CN106167689B - 一种垃圾燃烧飞灰沥青混凝土粘结料及沥青混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垃圾燃烧飞灰沥青混凝土粘结料及沥青混凝土，粘结料由A、B两组分构成，A组分由石油沥青、环氧树脂、稀释剂、相容剂和垃圾燃烧飞灰组成，B组分由环氧固化剂、固化促进剂、石油沥青、增韧剂、重金属螯合剂和偶联剂组成。垃圾飞灰沥青混凝土，将A组分与基础沥青在160‑170oC下混合，然后加入粗骨料、细骨料、矿粉混合均匀，最后加入B组分混合均匀即得垃圾飞灰沥青混凝土。本发明粘结料能与沥青、粗骨料、细骨料以及飞灰之间形成强相互作用，在沥青混凝土施工和养护条件下形成三维立体网络结构，使固化物重金属浸出量低于危险废弃物重金属排放标准，实现垃圾飞灰无害化和资源化再利用。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾燃烧飞灰的处理，尤其涉及基于垃圾燃烧飞灰的沥青混凝土粘结料及沥青混凝土，属于沥青混凝土与危险废弃物资源化利用技术领域。
背景技术
垃圾燃烧的固体物质（包括炉渣和飞灰）约占垃圾固体量的30%-35%，其中，底渣占25%-30%，飞灰占5%。垃圾焚烧飞灰中富集大部分重金属和二噁英，其毒性远大于炉渣，因此各国均将垃圾燃烧飞灰作为危险固体废弃物处置。随着垃圾产量与日俱增，以及焚烧方式处理垃圾作为主流垃圾处置方式，垃圾飞灰产量也迅速攀升。据统计，2002年，我国垃圾飞灰年产量仅为13.75万吨，2010年，垃圾飞灰产量就达50余万吨。可见，每年大量产生的垃圾焚烧飞灰是城市危险废弃物管理面临的一重大棘手难题。
垃圾飞灰安全处置技术有安全填埋、熔融固化、化学药剂稳定化、溶剂提取和水泥固化等技术。
安全填埋技术是将垃圾飞灰在现场进行简单处理后进入安全填埋场填埋，随着土地资源日夜匮乏和填埋可能导致的二次污染，垃圾填埋选址越来越困难。
熔融固化需要将飞灰加热到1400 oC左右高温，才能实现飞灰减容化、无害化、资源化目的，而其中Pb\Cd\Zn等易挥发金属需进行后续严格烟气处理，故该法处理成本高。
化学药剂稳定化处理主要是针对垃圾飞灰中重金属为主，通过化学反应使有害物质转变为低溶解性、低迁移性及低毒性物质过程，目前该领域发展迅速的是重金属螯合剂处理，螯合剂投加量0.6%，就能捕集飞灰中重金属高达97%，因此，该方法在实现废物无害化同时，达到废物少增容或不增容，从而提高危险废物处理、处置系统的总体效率和经济性，适用于垃圾填埋场。
溶剂提取技术通过酸、碱、高温、药剂、生物浸取，将飞灰中部分金属等元素提取出来，然后将飞灰进入垃圾填埋场或者资源化利用。
水泥固化法，将飞灰与水泥混合，在一定条件下经历一系列的物理、化学作用，使污染物在飞灰-水泥基质中固定化。飞灰水泥固化体可在确保安全前提下进行一定的资源化再利用于修建危险废物填埋场护坡等，目前国内的不少危险废物填埋场已经开始采用水泥固化技术控制焚烧飞灰的重金属污染，但是该技术必须对飞灰在水泥固化前经过严格预处理工艺，否则，飞灰中高含量的重金属及其氯化物将在水泥回转窑高温段挥发，低温段冷凝，而导致严重结皮现象，引起设备停产，同时，也会导致水泥中重金属、氯化物超标。
以上处置垃圾飞灰技术或多或少都存在着各种缺陷，难于实现垃圾飞灰的无害化和资源化利用。
垃圾飞灰沥青混凝土，既能实现垃圾飞灰的无害化处置，又能对该危险固废弃物资源化利用，具有极好的社会和经济效益。然而，垃圾飞灰成分复杂，与沥青基材以及沥青拌合物间相容性很差，填充进混凝土中往往可能出现飞灰与沥青，沥青与粗、细骨料间剥离现象，导致飞灰沥青混凝土强度不足，难于满足路用沥青混凝土技术指标。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种垃圾燃烧飞灰沥青混凝土粘结料及沥青混凝土。本发明粘结料能与沥青、混凝土粗骨料、细骨料以及飞灰之间形成强相互作用，在沥青混凝土施工和养护条件下形成三维立体网络结构，使固化物重金属浸出量低于危险废弃物重金属排放标准，实现垃圾飞灰无害化和资源化再利用。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种垃圾燃烧飞灰沥青混凝土粘结料，由A、B两组分构成，A组分与B组分重量比为1-1.5：1；所述A组分由石油沥青、环氧树脂、稀释剂、相容剂和垃圾燃烧飞灰组成，A组分中各原料的重量分数依次为30-60份、10-30份、10-20份、5-10份、1-10份；所述B组分由环氧固化剂、固化促进剂、石油沥青、增韧剂、重金属螯合剂和偶联剂组成，B组分中各原料的重量份数依次为5-20份、1-10份、40-70份、3-10份、1-10份、5-20份。
所述A组分中环氧树脂为双酚A型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂或者间苯二酚型环氧树脂。
所述A组分中稀释剂为缩水甘油醚，缩水甘油醚为聚丙二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚或者1,6-己二醇二缩水甘油醚。
所述A组分中相容剂为改性沥青、焦油类或化学合成物。
所述B组分中环氧固化剂为改性胺类或聚酰胺类固化剂。
所述重金属螯合剂为聚甲基丙烯酸、水解聚马来酸酐、富马酸(反丁烯二酸)—丙烯磺酸共聚体、二丙基二硫代磷酸铵、氨基三乙酸、乙二胺四乙酸、双硫腙或者8-羟基喹啉。
所述B组分中偶联剂为硅烷类偶联剂，硅烷类偶联剂为γ-胺丙基三乙氧基硅、γ―氨丙基三甲氧基硅烷、 3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ―巯丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷或者γ―氨丙基甲基二乙氧基硅烷。
所述B组分中增韧剂为改性端羟基聚丁二烯液体橡胶、聚氧化丙烯多胺(PPA)、环氧化腰果酚、聚丙二醇二缩水甘油醚、亚油酸二聚体二缩水甘油醚、聚硫橡胶或者聚丙二醇二缩水甘油酯的长链脂肪族化合物（CMP-410）。
所述B组分中固化促进剂为叔胺类促进剂，该叔胺类促进剂为2.4.6-三(二甲胺基甲基)苯酚、N,N-二甲胺基苄胺或者二甲氨基丙胺。
一种垃圾飞灰沥青混凝土，按如下方法制备得到，将A组分与基础沥青在160-170oC下混合，然后加入粗骨料、细骨料、矿粉混合均匀，最后加入B组分混合均匀即得垃圾飞灰沥青混凝土；其中A组分、B组分、基础沥青、粗骨料、细骨料、矿粉的质量配比为：1-15:1-10：3-10：80-150: 60-120：0-10。各组分优化配比为：5-10:3-8:5-8:90-120:80-100:5-8。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）该粘结料能与沥青、混凝土粗骨料、细骨料以及垃圾燃烧飞灰之间形成强相互作用，在沥青混凝土施工和养护条件下形成三维立体网络结构，实现了热塑性沥青和热固性环氧功能的协调互补，性能达到路用沥青混凝土技术规范要求；
（2）该粘结料使用对重金属离子具有一定螯合功能的改性胺和聚丙烯酰胺作为环氧固化剂，另外，在固化促进剂、偶联剂选用方面，也兼顾活性基对飞灰重金属的螯合作用，与高分子重金属螯合剂相配伍，实现对垃圾飞灰中重金属的永久性螯合固定，防止次生污染发生；
（3）该粘结料将垃圾飞灰添加入A组分中，通过环氧树脂和螯合剂对垃圾飞灰进行浸润、粘结，防止了垃圾飞灰在施工过程中因尘埃对施工人员身体侵害和周围环境污染，实现绿色施工。
具体实施方式
本发明垃圾燃烧飞灰沥青混凝土粘结料由A、B两组分构成。所述A组分与B组分重量比为1-1.5：1。本发明为双组分粘结料，制备沥青混凝土的时候按一定配比将两组分混合加入，因为提前将AB组分混合，会发生反应。
所述A组分由石油沥青、环氧树脂、稀释剂、相容剂和垃圾燃烧飞灰组成，A组分中各原料的重量分数依次为30-60份、10-30份、10-20份、5-10份、1-10份；所述B组分由环氧固化剂、固化促进剂、石油沥青、增韧剂、重金属螯合剂和偶联剂组成，B组分中各原料的重量份数依次为5-20份、1-10份、40-70份、3-10份、1-10份、5-20份。
A组分制备: 将A组分各物料投入搅拌釜，在60-90 oC恒温搅拌1.5-2小时，出料即为A组分。
B组分制备：将B组分各物料投入搅拌釜，在40-60 oC恒温搅拌0.5-1小时，出料即为B组分。
所述A组分中环氧树脂为双酚A型环氧树脂（牌号为E-51、E-44、E-55、E-56、E-54、E-56D、E-52D、E-53D、E-48D、E-35或E-20），缩水甘油酯型环氧树脂（牌号为672、731、771、712、CY183或NGA），双酚F型环氧树脂（牌号为6458、6445、6420、YDF－170、YDF-2001、YDF-8170、CYDF－170或CYDF-180），缩水甘油醚型环氧树脂（牌号为669、664－2、664－3、668、63或696）间苯二酚型环氧（牌号为680或J-80）。
所述A组分中环氧稀释剂为缩水甘油醚，包括聚丙二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚。
所述A组分中相容剂为改性沥青、焦油类或化学合成物。
所述A、B组分中石油沥青可为沥青70#、沥青90#、沥青110#或沥青130#。
所述的B组分中环氧固化剂为改性胺类或聚酰胺类固化剂，可为酚醛改性脂胺系列：RF-200；改性脂肪胺系列：NP-310，NP-360；酰胺基系列：NP-425，NP-593，NP-3051，NP-3110，NP-3122，NP-820，NP-810，NP-815；聚酰胺系列：NP-300，NP-300D,NP-400，NP650，NP-651。
所述重金属螯合剂可为聚甲基丙烯酸、水解聚马来酸酐、富马酸(反丁烯二酸)—丙烯磺酸共聚体、二丙基二硫代磷酸铵（ADD）、氨基三乙酸（NTA）、乙二胺四乙酸(EDTA)、双硫腙、8-羟基喹啉。
所述B组分中偶联剂为硅烷类偶联剂γ-胺丙基三乙氧基硅（KH—550）、γ―氨丙基三甲氧基硅烷(KH-540)、 3-氨丙基三甲氧基硅烷（KH-551）、γ―巯丙基三乙氧基硅烷（KH-580）、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷（KH-602）、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-791）、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷（KH-792）、γ―氨丙基甲基二乙氧基硅烷（KH-902）。
所述增韧剂为改性端羟基聚丁二烯液体橡胶、聚氧化丙烯多胺(PPA)、环氧化腰果酚、聚丙二醇二缩水甘油醚、亚油酸二聚体二缩水甘油醚、聚硫橡胶、聚丙二醇二缩水甘油酯的长链脂肪族化合物（CMP-410）。
所述促进剂选用叔胺类促进剂，可为2.4.6-三(二甲胺基甲基)苯酚（DMP-30）、N,N-二甲胺基苄胺、二甲氨基丙胺。
本发明的垃圾燃烧飞灰沥青混凝土，是将上述A组分和B组分与基础沥青、粗骨料、细骨料和矿粉，混合均匀，室温养护固化即得。具体为，将A组分与基础沥青在160-170oC下混合，然后加入粗骨料、细骨料、矿粉混合均匀，最后加入B组分混合均匀即得垃圾飞灰沥青混凝土，其中A组分、B组分、基础沥青、粗骨料、细骨料、矿粉的质量配比为：1-15:1-10：3-10：80-150: 60-120：0-10。各组分优化配比为：5-10:3-8:5-8:90-120:80-100:5-8。160-170oC为沥青料混合时温度，边混合边摊铺，以后就是室温养护了。室温一般在20-40oC。
为了验证本发明的效果，可以对固化后沥青混凝土进行重金属浸出实验：参照《固体废弃物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》（HJ 557-2009），采取HNO3-HF-HClO4消解方法，称取0.5 g样品，消解完后定容到50 ml，用原子吸收分光光度计测重金属含量。
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
将70#沥青45份、环氧树脂E-51 20份，聚丙二醇二缩水甘油醚 15份，煤焦油5份，垃圾燃烧飞灰5份, 加入到搅拌釜中，加热到70 oC，保温搅拌1.5小时，出料制得A组分。
将改性胺15份，N，N-二甲基苄胺5份，70#沥青50份，端羟基聚丁二烯液体橡胶7.5份, 聚甲基丙烯酸5 份，γ-胺丙基三乙氧基硅（KH—550）5份, 加入到搅拌釜中，加热到50oC，搅拌， 保温1小时，制得B组分。
将A组分、B组分、基础沥青、粗骨料、细骨料、矿粉，按15: 10：5：100: 80：3，重量份混合均匀，室温养护固化24小时，制得垃圾飞灰沥青混凝土，进行重金属浸出测试。
实施例2
将90#沥青30份、环氧树脂E-44 10份，1,4-丁二醇二缩水甘油醚10份，煤焦油5份，垃圾燃烧飞灰5份, 加入到搅拌釜中，加热到60 oC保温搅拌2小时，出料制得A组分。
将酚醛改性脂胺RF-200 5份，2.4.6-三(二甲胺基甲基)苯酚（DMP-30） 1份，石油沥青70# 40份， 环氧化腰果酚7.5份，水解聚马来酸酐3份， 3-氨丙基三甲氧基硅烷（KH-551） 1份，加入到搅拌釜中，加热到40oC，搅拌， 保温1小时，制得B组分。
将A组分、B组分、基础沥青、粗骨料、细骨料、矿粉，按10: 10：6：150:120：10重量份混合均匀，室温养护固化24小时，制得垃圾飞灰沥青混凝土，进行重金属浸出测试。
实施例3
将90#沥青60份、环氧树脂E-51 30份， 1,6-己二醇二缩水甘油醚20份，煤焦油10份，垃圾燃烧飞灰15份，加入到搅拌釜中，加热到90 oC保温搅拌1.5小时，出料制得A组分。
将改性脂肪胺NP-310 20份，二甲氨基丙胺10份，石油沥青90# 70份，双环氧形有聚丙二醇二缩水甘油醚10份,富马酸(反丁烯二酸)—丙烯磺酸共聚体10份，γ―巯丙基三乙氧基硅烷（KH-580）10份, 加入到搅拌釜中，加热到60oC，搅拌， 保温0.5小时，制得B组分。
将A组分、B组分、基础沥青、粗骨料、细骨料、矿粉，按5:3：8：120: 100：6重量份混合均匀，室温固化24小时，制得垃圾飞灰沥青混凝土，进行重金属浸出测试。
实施例4
将110#沥青45份,环氧树脂E-51 20份，聚丙二醇二缩水甘油醚 15份，煤焦油5份，垃圾燃烧飞灰5份，加入到搅拌釜中，加热到80 oC保温搅拌1.5小时，出料制得A组分。
将酰胺基NP-425 15份，N，N-二甲基苄胺5份，110#沥青60份，亚油酸二聚体二缩水甘油醚7.5份,二丙基二硫代磷酸铵（ADD）1 份， N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷（KH-602）5份, 加入到搅拌釜中，加热到50oC，搅拌，保温1小时，制得B组分。
将A组分、B组分、基础沥青、粗骨料、细骨料、矿粉，按8:6：5：80: 60：5重量份混合均匀，室温固化24小时，制得垃圾飞灰沥青混凝土，进行重金属浸出测试。
实施例5
将130#沥青50份、环氧树脂E-51 20份，聚丙二醇二缩水甘油醚 15份，煤焦油5份，垃圾燃烧飞灰5份，加入到搅拌釜中，加热到75 oC，保温搅拌2小时，出料制得A组分。
将NP-300 15份，N，N-二甲基苄胺5份，130#沥青60份，聚丙二醇二缩水甘油酯的长链脂肪族化合物（CMP-410）7.5份,氨基三乙酸（NTA）3 份， N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-791）5份, 加入到搅拌釜中，加热到50oC，搅拌， 保温1小时，制得B组分。
将A组分、B组分、基础沥青、粗骨料、细骨料、矿粉，按15:10：3：150: 100：0重量份混合均匀，室温固化24小时，制得垃圾飞灰沥青混凝土，进行重金属浸出测试。
实施例6
将70#沥青40份、环氧树脂E-51 20份，聚丙二醇二缩水甘油醚 15份，煤焦油5份，垃圾燃烧飞灰5份，加入到搅拌釜中，加热到70 oC保温搅拌1.5小时，出料制得A组分。
将聚酰胺NP650 15份，N，N-二甲基苄胺5份，70#沥青50份、端羟基聚丁二烯液体橡胶7.5份, 双硫腙5 份，γ―氨丙基甲基二乙氧基硅烷（KH-902）5份, 加入到搅拌釜中，加热到50oC，搅拌，保温1小时，制得B组分。
将A组分、B组分、基础沥青、粗骨料、细骨料、矿粉，按10:10：4：100: 80：3重量份混合均匀，室温固化24小时，制得垃圾飞灰沥青混凝土，进行重金属浸出测试。
对比例：将垃圾燃烧飞灰直接进行浸出测试。
表1 垃圾燃烧飞灰沥青混凝土重金属固化效果 (mg.kg-1)
上述固化效果表明，固化后的重金属浸出浓度远低于国家危险废物鉴别标准之下，不存在再生污染的危险，该垃圾飞灰固化处置方法能实现垃圾飞灰的无害化和资源化利用。
最后需要说明的是，本发明的上述实例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (7)
1.一种垃圾燃烧飞灰沥青混凝土粘结料，其特征在于：由A、B两组分构成，A组分与B组分重量比为1-1.5：1；所述A组分由石油沥青、环氧树脂、稀释剂、相容剂和垃圾燃烧飞灰组成，A组分中各原料的重量分数依次为30-60份、10-30份、10-20份、5-10份、1-10份；所述B组分由环氧固化剂、固化促进剂、石油沥青、增韧剂、重金属螯合剂和偶联剂组成，B组分中各原料的重量份数依次为5-20份、1-10份、40-70份、3-10份、1-10份、5-20份；
所述B组分中环氧固化剂为改性胺类或聚酰胺类固化剂；
所述B组分中偶联剂为硅烷类偶联剂，硅烷类偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ―氨丙基三甲氧基硅烷、γ―巯丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷或者γ―氨丙基甲基二乙氧基硅烷；
所述B组分中固化促进剂为叔胺类促进剂，该叔胺类促进剂为2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚、N,N-二甲胺基苄胺或者二甲氨基丙胺。
2.根据权利要求1所述的垃圾燃烧飞灰沥青混凝土粘结料，其特征在于：所述A组分中环氧树脂为双酚A型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂或者间苯二酚型环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的垃圾燃烧飞灰沥青混凝土粘结料，其特征在于：所述A组分中稀释剂为缩水甘油醚，缩水甘油醚为聚丙二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚或者1,6-己二醇二缩水甘油醚。
4.根据权利要求1所述的垃圾燃烧飞灰沥青混凝土粘结料，其特征在于：所述A组分中相容剂为改性沥青或焦油类。
5.根据权利要求1所述的垃圾燃烧飞灰沥青混凝土粘结料，其特征在于：所述重金属螯合剂为聚甲基丙烯酸、水解聚马来酸酐、富马酸(反丁烯二酸)—丙烯磺酸共聚体、二丙基二硫代磷酸铵、氨基三乙酸、乙二胺四乙酸、双硫腙或者8-羟基喹啉。
6.根据权利要求1所述的垃圾燃烧飞灰沥青混凝土粘结料，其特征在于：所述B组分中增韧剂为改性端羟基聚丁二烯液体橡胶、聚氧化丙烯多胺(PPA)、环氧化腰果酚、聚丙二醇二缩水甘油醚、亚油酸二聚体二缩水甘油醚、聚硫橡胶或者聚丙二醇二缩水甘油酯的长链脂肪族化合物。
7.一种垃圾飞灰沥青混凝土，其特征在于：按如下方法制备得到，将权利要求1中的A组分与基础沥青在160-170oC下混合，然后加入粗骨料、细骨料、矿粉混合均匀，最后加入B组分混合均匀即得垃圾飞灰沥青混凝土；其中A组分、B组分、基础沥青、粗骨料、细骨料、矿粉的质量配比为：1-15:1-10：3-10：80-150: 60-120：0-10。
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