一种多固废协同制备的环保型沥青路面灌缝胶及制备工艺

本发明属于道路养护材料，涉及灌缝胶，具体涉及一种多固废协同制备的环保型沥青路面灌缝胶及制备工艺。

背景技术：

1、铝电解工业是我国战略性地位的基础材料产业，每年产生的铝电解危险废弃物不断增加，其中废阴极碳粉(scc)占有很大比例。scc中含有部分氟化物和氰化物，若不经过有效处理，其可通过地下水、土壤或空气对人体和植物产生较大损害。此外，打印机废碳粉的回收价值较低、分布分散，目前大多数应用场景下由维修人员直接倾倒垃圾桶，造成回收困难。因此，如果能将废弃碳粉经过简单无害化处理产生经济价值，借助当前便利的物流条件，加以回收利用，由此产生的社会价值将远超经济价值。目前针对上述废弃碳粉的处理或回收利用主要有燃烧脱炭、作为火力发电/水泥熟料烧结的替代燃料、电炉炼铁以及铁合金的替代还原剂、高温分解制备纯石墨粉等，普遍存在利用价值低、经济效益差等缺点，难以推广应用。

2、碳粉在沥青材料领域具有显著的优势。由于其化学组成与沥青同源，颗粒在微观尺度圆润特性，使得改性后的沥青材料具有较好的高温流动性。此外，碳粉能很好地溶解到基质沥青中，形成良好的网络结构，从而提高沥青的流动性，使之在混合料中表现出优异的服役耐候性能。但沥青路面一旦施工，对沥青材料需求非常大，且集中在春夏两季施工，短期内对碳粉的需求量远超电解铝工业废弃碳粉和打印机废碳粉的回收量，若长期堆积预存碳粉则会产生额外的经济负担和安全风险。而沥青路面灌缝胶应用场景极为广泛，工程需求小、使用频率高、制备工艺简单。因此，通过回收电解铝工业中的废弃碳粉和打印机废碳粉，并将其与多种固废协同制备成的灌缝胶相对现有市场灌缝胶具有成本极低、耐久性较好的特点，是实现规模化消纳废弃碳粉并服务路面养护工程的有效路径。

3、我国每年产生大量难以处理的废弃轮胎、建筑垃圾等固体废弃物。其通过破碎筛分和简单的加工处理可以制得橡胶粉、再生混凝土微粉(wcp)等可二次利用的工业原材料。灌缝胶在服役期间长期暴露在自然环境和行车荷载中，而橡胶粉具有分子量大、与沥青同源等特点，因此橡胶粉改性沥青通常表现出较好的粘结能力和抗老化性能。另一方面，沥青是一种常温粘弹性的材料，在受到行车荷载作用时裂缝处产生的应力集中容易将灌缝沥青推挤出裂缝，造成空洞和灌缝胶拥积在路面影响路面平整度和美观度，也是当前传统沥青灌缝胶常见的病害形式。wcp能够给灌缝胶带来一定级配，从而提高整体强度。且其含有的矿粉和sio2具有坚硬、化学性能稳定的优点，将其作为填料加入体系中，有利于提高灌缝胶的耐磨性能、稳定性和强度。

4、沥青路面在当今道路工程中应用广泛，然而沥青路面在使用过程中不可避免地会发生破坏和老化，导致路面出现裂缝。如果裂缝得不到及时有效修补，就会导致沥青混凝土面层及半刚性基层的急剧劣化，严重影响路面的使用寿命。因此，工程人员越来越重视对路面裂缝修补技术的研究，研发了各种类型的灌缝胶。当今国内现有灌缝胶大多采用改性沥青和乳化沥青作为基材，辅以其他组剂进行复改性，提升灌缝胶的综合性能。

5、传统灌缝胶制备过程采用天然沥青为主要原材料，生产过程消耗大量的天然资源，随着全球对工程领域碳排放及其可持续发展模式的日益重视，开发新的环保型沥青路面灌缝胶及其制备工艺，对路面养护工程和延长道路的使用寿命具有重要现实意义。另一方面，回收利用各种工业废弃材料协同制备灌缝胶能够有效降低工程成本、有利于环境保护和实现可持续发展。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种多固废协同制备的环保型沥青路面灌缝胶及制备工艺，解决现有技术中难以兼顾低成本和高环保性的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

3、一种由多种固废协同制备的环保型沥青路面灌缝胶，以重量份数计，包括以下组分制成：沥青为50份，碳粉为2～6份，橡胶粉为25～30份，混凝土再生微粉为25～30份。

4、具体的，所述的沥青为90号基质沥青。

5、具体的，所述的碳粉为碳粉a、碳粉b或碳粉a和碳粉b组成的混合碳粉。

6、具体的，所述的碳粉b为打印机废碳粉。

7、具体的，所述的橡胶粉为废弃橡胶轮胎破碎加工后制得的橡胶粉。

8、具体的，所述的混凝土再生微粉由建筑固废破碎制备再生混凝土骨料过程中筛分制得。

9、优选的，所述的沥青的针入度80-100、15度延度大于100、软化点大于42。

10、优选的，所述的碳粉的粒径小于150μm。

11、优选的，所述的橡胶粉的级配为：0.075mm筛孔尺寸下通过率为2％；0.35mm筛孔尺寸下通过率为8％；0.6mm筛孔尺寸下通过率为96％；1.18mm筛孔尺寸下通过率为100％。

12、优选的，所述的橡胶粉的相对密度为1.15g/m3，含水量小于1wt％。

13、优选的，所述的再生混凝土微粉的粒径小于0.16mm。

14、本发明还保护一种如上所述的由多种固废协同制备的环保型沥青路面灌缝胶的制备工艺，该方法包括以下步骤：

15、步骤一，碳粉a的制备：

16、步骤101，对电解铝工业电解槽中拆下的废阴极炭块进行破碎、筛分处理，得到粒径小于150μm的废阴极炭粉，记为scc。

17、步骤102，将筛分后的scc与碱性溶液按固液体积比1:3.5～1:4.5混合转移到反应釜中，然后在微波消解仪中进行物理分散和表面活化，反应温度为30-100℃，升温速率60℃/min，反应时间为3-12min，微波功率为1200w。

18、步骤103，反应结束后进行抽滤，使用清水洗去滤饼表面残留溶液，干燥得到碳粉a。

19、步骤二，碱性溶液的配置：

20、将回收的水泥搅拌站以及搅拌车中的工业碱性废液收集混合，先过滤进行固液分离，再使用naoh将其ph值调至12-13制得碱性溶液。

21、步骤三，灌缝胶的配置：

22、称取沥青、碳粉、橡胶粉和混凝土再生微粉，在150～200℃范围内搅拌1～2h，制得灌缝胶。

23、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

24、(ⅰ)本发明填补了环保型沥青路面灌缝胶的空白，降低了沥青路面灌缝胶的生产成本的同时保护环境、减少二次污染，也为电解铝工业阴极废碳的回收利用提供了可行方案。

25、(ⅱ)本发明回收利用多固废协同制备的环保型灌缝胶，其中碳粉的加入可以增加沥青的流动性，提高灌缝胶在裂缝处的灌入深度，提升路面灌缝的效果。橡胶粉的加入使得沥青的软化点提高，改善沥青高温性能和耐候性；混凝土再生微粉(wcp)的加入能够给灌缝胶带来一定级配的无机矿物材料，由无机矿物颗粒组成的级配材料在灌缝胶胶浆中充当骨架作用，在受到行车荷载时可抵抗车轮挤压力，减少或避免由行车荷载带来的灌缝胶推挤到路面带来行车舒适性和灌缝性能的降低。

26、(ⅲ)本发明采用微波水热碱法对scc进行处理，实现了电解铝废阴极炭的无害化回收，碱浸提高了炭粉质量，使各组分表现出更好的相容性；微波技术的应用大大缩短了纯化时间，提高了反应效率，最大限度地提高碳粉表面活性。

27、(ⅳ)本发明利用水泥搅拌站、搅拌车等工业碱性废液或人工制备的廉价碱性溶液，对废阴极碳粉(scc)通过微波水碱浸泡处理，激发scc的表面活性、提高其与沥青分子的亲和度，为废阴极炭粉的回收利用提供可行方案。

28、(ⅴ)本发明利用多种废弃物协同制备的灌缝胶有较好的流动性和耐老化性能，具备成本低、环保、适用场景广泛的特点。

29、以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。