[发明专利]一种高掺量再生矿料/沥青混合料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明创造属于道路工程材料领域，涉及材料科学、生物化学和表面界面科学。尤其涉及一种高掺量再生矿料/沥青混合料及其制备方法。

背景技术

我国建筑固体废渣的每年总量达数亿吨，建筑固体废渣的危害显著有：占用大量土地、增加成本，造成严重的环境污染、破坏土壤结构、造成地表沉降。如何资源化处理建筑固体废渣已经成为环境保护和可持续发展的关键问题。中国未来的“五年计划”提出高速公路总里程将达到85000公里。道路工程的建设将消耗大量的优质碱性矿料，不但破坏植被影响环境，而且由于碱性矿料具有地域性，运输费用非常惊人。

至今，建筑固体废渣资源化最有效的利用方式是作为再生骨料，大部分再生骨料表面包裹水泥砂浆，本身强度低、孔隙率大、微裂纹多、吸水性大、含泥量高，再生骨料复合材料的综合性能普遍较差，一般只适用于非承重结构或低等级工程。针对上述缺陷，国内外采用了各种措施对再生骨料进行修复和增强处理：1)采用苛刻地分离措施，使水泥砂浆与骨料分离。如国外：将建筑固体破碎后，采用300℃的高温加热，然后混合摩擦，水泥砂浆完全分离后的骨料用于结构物，水泥砂浆粉则作为填料。显然，整个分离过程工艺复杂，能耗高，再生骨料其实就是天然碎石。2)采用包覆水泥浆、粉煤灰、硅微粉、有机硅等方法提高再生骨料的本体强度。该方法能在一定程度上改善再生骨料性能，该方法并不能深度修复再生骨料。因为，根据水泥混凝土材料科学可知，水泥砂浆强度降低的主要原因是由于水泥的水化产物Ca(OH)₂与环境介质发生物理化学作用而流失。Ca(OH)₂的流失不但降低混凝土的碱度、增加孔隙率，而且还降低硅氧四面体的聚合度，导致C-S-H凝胶体瓦解。因此，要增强再生矿料，必须减少再生骨料表面水泥砂浆层的孔隙率、改善孔结构并增加内部的胶凝剂含量。

采用一种绿色环保的修复技术，实现污染严重的建筑固体废渣的资源化利用，大规模减少原材料的开采，减少原材料运输费用，得到性能优良造价较低的再生矿料/沥青混合料，实现土木工程材料的可持续发展，是亟待解决的问题。

发明内容

本实发明目的在于提供一种高掺量再生矿料/沥青混合料的制备方法解决现有技术存在的问题。

为了实现上述的目的，采用如下的技术方案：一种高掺量再生矿料/沥青混合料的制备方法，采用建筑固体废渣和石油沥青为主要原材料，巴斯德芽孢杆菌为生物改性剂，所述巴斯德芽孢杆菌产生的微生物化学沉积产物碳酸钙作为物理填充剂和化学粘合剂，采用微生物化学沉淀的方法修复和增强再生矿料的性能。

性能的修复和增强主要是基于材料科学的基本原理和生物碳酸钙的沉淀功能。

沥青混合料中沥青与矿料界面之间主要存在物理吸附、化学吸附和选择性吸附程三种作用。石油沥青混合料界面是否存在化学吸附，主要与矿料的表面化学特性有关。石油沥青跟酸性矿料之间只存在物理吸附，而与碱性矿料结合时，沥青中的羧酸与亚砜与矿料表面的金属阳离子产生化学反应，生成沥青酸盐，形成化学吸附。由于化学作用力远比物理作用力和水分子作用力强，因此，采用碱性矿料时混合料的综合性能显著提高。

微生物如巴斯德芽孢杆菌在碱性环境中能诱导产生碳酸钙，其基本原理为：

Cell+Ca²⁺＝Cell-Ca²⁺

这些微生物沉积产物(碳酸钙)可以修复和增强再生矿料的性能，其基本原理是由于生物沉积碳酸钙具有物理填充作用和化学胶结作用。物理填充作用是指生物沉积碳酸钙能填充和封闭孔洞。而化学胶结作用是指生物诱导产物碳酸钙作为粘合剂作用，可以增加再生矿料的本体强度。