一種高摻量再生礦料/瀝青混合料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明創(chuàng)造屬于道路工程材料領(lǐng)域，涉及材料科學(xué)、生物化學(xué)和表面界面科學(xué)。尤 其涉及一種高摻量再生礦料/瀝青混合料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)建筑固體廢渣的每年總量達(dá)數(shù)億噸，建筑固體廢渣的危害顯著有：占用大量 土地、增加成本，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染、破壞土壤結(jié)構(gòu)、造成地表沉降。如何資源化處理建筑 固體廢渣已經(jīng)成為環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。中國(guó)未來(lái)的"五年計(jì)劃"提出高速 公路總里程將達(dá)到85000公里。道路工程的建設(shè)將消耗大量的優(yōu)質(zhì)堿性礦料，不但破壞植 被影響環(huán)境，而且由于堿性礦料具有地域性，運(yùn)輸費(fèi)用非常驚人。
[0003] 至今，建筑固體廢渣資源化最有效的利用方式是作為再生骨料，大部分再生骨料 表面包裹水泥砂漿，本身強(qiáng)度低、孔隙率大、微裂紋多、吸水性大、含泥量高，再生骨料復(fù)合 材料的綜合性能普遍較差，一般只適用于非承重結(jié)構(gòu)或低等級(jí)工程。針對(duì)上述缺陷，國(guó)內(nèi)外 采用了各種措施對(duì)再生骨料進(jìn)行修復(fù)和增強(qiáng)處理：1)采用苛刻地分離措施，使水泥砂漿與 骨料分離。如國(guó)外：將建筑固體破碎后，采用300°C的高溫加熱，然后混合摩擦，水泥砂漿完 全分離后的骨料用于結(jié)構(gòu)物，水泥砂漿粉則作為填料。顯然，整個(gè)分離過(guò)程工藝復(fù)雜，能耗 高，再生骨料其實(shí)就是天然碎石。2)采用包覆水泥漿、粉煤灰、硅微粉、有機(jī)硅等方法提高再 生骨料的本體強(qiáng)度。該方法能在一定程度上改善再生骨料性能，該方法并不能深度修復(fù)再 生骨料。因?yàn)?，根?jù)水泥混凝土材料科學(xué)可知，水泥砂漿強(qiáng)度降低的主要原因是由于水泥的 水化產(chǎn)物Ca(OH) 2與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生物理化學(xué)作用而流失。Ca(OH) 2的流失不但降低混凝土 的堿度、增加孔隙率，而且還降低硅氧四面體的聚合度，導(dǎo)致C-S-H凝膠體瓦解。因此，要增 強(qiáng)再生礦料，必須減少再生骨料表面水泥砂漿層的孔隙率、改善孔結(jié)構(gòu)并增加內(nèi)部的膠凝 劑含量。
[0004] 采用一種綠色環(huán)保的修復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)污染嚴(yán)重的建筑固體廢渣的資源化利用，大 規(guī)模減少原材料的開(kāi)采，減少原材料運(yùn)輸費(fèi)用，得到性能優(yōu)良造價(jià)較低的再生礦料/瀝青 混合料，實(shí)現(xiàn)土木工程材料的可持續(xù)發(fā)展，是亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)發(fā)明目的在于提供一種高摻量再生礦料/瀝青混合料的制備方法解決現(xiàn)有 技術(shù)存在的問(wèn)題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，采用如下的技術(shù)方案：一種高摻量再生礦料/瀝青混合料 的制備方法，采用建筑固體廢渣和石油瀝青為主要原材料，巴斯德芽孢桿菌為生物改性劑， 所述巴斯德芽孢桿菌產(chǎn)生的微生物化學(xué)沉積產(chǎn)物碳酸鈣作為物理填充劑和化學(xué)粘合劑，采 用微生物化學(xué)沉淀的方法修復(fù)和增強(qiáng)再生礦料的性能。
[0007] 性能的修復(fù)和增強(qiáng)主要是基于材料科學(xué)的基本原理和生物碳酸鈣的沉淀功能。
[0008] 瀝青混合料中瀝青與礦料界面之間主要存在物理吸附、化學(xué)吸附和選擇性吸附程 三種作用。石油瀝青混合料界面是否存在化學(xué)吸附，主要與礦料的表面化學(xué)特性有關(guān)。石 油瀝青跟酸性礦料之間只存在物理吸附，而與堿性礦料結(jié)合時(shí)，瀝青中的羧酸與亞砜與礦 料表面的金屬陽(yáng)離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成瀝青酸鹽，形成化學(xué)吸附。由于化學(xué)作用力遠(yuǎn)比物 理作用力和水分子作用力強(qiáng)，因此，采用堿性礦料時(shí)混合料的綜合性能顯著提高。
[0009] 微生物如巴斯德芽孢桿菌在堿性環(huán)境中能誘導(dǎo)產(chǎn)生碳酸鈣，其基本原理為：
[0010] (NH2 )2 CO + IH2O = CO~ + INH^
[0011] Ce 11+Ca2+= Cell-Ca2+
[0012] C ell - (Lu ' + C?λ" = Ctdl - CmCO'
[0013] 這些微生物沉積產(chǎn)物（碳酸鈣）可以修復(fù)和增強(qiáng)再生礦料的性能，其基本原理是 由于生物沉積碳酸鈣具有物理填充作用和化學(xué)膠結(jié)作用。物理填充作用是指生物沉積碳酸 鈣能填充和封閉孔洞。而化學(xué)膠結(jié)作用是指生物誘導(dǎo)產(chǎn)物碳酸鈣作為粘合劑作用，可以增 加再生礦料的本體強(qiáng)度。
[0014] 微生物處理覆膜劑通常采用多孔的瓊脂、聚氨酯或硅藻土。這些覆膜劑造價(jià)高，難 以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。微生物化學(xué)的基本原理表明，巴斯德芽孢桿菌在較高堿性、較高鈣離子 含量和多孔環(huán)境中具有更好的活性。廢棄的水泥砂漿顆粒為高堿性、多孔、含鈣量高，具有 一定的保水性，用作覆膜載體能實(shí)現(xiàn)微生物沉積功能。這是由于，廢棄水泥砂顆粒的保水性 能防止菌體和營(yíng)養(yǎng)液的流失。水泥砂漿粉顆粒之間存在大量空隙，為細(xì)菌與空氣接觸提供 了條件，有利于細(xì)菌的生長(zhǎng)和酶化作用。其次水泥砂漿顆粒能持續(xù)提供Ca 2+離子，在營(yíng)養(yǎng)液 的綜合作用下，菌體可持續(xù)在覆膜層中生長(zhǎng)繁殖和進(jìn)行酶化作用，最終在基材與載體界面 生成CaCO 3。而且，由于水泥砂漿粉相對(duì)其他覆膜載體而言，具有較高的堿度，對(duì)水泥基材料 而言，堿度環(huán)境有利于Ca2+離子的滲透、迀移和沉淀，從而使得碳酸鈣能深入沉積到水泥砂 漿內(nèi)部的孔隙和裂縫中。水泥砂漿顆粒作為微生物沉積0 &〇)3的固載體，不但經(jīng)濟(jì)環(huán)保，而 且具有良好的作用效果。
[0015] 進(jìn)一步的，主要包括以下步驟：
[0016] 步驟一，再生礦料的加工：將建筑固體廢渣破碎，按國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)篩分分類，置于陰涼 干燥處干燥；
[0017] 步驟二，覆膜載體的加工處理：取步驟一的再生礦料的剩余廢渣（或建筑固體廢 渣破碎后的砂漿顆粒），用5mm標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)篩，剔除粗顆粒（如鋼鐵和木料等），再用氨水調(diào)整 PH值為9. 0-10. 0,作為覆膜載體；
[0018] 步驟三，生物培養(yǎng)技術(shù)：培養(yǎng)基滅菌處理后接種巴斯德芽孢桿菌，再置于30_40°C 的恒溫?fù)u床中震蕩培養(yǎng)24h，再離心處理5-10min，獲得高濃度菌液；
[0019] 步驟四，生物覆膜技術(shù)：將步驟三離心后的上清液噴灑干燥的再生礦料直到表面 完成潤(rùn)濕；將高濃度菌液與覆膜載體混合均勻后覆蓋在潤(rùn)濕的再生礦料表面，最后噴灑營(yíng) 養(yǎng)液，得到性能修復(fù)和增強(qiáng)的再生礦料；
[0020] 步驟五，瀝青與再生礦料混合加工技術(shù)：將步驟四所得再生礦料與瀝青混合加工 處理，采用國(guó)標(biāo)或行標(biāo)相適用的常用加工技術(shù)，重復(fù)多組實(shí)驗(yàn)，以確定油石比。
[0021] 作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟三所述滅菌處理是采用高壓滅菌鍋于 110-130°C中滅菌20-40min ;所述的巴斯德芽孢桿菌液濃度為0. 5-1.0ml/lOOml ;所述震蕩 培養(yǎng)的震蕩頻率為110-150r/min。
[0022] 作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟四所述營(yíng)養(yǎng)液的噴法為：12h內(nèi)，每 隔1-2h噴一次營(yíng)養(yǎng)液；12-24h內(nèi)，每隔3h噴一次營(yíng)養(yǎng)液；2天后每隔6個(gè)小時(shí)噴一次所述 上清液，噴完Ih后再噴營(yíng)養(yǎng)液，共噴灑3-7天；所述覆膜載體的厚度不少于15mm。
[0023] 更進(jìn)一步的，所述建筑固體廢渣為廢棄水泥混凝土或燒結(jié)粘土磚或陶瓷，強(qiáng)度超 過(guò) 20MPa。
[0024] 本發(fā)明的另一目的是提供一種上述制備方法制備的高摻量再生礦料/瀝青合料。
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