CN110078415A

CN110078415A - 一种生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂、改性沥青混合料及其制备方法

Info

Publication number: CN110078415A
Application number: CN201810105460.9A
Authority: CN
Inventors: 郭涛; 朱春贺; 王彭雨; 孙爱华
Original assignee: Tianjin One Day Environmental Pollution Control Co Ltd
Current assignee: Tianjin One Day Environmental Pollution Control Co Ltd
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2019-08-02

Abstract

本发明属于沥青改性剂制备技术领域，公开了一种生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂、改性沥青混合料及其制备方法。该沥青改性剂，包括以下重量比的组分：活化煤矸石粉60％～80％，二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰10％～25％，矿渣粉10％～20％。该改性沥青混合料，包括以下重量份的组分：5～8份沥青改性剂、4～6份沥青和88～92份集料。本发明能够有效解决生活垃圾焚烧飞灰的处置难题，并对于沥青路面病害问题，结合工业废渣资源化利用现状，以煤矸石为主料，二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰和矿渣为辅料，制备沥青改性剂及改性沥青混合料，提高沥青混合料使用性能，延长沥青路面使用寿命。

Description

一种生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂、改性沥青混合料及其制备方法

技术领域

本发明属于沥青改性剂制备技术领域，特别涉及一种沥青改性剂、改性沥青混合料及其制备方法。

背景技术

生活垃圾焚烧飞灰是一种灰白色或深灰色的细小粉末，具有含水率低、一般呈棒状、多角质状、棉絮状、球状等不规则形状、粒径不均、孔隙率高及比表面积大的特点。飞灰富含高含量且易浸出的重金属和二恶英，被世界各国列为危险废弃物(中国，代码为HW18)，通常采用填埋处置。而且随着生活垃圾焚烧逐步成为我国生活垃圾处理的主流趋势，生活垃圾焚烧飞灰的产量也与日俱增。面对飞灰产生量逐年增加、土地资源日益紧张的困境，生活垃圾焚烧飞灰资源化利用是飞灰处置的最终解决方案。

近年来，国内外开展了多种飞灰处置技术的研究，包括固化稳定化、分离萃取、烧结熔融等热处理、及炭/铁浆等其它方法。但大规模工业化的处置技术主要集中于2种：螯合剂稳定化后填埋处置和水泥窑协同处置或烧结陶粒资源化利用，但资源化利用仍然存在处理成本高、大规模推广经济性的问题。

随着公路交通事业的蓬勃发展，沥青路面已成为公路路面的主要结构形式。利用沥青固化对飞灰的重金属解毒特性，以及飞灰与矿粉理化性质的相似性，将飞灰替代矿粉作为沥青改性剂以及沥青混合料添加物用于沥青路面铺设，以实现飞灰资源化利用，可有效解决生活垃圾焚烧飞灰的处置难题。另外，沥青路面完全暴露于自然环境之中，长期承受着车辆荷载的反复作用和外界自然环境的直接影响，导致高温车辙、低温开裂、水损害等病害频发，且破坏机制复杂多样，使得沥青路面寿命缩短，维修养护成本大大增加。近年来，随着新结构、新材料、新工艺不断涌现，沥青路面的研究水平和应用水平也达到了更高的层次，其中改性沥青技术的发展最为瞩目。目前，SBS和SBR等聚合物改性沥青以其优异的性能在高等级沥青路面中得到极为广泛的应用，但同时也大幅度增加了沥青路面建设成本。

因此，开发一种能够有效解决生活垃圾焚烧飞灰处置难题、解决沥青路面病害问题、降低沥青路面建设成本的方法，对于生活垃圾焚烧飞灰无害化、减量化、资源化处置，以及沥青路面行业的技术革新意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提出一种生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂、改性沥青混合料及其制备方法。本发明能够有效解决生活垃圾焚烧飞灰的处置难题，并对于沥青路面病害问题，结合工业废渣资源化利用现状，以煤矸石为主料，解毒生活垃圾焚烧飞灰和矿渣为辅料，制备沥青改性剂及改性沥青料，提高沥青混合料使用性能，延长沥青路面使用寿命。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂，包括以下重量比的组分：活化煤矸石粉60％～80％，二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰10％～25％，矿渣粉10％～20％。

本技术方案的特点和进一步改进在于：

所述二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰，为经过中低温缺氧脱附二恶英解毒后的飞灰，包括以下步骤：将生活垃圾焚烧飞灰加热至200～450℃，并保温0.5～2小时，加热区域氧浓度为0～0.5％，最后将飞灰急冷至40～60℃所得。

所述矿渣粉为：将碱性的水淬粒化高炉矿渣进行球磨所得；所述矿渣粉细度小于200 目。

所述活化煤矸石粉为：将原块状煤矸石破碎后放入球磨机细磨4～6小时得煤矸石粉末；再将模数为0.7～1.3的水玻璃添加至煤矸石粉末中拌匀，添加量为煤矸石粉末质量的4％～7％，将拌匀后的混合粉末细磨1～2小时，然后在600～750℃进行煅烧并保温6～8小时；最后在水中急冷后再粉磨2～4小时处理后所得。

技术方案二：

上述生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂的制备方法，包括以下步骤：将生活垃圾焚烧飞灰加热至200～450℃，并保温0.5～2小时，加热区域氧浓度为0～0.5％，最后将飞灰急冷至40～60℃，得二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰；将原块状煤矸石破碎后放入球磨机细磨4～6小时得煤矸石粉末；再将模数为0.7～1.3的水玻璃添加至煤矸石粉末中拌匀，添加量为煤矸石粉末质量的4％～7％，将拌匀后的混合粉末细磨1～2小时，然后在600～750℃进行煅烧并保温6～8小时；最后在水中急冷后再粉磨2～4小时，得活化煤矸石粉；最后，按重量百分比称取活化煤矸石粉、解毒生活垃圾焚烧飞灰和矿渣粉后混合，将混合料粉磨至小于200目的粉末，即得。

技术方案三：

一种生活垃圾焚烧飞灰基改性沥青混合料，包括以下重量份的组分：5～8份权利要求1所述的生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂、4～6份沥青和88～92份集料。

技术方案四：

上述的生活垃圾焚烧飞灰基改性沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将热沥青和集料在拌合楼中拌和均匀，再加入生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂拌和均匀，即可。

本发明具有的优点和积极效果是：(1)本发明的生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂、改性沥青混合料，可实现对生活垃圾焚烧飞灰的安全处置及资源化利用，并可对排放量和堆积量巨大的工业固体废弃物一煤矸石和矿渣进行综合利用，降低公路建设成本，具有显著的经济和社会效益。(2)本发明的生活垃圾焚烧飞灰二恶英解毒方法中，采用中低温缺氧脱附技术，加热温度200～450℃，而其它飞灰二恶英解毒技术需加热温度大于 1000℃，大大降低了二恶英解毒成本；(3)本发明的工业废渣沥青改性剂制备方法中，采用水玻璃前期处理煤矸石粉末，降低了煤矸石煅烧温度，其煅烧温度为600～750℃，而其它热活化煤矸石煅烧温度大于750℃，无疑降低了煤矸石煅烧成本。(4)本发明的工业废渣沥青改性剂加入至沥青混合料中，显著提高了沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性。相比于未采用本发明的基质沥青混合料，本发明的改性沥青混合料在高温车辙动稳定度、低温弯拉破坏应变和冻融劈裂强度上均有了大幅提高。

附图说明

图1为生活垃圾焚烧飞灰基改性沥青混合料的制备方法流程示意图。

具体实施方式

随着生活垃圾焚烧逐步成为我国生活垃圾处理的主流趋势，生活垃圾焚烧飞灰的产量也与日俱增。在以填埋为主要处置方式的现状下，加剧了飞灰产生量逐年增加与土地资源日益紧张的矛盾。另外，在现代工业化进程中，产生了大量的工业废弃物。例如，煤矸石和矿渣等工业固体废弃物的堆积量越来越大，这些工业废弃物长期堆存不仅占用大量土地，而且会造成对水系和大气的严重污染和危害。随着科学技术的发展，变废为宝，以用代治，是可以将工业废渣转化为有用的资源，实现二次开发利用。近年来，开展了生活垃圾焚烧飞灰水泥窑协同处置及烧结陶粒资源化利用的工业实践，但资源化利用仍然存在处理成本高、大规模推广经济性的问题。另外，我国已经开始重视煤矸石和矿渣的综合利用，但总体水平仍待提高，因此，对工业废渣进行活性激发和建材资源化再利用还有很大的研究空间。目前，工业废渣的资源化利用主要集中在水泥建材方面，鲜见以三者为主要原材料制备沥青改性剂及沥青混合料的相关研究报道。

本发明提出了一种生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂、改性沥青混合料及其制备方法。下面通过优选实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

(1)将原块状煤矸石破碎后放入球磨机细磨5小时，得煤矸石粉末；再将模数为1.0的水玻璃添加至煤矸石粉末中拌匀，添加量为煤矸石粉末质量的7％，将拌匀后的混合粉末细磨2小时后放入电阻炉进行700℃煅烧，保温7小时，进行水中急冷后再粉磨3 小时，制得活化煤矸石粉。

选取二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰作为沥青改性剂制备材料，加热温度400℃，并保温1小时，加热区域氧浓度＜0.1％，飞灰急冷至50℃。将碱性的水淬粒化高炉矿渣进行球磨，得到矿渣粉，该矿渣粉的细度小于200目。

(2)按照以下重量百分比：活化煤矸石粉70％、二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰15％和矿渣粉15％，将步骤(1)制备的活化煤矸石粉、二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰和矿渣粉混合均匀得到混合料，将混合料粉磨至小于200目的粉末，即得到生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂。

(3)将重量份为5份的克拉玛依A-70号沥青和90份的集料在拌合楼中拌和均匀(155～165℃)，再加入5份的生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂拌和均匀，制得生活垃圾焚烧飞灰基改性沥青混合料。改性沥青混合料试验级配采用AC-13C。测试改性沥青混合料的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和抗水害性能。

该生活垃圾焚烧飞灰基改性沥青混合料的高温车辙动稳定度、低温弯拉破坏应变和冻融劈裂强度比试验结果分别为2585次/mm、2912με和93％；而在相同配合比条件下，未采用本发明的基质沥青混合料的高温车辙动稳定度、低温弯拉破坏应变和冻融劈裂强度比试验结果仅为1988次/mm、2375με和84％，增幅分别为30.0％、22.6％和10.7％。

实施例2

(1)将原块状煤矸石破碎后放入球磨机细磨4小时，得煤矸石粉末；再将模数为1.3的水玻璃添加至煤矸石粉末中拌匀，添加量为煤矸石粉末质量的4％，将拌匀后的混合粉末细磨2小时后放入电阻炉进行750℃煅烧，保温6小时，进行水中急冷后再粉磨4 小时，制得活化煤矸石粉。

选取二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰作为沥青改性剂制备材料，加热温度350℃，并保温1.5小时，加热区域氧浓度＜0.2％，飞灰急冷至60℃。将碱性的水淬粒化高炉矿渣进行球磨，得到矿渣粉，该矿渣粉的细度小于200目。

(2)按照以下重量百分比：活化煤矸石粉75％、二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰15％和矿渣粉10％，将步骤(1)制备的活化煤矸石粉、二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰和矿渣粉混合均匀得到混合料，将混合料粉磨至小于200目的粉末，即得到生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂。

(3)将重量份为4份的克拉玛依A-70号沥青和88份的集料在拌合楼中拌和均匀(155～165℃)，再加入8份的生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂拌和均匀，制得生活垃圾焚烧飞灰基改性沥青混合料。改性沥青混合料试验级配采用AC-13C。测试改性沥青混合料的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和抗水害性能。

该生活垃圾焚烧飞灰基改性沥青混合料的高温车辙动稳定度、低温弯拉破坏应变和冻融劈裂强度比试验结果分别为2341次/mm、2796με和90％；而在相同配合比条件下，未采用本发明的基质沥青混合料的高温车辙动稳定度、低温弯拉破坏应变和冻融劈裂强度比试验结果仅为1988次/mm、2375με和84％，增幅分别为17.8％、17.7％和7.1％。

实施例3

(1)将原块状煤矸石破碎后放入球磨机细磨6小时，得煤矸石粉末；再将模数为0.7的水玻璃添加至煤矸石粉末中拌匀，添加量为煤矸石粉末质量的4％，将拌匀后的混合粉末细磨1小时后放入电阻炉进行650℃煅烧，保温8小时，进行水中急冷后再粉磨2 小时，制得活化煤矸石粉。

选取二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰作为沥青改性剂制备材料，加热温度300℃，并保温2小时，加热区域氧浓度＜0.3％，飞灰急冷至40℃。将碱性的水淬粒化高炉矿渣进行球磨，得到矿渣粉，该矿渣粉的细度小于200目。

(2)按照以下重量百分比：活化煤矸石粉70％、二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰10％和矿渣粉20％，将步骤(1)制备的活化煤矸石粉、二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰和矿渣粉混合均匀得到混合料，将混合料粉磨至小于200目的粉末，即得到生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂。

(3)将重量份为6份的克拉玛依A-70号沥青和89份的集料在拌合楼中拌和均匀(155～165℃)，再加入5份的生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂拌和均匀，制得生活垃圾焚烧飞灰基改性沥青混合料。改性沥青混合料试验级配采用AC-13C。测试改性沥青混合料的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和抗水害性能。

该生活垃圾焚烧飞灰基改性沥青混合料的高温车辙动稳定度、低温弯拉破坏应变和冻融劈裂强度比试验结果分别为2456次/mm、2995με和92％；而在相同配合比条件下，未采用本发明的基质沥青混合料的高温车辙动稳定度、低温弯拉破坏应变和冻融劈裂强度比试验结果仅为1988次/mm、2375με和84％，增幅分别为3.5％、26.1％和9.5％。

从上述实施例可知，本发明制备的生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂，不仅解决了生活垃圾焚烧飞灰的处置难题，还充分利用了多种工业废渣，提高了资源利用率，降低了工业废渣对环境的危害。将生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂用于沥青混合料中后，能够显著提高沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及抗水害性能，改善沥青混合料的路用性能。

但是，本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂，其特征在于，包括以下重量比的组分：活化煤矸石粉60％～80％，二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰10％～25％，矿渣粉10％～20％。

2.如权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂，其特征在于，所述二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰，为经过中低温缺氧脱附二恶英解毒后的飞灰。

3.如权利要求2所述的二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰，其特征在于，包括以下步骤：将生活垃圾焚烧飞灰加热至200～450℃，并保温0.5～2小时，加热区域氧浓度为0～0.5％，最后将飞灰急冷至40～60℃所得。

4.如权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂，其特征在于，所述矿渣粉为：将碱性的水淬粒化高炉矿渣进行球磨所得；所述矿渣粉细度小于200目。

5.如权利要求1所述的一种生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂，其特征在于，所述活化煤矸石粉为：将原块状煤矸石破碎后放入球磨机细磨4～6小时得煤矸石粉末；再将模数为0.7～1.3的水玻璃添加至煤矸石粉末中拌匀，添加量为煤矸石粉末质量的4％～7％，将拌匀后的混合粉末细磨1～2小时，然后在600～750℃进行煅烧并保温6～8小时；最后在水中急冷后再粉磨2～4小时处理后所得。

6.一种如权利要求1所述的生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将生活垃圾焚烧飞灰加热至200～450℃，并保温0.5～2小时，加热区域氧浓度为0～0.5％，最后将飞灰急冷至40～60℃，得二恶英解毒生活垃圾焚烧飞灰；将原块状煤矸石破碎后放入球磨机细磨4～6小时得煤矸石粉末；再将模数为0.7～1.3的水玻璃添加至煤矸石粉末中拌匀，添加量为煤矸石粉末质量的4％～7％，将拌匀后的混合粉末细磨1～2小时，然后在600～750℃进行煅烧并保温6～8小时；最后在水中急冷后再粉磨2～4小时，得活化煤矸石粉；最后，按重量百分比称取活化煤矸石粉、解毒生活垃圾焚烧飞灰和矿渣粉后混合，将混合料粉磨至小于200目的粉末，即得。

7.一种生活垃圾焚烧飞灰基改性沥青混合料，其特征在于，包括以下重量份的组分：5～8份权利要求1所述的生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂、4～6份沥青和88～92份集料。

8.一种如权利要求7所述的生活垃圾焚烧飞灰基改性沥青混合料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将热沥青和集料在拌合楼中拌和均匀，再加入生活垃圾焚烧飞灰基沥青改性剂拌和均匀，即可。