比為40-60:1-10:2-10:5-15:0-2:10-40
的甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、二甲基二乙氧基硅烷、乙醇、堿液和水于反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為25°C _150°C時(shí)反應(yīng)合成。上述方案中，所述滲透劑為異丁基三乙氧基硅烷、聚甲基三乙氧基硅烷、甲基氫二乙氧基娃燒、~■甲基~■乙氧基娃燒、或異丁稀二乙氧基娃燒中的一種或者任意兩種以上的混合。上述方案中，所述增粘劑為Y-氨丙基二乙氧基娃燒、Y-硫丙基二乙氧基娃燒、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、或乙烯基二甲氧基娃燒。再生集料，所述再生集料由下述方法制備得到將權(quán)利要求I至4任一項(xiàng)所述的有機(jī)硅強(qiáng)化劑噴灑于廢棄集料或者將廢棄集料浸泡于權(quán)利要求I至4任一項(xiàng)所述的有機(jī)硅強(qiáng)化劑后，在25-60°C的溫度下養(yǎng)生2-5天，即得到所述再生集料。上述方案中，將有機(jī)硅強(qiáng)化劑噴灑于廢棄集料時(shí)，所述有機(jī)硅強(qiáng)化劑與所述廢棄集料的質(zhì)量比為O. 5-4:100。上述方案中，所述廢棄集料為房屋建筑廢棄物、鋼渣廢棄物、或廢棄水泥混凝土路面破碎而成。浙青混合料，所述浙青混合料由下述方法制備得到將天然集料和權(quán)利要求5-7任一項(xiàng)所述的再生集料混合后加熱至170-180°C，然后與浙青，礦粉拌合形成所述浙青混合料，所述再生集料占所述天然集料的質(zhì)量百分比為60%-90%。浙青混合料在浙青路面的中下面層的應(yīng)用。本發(fā)明的原理為有機(jī)硅強(qiáng)化劑在固化前，其中的有機(jī)硅樹脂溶液能夠與再生集料空隙中的水分發(fā)生反應(yīng)，固化生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅氧主鏈結(jié)構(gòu)。一方面降低了再生集料中的水分含量，另一方面在再生集料的空隙中形成了致密的憎水有機(jī)硅薄膜，降低了再生集料的吸水率。有機(jī)硅強(qiáng)化劑中的增粘劑起到了偶聯(lián)作用，其含有兩種不同性質(zhì)的基團(tuán)，其中的氯基，甲氧基，乙氧基等基團(tuán)可以與集料發(fā)生縮聚反應(yīng)緊密結(jié)合，而其中的乙烯基，氨基，環(huán)氧基可以有效地粘附浙青，可以提高浙青與再生集料的粘附性。有機(jī)硅強(qiáng)化劑中的滲透劑起到表面活性的作用，可以降低強(qiáng)化劑的粘度與表面張力，使得有機(jī)硅強(qiáng)化劑能夠與集料更好的接觸，在集料的空隙中固化發(fā)揮防水作用。本發(fā)明的有益效果為
I.本發(fā)明中合成的有機(jī)硅強(qiáng)化劑可以顯著的降低再生集料的吸水率，提高再生集料與浙青的粘附性。 2.將處理后的再生集料大比例應(yīng)用于浙青混合料中，取代天然石料后，不影響浙青混合料的力學(xué)性能，并且還能減少浙青用量，大大降低成本。3.本發(fā)明的有機(jī)硅強(qiáng)化劑的合成工藝簡(jiǎn)單，成本低，并且比較環(huán)保。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明。實(shí)施例I
本實(shí)施例提供一種有機(jī)硅強(qiáng)化劑A，它由下列組分按重量百分比組成70%的有機(jī)硅樹脂溶液、28%的滲透劑、及2%的增粘劑。所述有機(jī)硅樹脂溶液由質(zhì)量比為40:10:2:5:0. 01:40的甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、二甲基二乙氧基硅烷、乙醇、堿液和水于反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為25°C _150°C時(shí)反應(yīng)合成。在本實(shí)施例中，堿液為氫氧化鈉溶液。所述滲透劑為異丁基三乙氧基硅烷、聚甲基三乙氧基硅烷、甲基氫二乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、或異丁烯三乙氧基硅烷中的一種或者任意兩種以上的混合。在本實(shí)施例中，選用異丁基三乙氧基硅烷。所述增粘劑為Y _氨丙基二乙氧基娃燒、Y _硫丙基二乙氧基娃燒、3_縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、或乙烯基三甲氧基硅烷。在本實(shí)施例中，選用Y-氨丙基三乙氧基硅烷。取兩份由廢棄水泥混凝土路面破碎而成的廢棄集料，第一份的粒徑范圍在
9.5-19mm,第二份的粒徑范圍在4. 75-9. 5mm。將每一份廢棄集料分成等質(zhì)量的五組。第一組噴灑占每組廢棄集料的質(zhì)量百分比為1%的有機(jī)硅強(qiáng)化劑A，得到再生集料；第二組噴灑占每組廢棄集料的質(zhì)量百分比為2%的有機(jī)硅強(qiáng)化劑A，得到再生集料；第三組噴灑占每組廢棄集料的質(zhì)量百分比為3%的有機(jī)硅強(qiáng)化劑A，得到再生集料；第四組將廢棄集料浸泡(使有機(jī)硅強(qiáng)化劑淹沒廢棄集料即可)于有機(jī)硅強(qiáng)化劑A中30分鐘，得到再生集料；第五組對(duì)廢棄集料不做任何處理，作為對(duì)比樣。實(shí)施例2
本實(shí)施例提供一種有機(jī)硅強(qiáng)化劑B，它由下列組分按重量百分比組成80%的有機(jī)硅樹脂溶液、18%的滲透劑、及2%的增粘劑。所述有機(jī)硅樹脂溶液由質(zhì)量比為60:1:10:15:0.01:10的甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、二甲基二乙氧基硅烷、乙醇、堿液和水于反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為25V -150°C時(shí)反應(yīng)合成。在本實(shí)施例中，堿液為氫氧化鈉溶液。所述滲透劑為異丁基三乙氧基硅烷、聚甲基三乙氧基硅烷、甲基氫二乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、或異丁烯三乙氧基硅烷中的一種或者任意兩種以上的混合。在本實(shí)施例中，選用甲基氫二乙氧基硅烷。所述增粘劑為Y _氨丙基二乙氧基娃燒、Y _硫丙基二乙氧基娃燒、3_縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、或乙烯基三甲氧基硅烷。在本實(shí)施例中，選用Y-硫丙基二乙氧基娃燒。取兩份由廢棄水泥混凝土路面破碎而成的廢棄集料，第一份的粒徑范圍在9. 5-19mm,第二份的粒徑范圍在4. 75-9. 5mm。將每一份廢棄集料分成等質(zhì)量的五組。第一組噴灑占每組廢棄集料的質(zhì)量百分比為1%的有機(jī)硅強(qiáng)化劑B，得到再生集料；第二組噴灑 占每組廢棄集料的質(zhì)量百分比為2%的有機(jī)硅強(qiáng)化劑B，得到再生集料；第三組噴灑占每組廢棄集料的質(zhì)量百分比為3%的有機(jī)硅強(qiáng)化劑B，得到再生集料；第四組將廢棄集料浸泡于有機(jī)硅強(qiáng)化劑B中30分鐘，得到再生集料；第五組對(duì)廢棄集料不做任何處理，作為對(duì)比樣。實(shí)施例3
本實(shí)施例提供一種有機(jī)硅強(qiáng)化劑C，它由下列組分按重量百分比組成90%的有機(jī)硅樹脂溶液、8%的滲透劑、及2%的增粘劑。所述有機(jī)硅樹脂溶液由質(zhì)量比為50:8:8:10:1:30的甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、二甲基二乙氧基硅烷、乙醇、堿液和水于反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為25°C -150°C時(shí)反應(yīng)合成。在本實(shí)施例中，堿液為氫氧化鈉溶液。所述滲透劑為異丁基三乙氧基硅烷、聚甲基三乙氧基硅烷、甲基氫二乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、或異丁烯三乙氧基硅烷中的一種或者任意兩種以上的混合。在本實(shí)施例中，選用異丁烯三乙氧基硅烷。所述增粘劑為Y _氨丙基二乙氧基娃燒、Y _硫丙基二乙氧基娃燒、3_縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、或乙烯基三甲氧基硅烷。在本實(shí)施例中，選用3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷。取兩份由廢棄水泥混凝土路面破碎而成的廢棄集料，第一份的粒徑范圍在9. 5-19mm,第二份的粒徑范圍在4. 75-9. 5mm。將每一份廢棄集料分成等質(zhì)量的五組。第一組分別噴灑占每組廢棄集料的質(zhì)量百分比為1%的有機(jī)硅強(qiáng)化劑C，得到再生集料；第二組分別噴灑占每組廢棄集料的質(zhì)量百分比為2%的有機(jī)硅強(qiáng)化劑C，得到再生集料；第三組分別噴灑占每組廢棄集料的質(zhì)量百分比為3%的有機(jī)硅強(qiáng)化劑C，得到再生集料；第四組將廢棄集料浸泡于有機(jī)硅強(qiáng)化劑C中30分鐘，得到再生集料；第五組對(duì)廢棄集料不做任何處理，作為對(duì)比樣。將上述三個(gè)實(shí)施例中的4. 75-9. 5mm粒徑和9. 5_19mm粒徑的五組樣品養(yǎng)護(hù)3天后，將所有樣品浸泡在水中24小時(shí)，然后進(jìn)行吸水率的測(cè)試，測(cè)試方法按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E42-2005)，測(cè)試結(jié)果參見表I和表2。將上述三個(gè)實(shí)施例中的9. 5_19mm粒徑的五組樣品養(yǎng)護(hù)3天后，然后將所有樣品浸泡在水中24小時(shí)，然后進(jìn)行粘附性指標(biāo)的測(cè)試，測(cè)試方法按照《公路工程浙青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，測(cè)試結(jié)果參見表3。
表I 9. 5-19mm再生集料的吸水率
權(quán)利要求
1.有機(jī)硅強(qiáng)化劑，其特征在于，它由下列組分按重量百分比組成50%-98%的有機(jī)硅樹脂溶液、1%_30%的滲透劑、及1%_20%的增粘劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)硅強(qiáng)化劑，其特征在于，所述有機(jī)硅樹脂溶液由質(zhì)量比為40-60:1-10:2-10:5-15:0-2:10-40的甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、二甲基二乙氧基硅烷、乙醇、堿液和水于反應(yīng)釜內(nèi)，在溫度為25°C _150°C時(shí)反應(yīng)合成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)硅強(qiáng)化劑，其特征在于，所述滲透劑為異丁基三乙氧基硅烷、聚甲基三乙氧基硅烷、甲基氫二乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、或異丁烯三乙氧基娃燒中的一種或者任意兩種以上的混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)硅強(qiáng)化劑，其特征在于，所述增粘劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y-硫丙基三乙氧基硅烷、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基二甲氧基娃燒、或乙稀基二甲氧基娃燒。
5.再生集料，其特征在于，所述再生集料由下述方法制備得到將權(quán)利要求I至4任一項(xiàng)所述的有機(jī)硅強(qiáng)化劑噴灑于廢棄集料或者將廢棄集料浸泡于權(quán)利要求I至4任一項(xiàng)所述的有機(jī)硅強(qiáng)化劑后，在25-60°C的溫度下養(yǎng)生2-5天，即得到所述再生集料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的再生集料，其特征在于，將有機(jī)硅強(qiáng)化劑噴灑于廢棄集料時(shí)，所述有機(jī)硅強(qiáng)化劑與所述廢棄集料的質(zhì)量比為O. 5-4:100。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的再生集料，其特征在于，所述廢棄集料為房屋建筑廢棄物、鋼渣廢棄物、或廢棄水泥混凝土路面破碎而成。
8.浙青混合料，其特征在于，所述浙青混合料由下述方法制備得到將天然集料和權(quán)利要求5-7任一項(xiàng)所述的再生集料混合后加熱至170-180°C，然后與浙青，礦粉拌合形成所述浙青混合料，所述再生集料占所述天然集料的質(zhì)量百分比為60%-90%。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的浙青混合料在浙青路面的中下面層的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種有機(jī)硅強(qiáng)化劑、再生集料、及瀝青混合料與應(yīng)用。該有機(jī)硅強(qiáng)化劑由下列組分按重量百分比組成50%-98%的有機(jī)硅樹脂溶液、1%-30%的滲透劑、及1%-20%的增粘劑。該再生集料由下述方法制備將有機(jī)硅強(qiáng)化劑噴灑于廢棄集料或者將廢棄集料浸泡于有機(jī)硅強(qiáng)化劑后，在25-60℃的溫度下養(yǎng)生2-5天，即得到所述再生集料。該瀝青混合料由下述方法制備得到將天然集料和再生集料混合后加熱至170-180℃，然后與瀝青，礦粉拌合形成所述瀝青混合料，所述再生集料占所述天然質(zhì)量的質(zhì)量百分比為60%-90%。本發(fā)明中合成的有機(jī)硅強(qiáng)化劑可以顯著的降低再生集料的吸水率，提高再生集料與瀝青的粘附性。將處理后的再生集料大比例應(yīng)用于瀝青混合料中，取代天然石料后，不影響瀝青混合料的力學(xué)性能。
文檔編號(hào)C04B24/40GK102942326SQ201210474400
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月21日
發(fā)明者吳少鵬, 林俊濤, 楊世明, 陳美祝, 龐凌, 謝君, 雷敏, 萬里, 王騰 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)