本發明屬于固體廢棄物資源化與道路工程材料，實現垃圾焚燒飛灰解毒后耦合道路工程材料冷拌瀝青的高值化利用，具體涉及一種基于脫毒飛灰的冷拌瀝青混合料及其制備方法。

背景技術：

1、飛灰作為hw18類危險廢物，含有二噁英、重金屬及可溶鹽等多種有毒有害成分，其安全處置與資源化利用已成為影響城市可持續發展的關鍵環節。傳統螯合填埋方式不僅處理成本高昂、產品附加值極低，而且隨著填埋空間日趨飽和與跨區域填埋政策收緊，其局限性日益凸顯。

2、在道路養護領域，路面修補材料與技術同樣面臨革新需求。傳統的瀝青溫補技術依賴于對瀝青進行加熱，以降低其粘度，從而滿足施工所需的流動性和可壓實性。這一過程需要配備專門的加熱設備，能耗大、流程繁瑣，且受施工現場條件（如電力、空間、明火限制）的制約，導致作業成本高、效率低。為克服這些弊端，冷拌型瀝青技術應運而生。它通過在瀝青中加入稀釋劑和固化劑，使其在常溫下具備良好的施工和易性，并在與水接觸后觸發交聯固化反應，形成穩固的網絡結構，從而在短時間內獲得足夠的早期強度，大幅提升施工效率并簡化流程。

3、將解毒后的飛灰處理產物應用于道路工程材料，特別是替代天然骨料，不僅能為其提供大規模消納渠道、解決飛灰圍城的困境，還能減少對石灰巖、玄武巖等天然礦產資源的開采，保護生態環境，并降低建材行業的碳排放，從而實現城市垃圾-焚燒減量-飛灰無害化-綠色基建的新型城市代謝模式。

4、然而，現有技術雖然公開不少冷拌瀝青混合料，但均存在各自的局限性：如公開號cn115650637a的一種反應型冷修復瀝青混合料及其制備方法，未利用固體廢棄物作為骨架；如公開號cn117700155a的一種水反應型瀝青冷補料及其制備方法和使用方法，依賴于傳統集料，成本較高；未解決乳化瀝青破乳時間控制難題，施工窗口期較短；如公開號cn117510130a的一種反應型冷拌瀝青混合料及其制備方法和應用，使用酸酐類化學稀釋劑，成本高且環境友好性差；多孔礦料載體制備工藝復雜，不利于大規模生產。

5、因此，本領域迫切需要一種能夠將高摻量飛灰處理產物與高性能冷拌瀝青技術相結合的新型方案。

技術實現思路

1、為了解決上述問題中的至少一種，本發明提供了一種基于脫毒飛灰的冷拌瀝青混合料及其制備方法。采用該方法制備得到的產品，克服了現有技術的缺陷，實現飛灰的高值化、規模化利用，同時賦予冷補瀝青材料更優的環保性、經濟性和施工性能；具備經濟性與實施可行性，切實發揮生活垃圾焚燒飛灰自身的實際功能價值，滿足市場高需求量。

2、為了達到上述目的，本發明采用了如下技術手段：一種基于脫毒飛灰的冷拌瀝青混合料，包括如下質量份的組分：垃圾焚燒飛灰處理產物骨料80-100份；反應型稀釋瀝青4.5-6.5份；礦粉3.5-7.5份；纖維0.15-0.35份；水反應促進劑0.5-1.5份；

3、所述礦粉為比表面積≥550?m2/kg、粒徑＜10μm的超細礦渣微粉，吸油值≤30ml/100g；

4、所述水反應促進劑為聚丙烯酸鈉與聚丙烯酰胺的復合物，質量比為1：（1-2）。

5、在本發明的一些實施方案中，所述垃圾焚燒飛灰處理產物骨料是由垃圾焚燒飛灰在350-400℃、惰性絕氧的條件下低溫熱分解去除二噁英，再經水洗脫除可溶性氯鹽及重金屬后，板框壓濾脫水、機械破碎篩分后得到。

6、城市垃圾焚燒產生的飛灰（含水率3%以下）經低溫熱分解去除二噁英和水洗脫除可溶性氯鹽及重金屬后，經板框壓濾脫水、機械破碎篩分后得到的骨料；所述低溫熱分解是指在低溫（350-400℃）、惰性絕氧（氧含量＜1%）的條件下保持60-90min、催化誘導二噁英發生脫氯/縮合反應，二噁英苯基母體通過脫氯/縮合反應使c-cl鍵斷裂分解，二噁英等持久性有機污染物降解生成無毒無害的高聚產物（最終為無定形碳）的熱處理過程；所述水洗由三級逆流洗脫系統組成，配套預溶罐、水洗罐、水洗攪拌裝置、提升泵、污泥導流泵以及尾氣吸收塔等裝置，水灰比≤2.5:1。

7、垃圾焚燒飛灰處理產物含水率15-20%，脫水設備為新型空氣能板框壓濾機，進料壓力6-10?kg/cm2，水壓榨壓力12-16?kg/cm2，空氣壓榨壓力4.5-10?kg/cm2、壓榨時間10-15min；所述飛灰處理產物二噁英、重金屬、氯離子含量滿足hj?1134標準中6.3要求；所述機械破碎設備為反擊式破碎機。

8、在本發明的一些實施方案中，所述垃圾焚燒飛灰處理產物骨料粒徑范圍為2-10mm，壓碎值不大于30%。

9、在本發明的一些實施方案中，所述反應型稀釋瀝青由基質瀝青與反應型稀釋劑按質量比100：（15-25）混合制得稀釋瀝青，稀釋瀝青與單組份濕固化聚氨酯預聚體按質量比100：（80-100）剪切攪拌得到反應型稀釋瀝青。

10、在本發明的一些實施方案中，所述反應型稀釋劑由不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸按質量比（80：20）-（95：5）組成，所述不飽和脂肪酸為油酸、亞油酸中的一種，所述飽和脂肪酸為棕櫚酸、硬脂酸中的一種，所述反應型稀釋劑的碘值為130-160。

11、在本發明的一些實施方案中，所述纖維為長度6-10mm的聚酯纖維或玄武巖纖維。

12、本發明的第二方面提供了一種基于脫毒飛灰的冷拌瀝青混合料的制備方法，包括如下步驟：

13、s1、將垃圾焚燒飛灰經低溫熱分解、水洗解毒、壓濾脫水、破碎篩分制成骨料；

14、s2、采用基質瀝青、反應型稀釋劑、單組份濕固化聚氨酯預聚體配制反應型瀝青冷補液；

15、s3、按照垃圾焚燒飛灰處理產物骨料80-100份，反應型瀝青冷補液4.5-6.5份，礦粉3.5-7.5份，纖維0.15-0.35份，水反應促進劑0.5-1.5份取各組分，然后在常溫下攪拌混合均勻即可。

16、在本發明的一些實施方案中，反應型稀釋瀝青和反應型瀝青冷補液表達的是同一種物質，反應型瀝青冷補液為冷卻至室溫狀態的反應型稀釋瀝青。

17、在本發明的一些實施方案中，所述反應型瀝青冷補液的制備方法如下：將基質瀝青加熱至100℃保溫；在攪拌狀態下，將反應型稀釋劑緩慢加入熱基質瀝青中混合制成稀釋瀝青；然后將稀釋瀝青和單組份濕固化聚氨酯預聚體以250-300r/min的速率攪拌40-50分鐘，得到均勻的反應型稀釋瀝青，冷卻至室溫得到反應型瀝青冷補液。

18、在本發明的一些實施方案中，反應型稀釋劑骨料粒徑范圍為2-10mm，壓碎值不大于30%。

19、在本發明的一些實施方案中，所述稀釋瀝青中基質瀝青與反應型稀釋劑的質量比為100：（15-25），反應型稀釋瀝青中稀釋瀝青與單組份濕固化聚氨酯預聚體的質量比為100：（80-100）。

20、單組份濕固化聚氨酯預聚體是一種以異氰酸酯封端的聚氨酯預聚體；它作為一種液態或膏狀的獨立組份，通過接觸空氣中的水分、基材表面的濕氣或水而發生化學反應，固化并形成三維交聯網狀結構；該固化過程能顯著提升復合材料（如瀝青混合料）的強度，并賦予其極佳的耐水性和耐久性。

21、在本發明的一些實施方案中，所述反應型稀釋劑由不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸按質量比（80：20）-（95：5）組成，所述不飽和脂肪酸為油酸、亞油酸中的一種，所述飽和脂肪酸為棕櫚酸、硬脂酸中的一種，所述反應型稀釋劑的碘值為130-160。

22、在本發明的一些實施方案中，所述常溫下攪拌混合均勻的過程如下：先將垃圾焚燒飛灰處理產物骨料、礦粉干拌均勻，再加入反應型瀝青冷補液和水反應促進劑濕拌均勻，再加入纖維，最后加入瀝青混合料質量1-3%的水作為反應劑拌合均勻。

23、在本發明的一些實施方案中，所述基質瀝青為70#或90#a級道路石油瀝青中的一種。

24、本發明的另一方面還提供了冷拌瀝青混合料在道路常溫修補中的應用。其應用方法主要分為以下四個步驟：

25、（1）坑槽處理：對待修補的坑槽進行劃線、切邊，清除內部松動碎料與雜物，并用風機將基面吹掃干燥、潔凈；

26、（2）涂料與攤鋪：在清理好的坑槽四壁與底部均勻涂刷一層乳化瀝青粘層油，隨后將按照前述方法制備得到的冷拌瀝青混合料填入槽內，稍高于周邊路面，然后用耙子或鏟子初步整平；

27、（3）壓實整平：使用小型振動壓路機或手扶夯錘對填料進行壓實，遵循先邊緣后中央的順序，直至壓實度達到要求且表面與原路面平順銜接；

28、（4）開放交通：壓實后即可立即開放交通。初期強度即可承受車輛荷載，其最終強度會隨著行車碾壓和水分蒸發而逐漸形成。

29、反應機理：

30、本發明的水反應型冷拌瀝青混合料的固化機理是一個多級反應過程，涉及水激發活化、界面鍵合和體積膨脹填充等多個階段：

31、水激發活化階段：當混合料遇水（人為或外界條件如雨天施工或潮濕坑槽）時，水分迅速滲透并激發飛灰處理產物中的堿性組分（氧化鈣、氧化鎂）。這些組分與水反應生成氫氧化鈣和氫氧化鎂，并釋放熱量，促使反應型稀釋劑中的不飽和脂肪酸發生原位皂化反應。反應式如下：

32、cao+h2o→ca(oh)2+heat；

33、r-cooh+ca(oh)2→(r-coo)2ca+h2o

34、2、界面鍵合階段：生成的脂肪酸金屬鹽（如鈣皂）是一種高效的表面活性劑，能夠顯著降低瀝青與骨料間的界面張力，增強瀝青對骨料（特別是飛灰處理骨料）的潤濕性和粘附性。同時，飛灰處理產物骨料中的活性二氧化硅和氧化鋁在堿性條件下與脂肪酸鹽反應，形成有機-無機雜化粘結相，大幅提升界面粘結強度。

35、3、反應填充階段：堿性環境（如飛灰處理產物骨料提供的oh-）強效催化了聚氨酯預聚體中異氰酸酯基團（-nco）與水的反應（水解），導致胺和co2的快速生成，胺隨即與另一個-nco基團反應形成大量、快速生成的脲鍵（-nh-co-nh-）。脲鍵的形成速度快，且其物理性能（硬度、強度、熔點）通常優于氨基甲酸酯鍵。同時，堿性環境也能催化-nco與羥基的反應（生成氨基甲酸酯鍵）并中和酸性干擾物。脲鍵的快速、大量形成是導致在堿性條件下聚氨酯改性瀝青加速固化并獲得更高早期強度的最核心原因。同時，飛灰處理產物骨料中精心控制的微量殘余膠凝成分（如硅酸鈣）繼續水化，產生csh凝膠，進一步密實結構，形成致密的復合網狀結構，從而快速提升混合料的整體強度和抗水損害能力。

36、r-nco+h2o→r-nh2+co2↑，

37、聚氨酯預聚體與水發生反應，聚氨酯預聚體中最關鍵的活性基團-nco，生成胺和二氧化碳；

38、r-nh2+r'-nco→r-nh-co-nh-r'，

39、生成的胺（r-nh2）立即與另一個-nco基團反應，生成脲鍵；

40、r-nco+r''-oh→r-nh-co-o-r''，

41、與羥基（-oh）反應，生成氨基甲酸酯鍵，羥基來源：瀝青本身含有少量羥基/羧基（尤其在氧化瀝青中）、飛灰處理產物骨料表面的物理吸附水或化學羥基、外加的水分。飛灰處理產物中（oh-）離子能極大地加速異氰酸酯基團與水（h2o）的反應速率。

42、本發明的有益效果

43、1、本技術的方案首次將處理后的垃圾焚燒飛灰作為主要骨料應用于瀝青混合料，飛灰摻量高達80%以上，不僅解決了危險廢物的處置難題，降低了環境風險，還減少了對天然砂石資源的開采，符合國家綠色低碳和循環經濟發展戰略。經處理后的飛灰骨料中重金屬浸出濃度遠低于國家標準限值，環境安全性得到保障，達到危廢資源化與環保的雙贏。

44、2、本技術通過水反應機制實現了冷拌瀝青混合料的快速強度形成，該瀝青混合料的初始馬歇爾強度可達3.5kn以上，浸水殘留穩定度比大于90%，遠超傳統溶劑型冷補料：通常初始馬歇爾強度低于2.5kn，浸水殘留穩定度比低于70%；其抗水損害能力和長期耐久性顯著提升，可有效避免了二次病害的發生。

45、3、本技術的方案具有工藝創新與成本優勢，創造了解毒飛灰造粒-常溫拌合的簡約工藝路線；無需加熱能耗，常溫下即可拌合和施工，簡化了生產步驟。同時，本發明采用的主要原料為飛灰處理產物，成本低廉，相比傳統冷補料可降低原材料成本約35-50%，具有顯著的經濟競爭力。

46、4、本技術的方案施工適應性廣泛，特有的水反應促進劑確保了混合料即使在潮濕或低溫環境（5℃以上）下也能通過與水反應有效固化，克服了傳統熱拌瀝青和乳化瀝青冷補料在雨季和冬季施工受限的技術瓶頸，實現了真正意義上的全天候道路養護。