一种高掺量再生矿料/沥青混合料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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°C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。
[0004] 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】
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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：
[0010] (NH2 )2 CO + IH2O = CO~ + INH^
[0011] Ce 11+Ca2+= Cell-Ca2+
[0012] C ell - (Lu ' + C?λ" = Ctdl - CmCO'
[0013] 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。
[0014] 微生物处理覆膜剂通常采用多孔的琼脂、聚氨酯或硅藻土。这些覆膜剂造价高，难 以实现工业化应用。微生物化学的基本原理表明，巴斯德芽孢杆菌在较高碱性、较高钙离子 含量和多孔环境中具有更好的活性。废弃的水泥砂浆颗粒为高碱性、多孔、含钙量高，具有 一定的保水性，用作覆膜载体能实现微生物沉积功能。这是由于，废弃水泥砂颗粒的保水性 能防止菌体和营养液的流失。水泥砂浆粉颗粒之间存在大量空隙，为细菌与空气接触提供 了条件，有利于细菌的生长和酶化作用。其次水泥砂浆颗粒能持续提供Ca 2+离子，在营养液 的综合作用下，菌体可持续在覆膜层中生长繁殖和进行酶化作用，最终在基材与载体界面 生成CaCO 3。而且，由于水泥砂浆粉相对其他覆膜载体而言，具有较高的碱度，对水泥基材料 而言，碱度环境有利于Ca2+离子的渗透、迀移和沉淀，从而使得碳酸钙能深入沉积到水泥砂 浆内部的孔隙和裂缝中。水泥砂浆颗粒作为微生物沉积0 &〇)3的固载体，不但经济环保，而 且具有良好的作用效果。
[0015] 进一步的，主要包括以下步骤：
[0016] 步骤一，再生矿料的加工：将建筑固体废渣破碎，按国标标准筛分分类，置于阴凉 干燥处干燥；
[0017] 步骤二，覆膜载体的加工处理：取步骤一的再生矿料的剩余废渣（或建筑固体废 渣破碎后的砂浆颗粒），用5mm标准筛过筛，剔除粗颗粒（如钢铁和木料等），再用氨水调整 PH值为9. 0-10. 0,作为覆膜载体；
[0018] 步骤三，生物培养技术：培养基灭菌处理后接种巴斯德芽孢杆菌，再置于30_40°C 的恒温摇床中震荡培养24h，再离心处理5-10min，获得高浓度菌液；
[0019] 步骤四，生物覆膜技术：将步骤三离心后的上清液喷洒干燥的再生矿料直到表面 完成润湿；将高浓度菌液与覆膜载体混合均匀后覆盖在润湿的再生矿料表面，最后喷洒营 养液，得到性能修复和增强的再生矿料；
[0020] 步骤五，沥青与再生矿料混合加工技术：将步骤四所得再生矿料与沥青混合加工 处理，采用国标或行标相适用的常用加工技术，重复多组实验，以确定油石比。
[0021] 作为对上述技术方案的进一步改进，步骤三所述灭菌处理是采用高压灭菌锅于 110-130°C中灭菌20-40min ;所述的巴斯德芽孢杆菌液浓度为0. 5-1.0ml/lOOml ;所述震荡 培养的震荡频率为110-150r/min。
[0022] 作为对上述技术方案的进一步改进，所述步骤四所述营养液的喷法为：12h内，每 隔1-2h喷一次营养液；12-24h内，每隔3h喷一次营养液；2天后每隔6个小时喷一次所述 上清液，喷完Ih后再喷营养液，共喷洒3-7天；所述覆膜载体的厚度不少于15mm。
[0023] 更进一步的，所述建筑固体废渣为废弃水泥混凝土或烧结粘土砖或陶瓷，强度超 过 20MPa。
[0024] 本发明的另一目的是提供一种上述制备方法制备的高掺量再生矿料/沥青合料。
[0