CN113548819B - 一种基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆及其制备方法 - Google Patents

一种基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆及其制备方法，方法包括：在干燥状态下将油污泥热解残渣与预设物质进行拌合以制备填料；在所述填料中加入水制成粘稠状流体；将所述粘稠状流体静置预设时间以制备混合物；对所述混合物进行干燥处理，以制备混合填料；将所述混合填料制备成改性沥青胶浆。本发明所制备的改性沥青胶浆是经矿粉复合改性后的残渣，其高温性能明显优于矿粉沥青胶浆。改性后的油污泥热解残渣的低温性能明显优于矿粉沥青胶浆。油污泥热解残渣代替部分矿粉后经过消石灰改性后其各项性能明显优于矿粉沥青胶浆，解决了单一用油污泥热解残渣改性存在的高温性能、水稳定性能不足的问题，有很好的路用性能。

Description

一种基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆及其制备方法
技术领域
本发明属于道路工程路面胶结材料技术领域，涉及一种基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆及其制备方法。
背景技术
随着我国对石油资源的需求量不断增长，促使开采规模不断扩大，仅目前勘探开发的油气田就达400多个。然而，伴随着石油开采勘探、运输过程中不可避免地会产生油污泥，据不完全统计，我国油污泥年产量大约有9.0×105吨。且油污泥成分复杂，除含有油分以及大量重金属等可回收资源外，还含有苯系物、酚类、蒽、芘等有毒物质，对周围环境造成严重污染问题。因此，油污泥处置以及资源化利用成为了石化行业当前亟需解决的问题。
由于油污泥成分复杂的原因，直接对其应用会对环境及作业人员等方面均有不利影响，且无法对油污泥中的油分进行回收利用。基于此，目前大多选用热解法对油污泥进行减量化、无害化、资源化处置。一方面，热解法具有处理彻底、污染小、可回收油污泥中油分及固化重金属等优点。另一方面，油污泥热解处理后的油污泥热解残渣主要成分为灰分和碳，而灰分含有大量的氧化物、硫酸盐、碳酸盐等物质。其组成成分与建筑材料相似，作为道路材料使用能有效提高油污泥利用率。
目前改性沥青多通过掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、其他填料等改性剂，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青的性能得以改善，制成的沥青胶结料。但是，橡胶等改性剂在加热拌和过程中会产生刺激性的异味，且使用的改性剂大多来自于工业化工产品，提高了工程造价。
因此，提供一种有效处理油污泥热解残渣且能使得油污泥热解残渣得到充分利用的方法成为了亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆及其制备方法，包括以下步骤：
在干燥状态下将油污泥热解残渣与预设物质进行拌合以制备填料，其中，所述预设物质包括消石灰；
在所述填料中加入水制成粘稠状流体；
将所述粘稠状流体静置预设时间以制备混合物；
对所述混合物进行干燥处理，以制备混合填料；
将所述混合填料制备成改性沥青胶浆。
在本发明的一个实施例中，所述预设物质还包括硅烷偶联剂和矿粉。
在本发明的一个实施例中，在干燥状态下将油污泥热解残渣与预设物质进行充分拌合以制备填料，包括：
首先将所述硅烷偶联剂加入水中进行搅拌，然后在干燥状态下，将加入水的所述硅烷偶联剂、所述油污泥热解残渣、所述消石灰和所述矿粉进行拌合以制备填料。
在本发明的一个实施例中，将所述粘稠状流体静置预设时间以制备混合物，包括：
将所述粘稠状流体静置预设时间使所述油污泥热解残渣与所述消石灰反应，以制备混合物。
在本发明的一个实施例中，所述预设时间为大于0.5h。
在本发明的一个实施例中，对所述混合物进行干燥处理，以制备混合填料，包括：
将所述混合物放入烘箱中进行干燥处理，以制备混合填料。
在本发明的一个实施例中，将所述混合填料制备成改性沥青胶浆，包括：
首先将所述混合填料碾细，将碾细的所述混合填料加入至胶浆中，之后在预设温度条件下，利用高速剪切流变仪将加入所述混合填料的胶浆制备成所述改性沥青胶浆。
在本发明的一个实施例中，所述改性沥青胶浆的粉胶比为0.8～1.0。
在本发明的一个实施例中，所述预设温度的范围为140℃～160℃。
本发明的另一个实施例提供的一种基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆，所述改性沥青胶浆由上述任一项实施例所述的制备方法制备而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明所制备的改性沥青胶浆是经矿粉复合改性后的残渣，其高温性能明显优于矿粉沥青胶浆。改性后的油污泥热解残渣的低温性能明显优于矿粉沥青胶浆。油污泥热解残渣代替部分矿粉后经过消石灰改性后其各项性能明显优于矿粉沥青胶浆，解决了单一用油污泥热解残渣改性存在的高温性能、水稳定性能不足的问题，有很好的路用性能。
通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆的制备方法的流程示意图。本发明提供一种基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
步骤1、在干燥状态下将油污泥热解残渣与预设物质进行拌合以制备填料，其中，预设物质包括消石灰；
步骤2、在填料中加入水制成粘稠状流体；
步骤3、将粘稠状流体静置预设时间以制备混合物；
步骤4、对混合物进行干燥处理，以制备混合填料；
步骤5、将混合填料制备成改性沥青胶浆。
在本实施例中，可以直接通过油污泥热解残渣与消石灰在干燥状态下进行拌合以制备填料，也可以再添加其他物质，也就是说，预设物质还包括硅烷偶联剂和矿粉，当预设物质除了消石灰之外，还包括硅烷偶联剂和矿粉时，步骤1的具体步骤包括：
首先将硅烷偶联剂加入水中进行搅拌，然后在干燥状态下，将加入水的硅烷偶联剂、油污泥热解残渣、消石灰和矿粉进行拌合以制备填料。
在一个实施例中，将粘稠状流体静置预设时间以制备混合物，包括：
将粘稠状流体静置预设时间使油污泥热解残渣与消石灰反应，以制备混合物。
进一步地，预设时间为大于0.5h。
在一个实施例中，对混合物进行干燥处理，以制备混合填料，包括：
将混合物放入烘箱中进行干燥处理，以制备混合填料。
在一个实施例中，将混合填料制备成改性沥青胶浆，包括：
首先将混合填料碾细，将碾细的混合填料加入至胶浆中，之后在预设温度条件下，利用高速剪切流变仪将加入混合填料的胶浆制备成所述改性沥青胶浆。
进一步地，改性沥青胶浆的粉胶比为0.8～1.0，其中，粉胶比即为混合填料和胶浆的比值。
进一步地，预设温度的范围为140℃～160℃。
基于上述问题，本实施例的制备方法所制备的改性沥青胶浆具体所要解决的技术问题为：1.如何基于油污泥热解残渣的理化性质以提高沥青的粘附力,从而明显提高沥青胶浆的路用性能2.如何使废弃物再利用、且与资源节约进行结合：油污泥热解残渣不仅污染环境，而且其处置也是一大难题，而本实施例用油污泥热解残渣代替沥青混合料中的矿粉，不仅部分解决上述问题，同时还减少矿粉的使用，由此既可对废弃物利用又可以节约资源。
本实施例的各组分作用：
油污泥热解残渣：1.油污泥热解残渣的微观结构使油污泥热解残渣具有优越的液相扩散性，并与沥青形成良好的浸润效果，为其与沥青发生选择性吸附创造了良好条件，有利于油污泥热解残渣对有机大分子的吸收。油污泥热解残渣中的碳具有发达的孔隙特征，能够增加与沥青的接触面积，其残渣中的重金属能和沥青中的官能团发生反应形成稳定的络合物，提高了沥青胶浆的粘附力。2.油污泥热解残渣中含有种类各异的有机物与无机化合物，并且部分有机成分与沥青中部分成分类似，无机化合物的成分与矿粉成分相似，为油污泥热解残渣与沥青的结合提供了基础。3.油污泥热解残渣属于碱性材料能与沥青中的羧基酸(―COOH)发生反应生成不溶于水易溶于碳氢化合物及油份的高分子羧基酸盐。因此降低了沥青胶浆的水敏感性。4.油污泥热解残渣与沥青之间除了具有范德华力存在物理吸附作用外，油污泥热解残渣与沥青之间还存在较强化学吸附作用。油污泥热解残渣中含有的Zn2+、Cr6+、Cu2+等重金属离子能与沥青中的极性较强的官能团发生络合反应生成稳定的配位络合物，对热解残渣中的重金属起到了很好的固化作用，使油污泥热解残渣能与沥青形成较强的化学吸附作用，因此提高了沥青胶浆的低温性能。
硅烷偶联剂：硅烷偶联剂中的硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此，当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。加强了沥青与油污泥热解残渣中有害杂质的粘结力。
消石灰：1.消石灰中的钙离子能与热解残渣中的黏土颗粒发生离子交换反应，能将热解残渣中的黏土颗粒，以钙离子为核心的含水硅酸钙和铝酸钙形式析出形成稳定钙盐颗粒。这减小了黏土颗粒之间的距离增加颗粒之间的范德华力，并且钙离子能与沥青中的极性较强的羧基反应，形成不溶于水但易溶于有机溶剂的钙盐，解决了油污泥热解残渣中有害物质对沥青胶浆粘附性能等的影响。2.消石灰溶于水后呈现碱性有较多的氢氧根离子对热解残渣起到了一定活化作用，能增加油污泥热解残渣的孔隙率，使沥青中的大分子沿油污泥热解残渣表面的毛细管进入孔隙中，形成良好的锚固作用。增加与沥青的接触面积，使经消石灰改性后的油污泥热解残渣沥青胶浆填料周围褶皱明显，改善了沥青胶浆的高低温性能。
矿粉：1.矿粉和沥青共同形成沥青胶浆，提高了沥青混凝土的强度和稳定性，2.矿粉在沥青介质中能够起到阻碍氧分子扩散的作用，减弱沥青氧化的程度；同时部分软沥青质吸附到矿粉的微孔隙中，从而使得沥青中的软沥青质的质量分数减少，使老化程度降低。
水：使各组分在混合状态下在水溶液中能充分反应。
本发明所制备的改性沥青胶浆是经矿粉复合改性后的残渣其高温性能明显优于矿粉沥青胶浆，与不掺矿粉的复合改性相比其改性效果更加明显。改性后的油污泥热解残渣的低温性能明显优于矿粉沥青胶浆。油污泥热解残渣代替部分矿粉后经过硅烷偶联剂、消石灰改性后其各项性能明显优于矿粉沥青胶浆，解决了单一用油污泥热解残渣改性存在的高温性能、水稳定性能不足的问题，有很好的路用性能。
实施例二
本实施例在上述实施例的基础上提供一种具体的基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆的制备方法，假设最优配比为油污泥热解残渣：消石灰＝9：1，需要配置沥青胶浆的填料质量为600克时，那么需要油污泥热解残渣的质量为540克，消石灰的质量为60克，则该制备方法包括以下步骤：
步骤1、将540克的油污泥热解残渣、60克的消石灰在干燥状态下充分拌合，以制备填料。
步骤2、将步骤1制备的填料加水制成粘稠状流体。
步骤3、将粘稠状流体静置2h，以使油污泥热解残渣与消石灰充分反应，以制备混合物。
步骤4、将混合物放入烘箱中使其充分干燥，以制备混合填料。
步骤5、将烘干后的各掺配比的混合填料碾细，在150℃条件下利用高速剪切流变仪分别制备不同粉胶比的沥青胶浆。
实施例三
本实施例在上述实施例的基础上提供一种具体的基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆的制备方法，油污泥热解残渣：硅烷偶联剂:消石灰:矿粉＝120:1:20:80～120，假设最优配比为油污泥热解残渣：硅烷偶联剂:消石灰:矿粉＝120:1:20:80，需要配置沥青胶浆的填料质量为1000克时，那么需要油污泥热解残渣的质量为542.99克，硅烷偶联剂的质量为4.52克，消石灰的质量为90.50克，矿粉的质量为361.99克，则该制备方法包括以下步骤：
步骤1、先将4.52克硅烷偶联剂加入水中充分搅拌，然后加入水中的硅烷偶联剂、542.99克的油污泥热解残渣、90.50克的消石灰、361.99克的矿粉在干燥状态下充分拌合，以制备填料。
步骤2、将步骤1制备的填料加水制成粘稠状流体。
步骤3、将粘稠状流体静置2h，以使油污泥热解残渣与消石灰充分反应，以制备混合物。
步骤4、将混合物放入烘箱中使其充分干燥，以制备混合填料。
步骤5、将烘干后的各掺配比的混合填料碾细，在150℃条件下利用高速剪切流变仪分别制备不同粉胶比的沥青胶浆。
本发明基于上述实施例提出一种基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆，该改性沥青胶浆利用上述任一项实施例的制备方法制备而成。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特数据点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特数据点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在干燥状态下将油污泥热解残渣与预设物质进行拌合以制备填料，其中，所述预设物质包括消石灰；
在所述填料中加入水制成粘稠状流体；
将所述粘稠状流体静置预设时间以制备混合物；
对所述混合物进行干燥处理，以制备混合填料；
将所述混合填料制备成改性沥青胶浆；
所述预设物质还包括硅烷偶联剂和矿粉。
2.根据权利要求1所述的基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆的制备方法，其特征在于，在干燥状态下将油污泥热解残渣与预设物质进行充分拌合以制备填料，包括：
首先将所述硅烷偶联剂加入水中进行搅拌，然后在干燥状态下，将加入水的所述硅烷偶联剂、所述油污泥热解残渣、所述消石灰和所述矿粉进行拌合以制备填料。
3.根据权利要求1所述的基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆的制备方法，其特征在于，将所述粘稠状流体静置预设时间以制备混合物，包括：
将所述粘稠状流体静置预设时间使所述油污泥热解残渣与所述消石灰反应，以制备混合物。
4.根据权利要求3所述的基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆的制备方法，其特征在于，所述预设时间为大于0.5h。
5.根据权利要求1所述的基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆的制备方法，其特征在于，对所述混合物进行干燥处理，以制备混合填料，包括：
将所述混合物放入烘箱中进行干燥处理，以制备混合填料。
6.根据权利要求1所述的基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆的制备方法，其特征在于，将所述混合填料制备成改性沥青胶浆，包括：
首先将所述混合填料碾细，将碾细的所述混合填料加入至胶浆中，之后在预设温度条件下，利用高速剪切流变仪将加入所述混合填料的胶浆制备成所述改性沥青胶浆。
7.根据权利要求6所述的基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆的制备方法，其特征在于，所述改性沥青胶浆的粉胶比为0.8～1.0。
8.根据权利要求6所述的基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆的制备方法，其特征在于，所述预设温度的范围为140℃～160℃。
9.一种基于油污泥热解残渣的改性沥青胶浆，其特征在于，所述改性沥青胶浆利用权利要求1至8任一项所述的制备方法制备而成。
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