废旧沥青路面静态无损粒化系统的制作方法

本实用新型属于公路工程建筑垃圾再利用领域，涉及一种废旧沥青混合料(简称rap：recycleasphaltpavement)破碎装置，属于废旧沥青资源二次利用技术。

背景技术：

经过大规模的公路投资建设，我国路网规模已居世界首位，伴随着公路建设的日益发展和更新，交通量的不断增加，尤其是重型以及超重型荷载货车的大量涌现，使得我国公路需要不断的翻修甚至重建，据初步统计，我国仅干线公路的大、中修工程每年就产生rap料超过1.6亿吨。目前我国公路路面材料循环利用率约30％，远低于发达国家90％以上的利用率水平。因此，加快公路路面废旧材料的循环利用对节约资源、降低排放及保护环境具有极其重要的作用。

由于技术的限制，在公路工程中，铣刨出来的rap料(废旧沥青混合料)，直接废弃会造成巨大的资源浪费，并且会造成环境污染。随着对环境保护和可持续发展的重视，沥青路面热再生技术，包括厂拌热再生技术和就地热再生技术发展迅速，今些年来在我国公路养护中得到了较为广泛的应用，这是也就是本实用新型所涉及的再利用技术领域。

早期厂拌热再生对rap的掺量有着较为严格的限制，尤其应用于路面面层时，一般要求rap的掺量不超过20％。随着技术的发展和社会的需求，人们开始尝试和研究在再生混合料中掺入更多的rap料，rap料的掺量增长到30％以上，甚至达到50％。而在就地热再生中，rap料的掺量更是达到80％以上。因此，高rap料掺量已成为当前我国沥青路面再生利用的发展趋势。

现有的废旧沥青再利用环节存在的主要问题是：

沥青路面使用过程中，在行车荷载和气候因素的双重作用下，沥青会发生老化，从而导致粘结性迅速下降，集料会发生破碎，从而导致级配严重破坏，故使用再生沥青材料的沥青路面在长期的运营过程中会产生裂缝、水损坏及车辙等路面病害并使其性能降低。

针对再生沥青再利用问题的解决方案，目前大部分是从使用环节着手解决，例如利用再生沥青铺设的沥青路面在使用过程中必须定期对其进行养护及改造工作。当路面病害较轻时，可以使用罩面、微表处等处理方式；当路面病害较重时，通常的做法是将旧沥青路面铣刨，再在上面重新铺筑沥青混合料。

本实用新型从废旧沥青再利用的工艺前端入手，即，从rap料的破碎、理化入手解决再利用中存在的问题，与现有的采用破碎机进行物理破解的方式完全不同。例如，现有技术中，当前，普遍采用的是颚式破碎机和反击式破碎机等机器进行破碎，这两种破碎方式成本低但其破碎效果不佳。颚式破碎机被广泛应用于开山采石的破碎中，当其应用在rap料的破碎中会夹碎石子，破坏rap料的原有级配；反击式破碎机由于主轴转速较高，应用在rap料的破碎中打击块和缓冲板磨损会比较快，同时也会打碎石子，破坏rap料的原有级配。这些破碎机工作原理都是通过挤压或者敲击的方式进行破碎，然而rap料是由粘性的沥青将各种规格的集料粘结在一起，挤压或者敲击对于沥青粘度作用不明显，因此破碎的程度较低，无法达到级配要求。

以下通过对本实用新型的问题、本质和效果进行详细的说明。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的不足，本实用新型提供一种基于内应力、胀力的破碎系统，通过浸泡、化学反应产生内应力，对现有的大块rap料，尤其是粒径超过20cm的大块rap料进行有效的、高效的破碎的设备系统。

本实用新型的目的通过如下技术方案来实现：

废旧沥青路面静态无损粒化系统，其特征在于，包括按照工艺先后顺序布置的：

物料仓，为一内部盛放浆料和rap料的容器，所述浆料浸没rap料；一套由真空吸水机、吸水垫和连接管路组成的吸水装置，该吸水装置中的吸水垫覆盖于rap料上；

破解装置，通过物理方法对rap料破解；

筛分装置，通过物理方法对rap料按粒度筛分。

进一步地，所述物料仓为不锈钢圆桶。

进一步地，所述破解装置为振动开裂机，所述振动开裂机具有一个由外壳围合而成的竖向设置的通道，上端为入料口，下端为出料口，并在入料口和出料口之间的通道内设置两个挡板，挡板之间交错设置，并在外壳的外部固定有偏心电机。

进一步地，所述破解装置为旋转破碎机，所述旋转破碎机的罐体内部中央处有旋转盘体，该罐体的顶部为入料口，底部为出料口，罐体的内壁上镶嵌有铸铁耐磨板，该旋转盘体由位于下方的调速变频电机驱动。

进一步地，所述旋转盘体的直径为入料口直径的1.5～2倍，转速大于120r/min。

进一步地，所述筛分装置为为新乡先锋机械公司的一款型号为3yz-1236的振动筛分机。

进一步地，所述振动筛分机按照粒级分为：＞20mm、10-20mm、5-10mm和0-5mm四级分类。

进一步地，所述吸水垫由尼龙过滤布和盖垫组成上端为不透气、下侧透气的囊状体，在盖垫上设置有抽真空接头，抽真空接头通过管道与真空吸水机进行连接。

进一步地，所述物料仓、破解装置和筛分装置自前向后形成连续的流水生产线。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型原理是要通过化学方法对大块rap料进行处理，运用抽真空方式对物料仓内的多余水分进行排除，将处理所需浆体进入大块rap料的孔隙中，并且充满，当化学反应开始后，7天内可以全部形成钙矾石膨胀体，将rap料胀散，就可以达到破碎的目的，而且还不会破坏被沥青包裹的集料，同时也会将沥青分散开，避免其粘结成团，对避免再生沥青的后期使用不利。

同时，该方法，原料为生产钛白粉废料和另外一种废料--高铝炉渣，可以变废为宝，资源再利用，且生成的钙矾石膨胀体对环境无任何污染，整个过程都是环保的，有利于产业的发展。

本实用新型尤其适用于粒径超过20cm的大块rap料的破碎，且产生的破碎效果均匀一致性强。

整个过程生热量小，基本不会产生对沥青造成老化的高温状态，所以破碎后的沥青的性能保持较好。

附图说明

图1为物料仓与真空吸水机的安装示意图。

图2为振动开裂机和振动筛分机的原理图。

如图3为试件养生1天后的sem断面结构图。

如图4为试件养生3天后的sem断面结构图。

如图5为试件养生7天后的sem断面结构图。

如图6为试件养生14天后的sem断面结构图。

如图7为试件养生21天后的sem断面结构图。

图8为扫描电镜的元素分析图。

图9为实施例二中破解部分的原理图。

图中：

1真空吸水机，

2混凝土吸水垫，

3物料仓，

4振动开裂机，41挡板，42偏心电机，

5振动筛分机，

6集料器，

7旋转破碎机，71入料口，72出料口，73铸铁耐磨板，74旋转盘体，75电机，76防护壳。

具体实施方式

本实用新型的原理在于，利用工业废渣━钛石膏结合高铝炉渣，并将工业废渣━钛石膏结合高铝炉渣有效的掺入沥青rap料中，产生钙矾石并形成膨胀体。钙矾石(aft相，3cao·al2o3·3caso4·32h2o)为钛石膏结合高铝炉渣的水化产物，属于钙铝硫酸盐矿物，是一种无色到黄色的矿物晶体，其含量约占水泥水化产物的7％。aft之所以能够膨胀，是因为它在形成过程中结合和吸附了32个水分子，这使得aft的固相体积增大125％左右。

其中，

钛石膏溶解产生和ca²⁺，高铝炉渣矿物产生oh^-和这些离子通过浓度差扩散聚集在一起，分三个步形成aft：

第一步：

第二步：[al(oh)6]^3-+3ca²⁺+12h2o→{ca3al(oh)6·12h2o}³⁺

第三步：

钙矾石这种物质并不稳定，主要有aft和afm两种基本类型，反应初期生成的是aft，随着温度的逐渐升高，aft会转化为afm，当温度逐渐降低并恢复正常时，afm又会转化为aft，aft与afm之间的相互转化是一个先膨胀后收缩再膨胀的过程，第二次膨胀过程是在强度完全形成之后发生的。

高铝炉渣：工业钛石膏＝3：2时，钙矾石的生成量比较多，形态比较明显，易于扫描电镜(简称sem)对其进行微观分析，因此，根据规范要求成型相应配比的净浆试件(所谓的试件是指粒径超过20cm的大块rap料样本，本实施例中使用的为粒径约为30cm的大块rap料)并进行标准养生，并分别对龄期为1天、3天、7天、14天和21天的试件进行检测。

将养生好的试件放入无水乙醇中进行脱水，然后用扫描电镜进行检测，试件的sem断面结构图和能谱图如图3至图7和图8所示，其中，图3至图7是试件在不同龄期下的sem断面结构图。

由图8扫描电镜的元素分析可以看出，钙矾石膨胀体(简称aft)对应的是图中针状晶体结构。

如图3所示，为试件养生1天后的sem断面结构图，针状晶体结构和絮纹状结构清晰可见，此时钙矾石膨胀体生成量很小。

如图4所示，为试件养生3天后的sem断面结构图，针状晶体生成区域迅速扩展，且晶体逐渐由针状转变为粗长的柱状。

如图5所示，为试件养生7天后的sem断面结构图，针状晶体生成区域继续扩大并呈现放射状。

如图6所示，为试件养生14天后的sem断面结构图，针状晶体继续逐渐转变为柱状。

如图7所示，为试件养生21天后的sem断面结构图，柱状晶体生成区域趋于稳定，针状晶体继续变粗并趋于稳定。

通过以上分析可以看出，钙矾石膨胀体的生成量和生成范围随着试件养生天数的增加而增大，显微形貌逐渐变厚变长，逐渐由针状晶体转变为柱状晶体，并在养生第3天时达到最大，到养生21天时趋于稳定，使试件整体呈膨胀的态势。

表3.10水泥:工业钛石膏:高铝炉渣＝1:0.4:0.6的长度变化

由表3.10可以看出，整体呈先膨胀后收缩的趋势，因为工业钛石膏和高铝炉渣掺量较多，反应时间变长，产生的膨胀体比较多，前7天一直呈膨胀趋势，7天后开始出现微弱收缩，此后到28天基本稳定，试件整体仍呈膨胀的态势，说明钙矾石膨胀体生成量大于水泥水化失水造成的收缩量，试件最终变形量约为0.207mm，最终应变约为1300×10^-6。

上述的化学反应和反应环境，通过以下装置和步骤来实现的：

准备工作，准备一台混凝土真空吸水机1、混凝土吸水垫2、物料仓3及可承受一定压力的管道。通过管道将真空吸水机和吸水垫连接起来。

例如，山东中运公司的一款型号为hzx-70混凝土真空吸水机及相关的混凝土吸水垫，混凝土真空吸水机和混凝土吸水垫之间通过橡胶管连接。

作为一种可以想到的预期，橡胶管的连接端应用密封胶密封，或者应用热缩管套在橡胶管和吸水垫的抽气嘴连接处，加热后热缩管收缩使其达到密封作用。

实施例一

参考图1，本实施例中，物料仓3宜使用圆筒状，因为圆形吸水垫可以与圆筒缝隙结合较为契合并且空间较大，可以放置更多需要破碎的rap料，若为方形或矩形的料仓，缝隙的贴合也同圆形一样，但是此种形状具有四个直角拐角，如果处理不当，密封效果就大打折扣；若为椭圆形的料仓，其密封效果可观，但是储料空间有限，所以圆形的料仓是最佳的选择。

在物料仓3内预先倒入适量的rap料，通常rap料的数量占据物料仓内体积的不超过三分之二即可，以便预留出足够的灌浆空间，通常的rap料的物理尺寸范围如下：

步骤一，浆料配比，按照实验室获得的最佳实验结果进行高铝炉渣与钛石膏＝3∶2配比，然后加水稀释，形成混合的溶液，也称之为混合的浆料、浆体、浆液，使配比完成后二者即进行反应，但是反应速度缓慢可以忽略不计，马上，及时的将混合后的浆体倒入物料仓内，浆体的注入高度应高于物料1-2cm，也就是说，浆料应完全浸没物料，并实现全覆盖，保证所有的物料皆在液面以下，以便所有的物料皆能够充分的吸收浆料。

例如，在本实施例的具体实施过程中，应保证将物料在物料仓内紧密排列，可适当采取夯实工艺，避免内部空虚，并尽量形成基本平的表面，有效的提高单次的处理量。例如物料仓本实施例中选用的为半径为3m，高为1.5m的圆桶体，可以获得最大的性价比。

物料应尽量填充满仓内空间的第二个优点是，方便吸水垫覆盖完全，有利于真空吸水。这是因为，当将混凝土吸水垫放置到浆体表面，混凝土吸水垫的下表面的尼龙过滤布与浆料接触。我们知道，一种常识，混凝土吸水垫作为一种现有的产品，其结构组成为：混凝土吸水垫由尼龙过滤布和盖垫组成上端为不透气，下侧透气的囊状体，在盖垫上设置有抽真空接头，抽真空接头通过管道与真空吸水机进行连接，为保证优异的吸水效果，在吸水垫的四周胶接一圈封边保证其密封性能，这样，保证尼龙过滤布全部的有效的朝向下方的浆体。

步骤二，对浆料内多余的水分抽取，开动真空吸水机，通过真空吸水机的抽力将吸水垫紧密压在浆体表面，仓内多余水分被吸水垫吸收，浆体也随着水分向上运动，进入物料孔隙中，填充充分，这一过程中伴随着仓内的浆料被浓缩，多余的水分则通过吸水垫上的尼龙过滤布和管道进入到真空吸水机，由真空吸水机存储或者外排。

步骤三，静置养护，当浆体浓缩到预定程度后，即停止并撤去真空吸水机，然后，在室温下静置7天，让钛石膏和高铝炉渣充分反应，反应的结果是产生钙矾石膨胀体。经过实验室的小型中梁膨胀性试验，结果得出会形成大于2mpa自应力钙矾石膨胀体，膨胀体积很大，由于浆体的细度较细，会在进入物料时填充充分，并使两者反应充分，得到更大膨胀体，更容易胀裂沥青回收rap料，并将rap料物料胀开。

步骤四，筛分，将养护7天后的rap料放入振动开裂机4和振动筛分机5，该振动开裂机和振动筛分机通过振动分离的方式对物料进行破解、筛分具体的过程是：

先通过振动开裂装置，通过振动将物料进一步分散均匀，通常由于步骤三中rap料已经产生了裂痕，通过振动会产生开裂效果。然后使用振动筛分机对开裂后的物料进行分级。

例如，一种可以实现的设备，该振动开裂机4包括一个通过一个外壳围合而成的竖向设置的通道，上端为入料口，下端为出料口，并在入料口和出料口之间的通道内设置两个挡板41，挡板之间交错设置，延长物料的行进路径，并对物料进行初步的阻挡和破解。并在外壳的外部固定有偏心电机42，开启偏心电机，使得该装置整体振动。作为一种可以设计的手段，该装置通常通过一组弹簧安装在地基上，也就是说，该装置与地基之间是弹性的连接，以便获得最佳的振动效果。挡板的安装角度，其中最佳的，两个挡板与壳体成45度夹角。物料在该装置内依靠重力下落，在下落的过程中，在挡板和偏心电机的作用下实现分裂、开裂。

振动筛分机5，位于振动开裂装置的侧下方，也就是说物料自振动开裂装置落料后进入到振动筛分机，该振动筛分机分级通过滚轴与滚轴之间的间距进行分级，具体的，按照应用的粒级分类分为：＞20mm、10-20mm、5-10mm和0-5mm，实现四级分类。最后一级0-5mm用传送带进行回收，每一级料对应有集料器，将筛分好的料收集好，以备后需。

例如作为一种可行的方案，该振动筛分机5的核心部分，也就是多个并列设置的滚轴51，滚轴的两端通过可调节间隙的轴承座安装在机架上，且在滚轴的一端通过皮带传动由电机带动，即，用电机的转动带动整个滚轴的转动，调整发动机转速，尽量控制在60r/min，转动均匀缓慢，让物料分散充分，保证每个粒级的料都达到目标需要。本实施例中，滚轴设计为三组，且倾斜设置，实现四级分组，三组滚轴组件的轴间距自上而下逐渐的减小，才能实现逐渐分级的目的。在每组滚轴的低端也就是出料口设置一个对应的集料器6，对分级后的物料进行有效的分级存储。

需要进一步地的说明的是，本实用新型中，浆体中的主要成分为钛石膏(也可为钛石膏、纯石膏或者成品膨胀性水泥)和高铝炉渣，他们的细度应不小于450m²/kg，钛石膏为生产钛白粉废料，其主要成为二水石膏caso4·2h2o，高铝炉渣也是一种废旧回收料，经过加工形成了可应用的炉渣料，其主要成分为al2o3和含铝化合物，还含有少部分的sio2，但两者其主要作用的为石膏和铝化合物，其发生反应后会形成钙矾石膨胀体。

根据表3.10所需含量的占比，反应比例约为铝化合物∶钛石膏＝3∶2，在适当的情况下，两者的比例可能存在微小的误差，这种微小的误差是允许的，两者反应后生产的钙矾石膨胀体，可产生大于2mpa的自应力，可进行膨胀破碎，将rap料胀裂或者胀开。

在这一过程中，将配置好的浆体浸泡大块儿的沥青rap料，经过真空吸水装置后，rap料中的空隙被浆体填充，多余水分被吸出，空隙内部浆体形成钙矾石膨胀体后，产生膨胀自应力胀碎大块沥青rap料，钙矾石的完全形成大约需要历时7天。在室温条件下普通沥青为固体，当炉渣与钛石膏充分反映后取出沥青块，将其放置到振动仓，此时沥青块已经胀裂，振动目的是使他们分散充分。最后分级回收、存储即可。

实施例二

本实施例在于对破碎方案进行改进，提供一种可靠的破碎方案，即，用于替代步骤四中的振动开裂机，参考图9，该旋转破碎机7整体为一个圆桶状的罐体，在罐体的内部设置有旋转盘体，该罐体的顶部为入料口71，入料口为漏斗状，底部为出料口72，出料口设计为漏斗状，且正对着下方的振动筛分机。罐体的内壁上镶嵌有铸铁耐磨板73，当位于中央的旋转盘体74高速旋转时，沥青物料被高速甩出，撞击到外侧的铸铁耐磨板73，其中，上述的旋转盘体74由位于下方的调速变频电机75驱动，也就是说旋转盘体的速度是可调节的、可控的，关于电机和旋转盘体在罐体内的机械安装结构，属于设计常识，本处不再给予详细的描述。在旋转盘体的上表面设置有较为粗糙的、大尺寸的凸起或者毛面，可以对其上的沥青块形成较大的离心力，将其甩出，在适当的情况下，配合电机调速，实现沥青料的完全裂解。

本实施例中，电机、电机轴和与电机轴连接的旋转盘体转轴、轴承、轴承座及其支撑全部或者部分被包裹在一个防护壳76内，对上述的设施进行防护，避免沥青块对电机及其传动部分造成损坏。

本实施例中，振动筛分机5可用新乡先锋机械公司的一款型号为3yz-1236的振动筛分机。将处理好的rap料通过入料口进入旋转破碎机，落入旋转盘体，旋转盘体宽于入料口的直径1.5～2倍，旋转盘体通过连接轴与旋转机连接，开启旋转机带动盘体快速旋转，转速应大于120r/min为宜，加大离心力。rap料会在离心力的作用下立即被甩出，撞击破碎板，耐磨板应设置为铸铁材料或者磨砂材料，增大摩擦力，使物料破碎充分。为便于物料进入筛分机，铸铁耐磨板的下端呈倾斜设置，防护壳的下半部加厚设计，形成局部的导向板，漏斗状的导向板既可以保护旋转机也可以起到物料导流作用。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本实用新型的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书所确定的保护范围内。