Modified cement stabilized macadam based on oily sludge pyrolysis residues and preparation method thereof
附图说明 图1：回弹模量试验试件。 图2：干缩实验试件。 图3：干缩实验。 技术领域 本发明涉及道路工程基层材料领域， 具体涉及油污泥热解残渣改性水泥稳定碎石及其制备方法。 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。 研究表明，油污泥热解残渣中的碳具有发达的孔隙结构，既能够保持水泥稳定碎石中的水分，改善无机结合料内部的养生条件，提高水泥稳定碎石的整体性能，还可以和残渣附带的油膜一起作用，抵消一部分水泥稳定碎石的干缩变形。其次，残渣中的氧化物可以与水泥熟料发生火山灰反应，降低水泥水化热，提高水泥稳定碎石耐久性等。若将油污泥热解残渣作为道路基层材料使用不仅能利用油污泥热解残渣的优良特性提高水泥稳定碎石的力学性能，还可以缓解道路基层材料不足的问题以及促进石油行业的绿色发展。 发明内容 发明技术方案：将碎石按照级配设计进行配制后，与油污泥热解残渣在干燥状态下充分拌合制成混合物。随后，将混合物与3.1%的水充分拌合后，放入密闭容器中闷料2h，最后，将所需的水泥与1.1%水加入混合物充分拌合，制备成不同水泥替换比的水泥-油污泥热解残渣稳定碎石。 各组分作用：油污泥热解残渣：1.油污泥残渣中的碳纳米管通过发挥其纳米填充作用和成核作用，增加早期水化产物生成量及高密度C-S-H凝胶的比例，从而降低材料的早期干缩、提高劈裂强度以及减少早期微裂缝的生成，同时，优化水泥稳定碎石的孔隙率和孔径分布。另一方面，碳纳米管通过发挥其桥联作用，增强水泥稳定碎石内部的界面过渡区，有效减少微裂缝的产生。此外，当水泥稳定碎石内部出现纳米级裂缝时，碳纳米管产生捎钉的持强增韧作用可以抑制纳米级裂缝的扩展。因此，碳纳米管可在微观尺度上优化水泥稳定碎石中胶凝产物的结构，从而有助于提高水泥稳定碎石的宏观性能，尤其是耐久性能。2.油污泥残渣中的Ga，Si，Al等氧化物与水泥水化产物氢氧化钙等发生火山灰反应，催化水泥水化反应，增强早期水泥稳定碎石的整体强度。 水泥：残渣中Na、K等少量金属的氢氧化物对水泥的硬化起到催化作用，NaOH、KOH使水泥中的硅铝酸盐溶解形成硅酸盐和偏铝酸盐,再进一步与Ca(OH)2反应生成硅酸钙和铝酸钙凝胶,同时重新生成NaOH、KOH继续催化下一轮反应，使其具有快硬高强、耐高温、耐酸腐蚀等优异性能。 水：使各组分在混合状态下在水溶液中能充分反应。 本发明技术方案的具体实施例。 实施例一：假设最优配比为油污泥热解残渣：水泥=1：9。首先，通过筛分实验进行骨架密实型集料的级配设计，集料使用粒径为0-5、5-10、10-20、20-30mm的四档集料，将其按25:20:25:30的配合比进行均匀混合。并基于外掺法确定无机结合料（水泥+油污泥残渣）掺加量为4.5%。然后，通过击实试验确定混合料的最大干密度和最佳含水量。此后，在集料中加入3.2%的水，与0.45%油污泥热解残渣充分拌和后放入密闭容器中闷料2h。最后，加入4.05%水泥与1.5%的水，拌合均匀后，制备成的水泥-油污泥热解残渣稳定碎石。 实施例二：假设最优配比为油污泥热解残渣：水泥=2：8。首先，通过筛分实验进行骨架密实型集料的级配设计，集料使用粒径为0-5、5-10、10-20、20-30mm的四档集料，将其按25:20:25:30的配合比进行均匀混合。并基于外掺法确定无机结合料（水泥+油污泥残渣）掺加量为4.5%。然后，通过击实试验确定混合料的最大干密度和最佳含水量。此后，在集料中加入3.4%的水，与0.9%油污泥热解残渣充分拌和后放入密闭容器中闷料2h。最后，加入3.6%水泥与1.5%的水，拌合均匀后，制备成的水泥-油污泥热解残渣稳定碎石。 实施例三：假设最优配比为油污泥热解残渣：水泥=3：7。首先，通过筛分实验进行骨架密实型集料的级配设计，集料使用粒径为0-5、5-10、10-20、20-30mm的四档集料，将其按25:20:25:30的配合比进行均匀混合。并基于外掺法确定无机结合料（水泥+油污泥残渣）掺加量为4.5%。然后，通过击实试验确定混合料的最大干密度和最佳含水量。此后，在集料中加入4.5%的水，与1.35%油污泥热解残渣充分拌和后放入密闭容器中闷料2h。最后，加入3.15%水泥与1.5%的水，拌合均匀后，制备成的水泥-油污泥热解残渣稳定碎石。 本发明带来的有益效果：经油污泥残渣改善后的水泥稳定碎石力学性能得到明显提升，抗压弹性模量、收缩性能得到改善。水泥-油污泥残渣稳定碎石各项性能明显优于普通水泥稳定碎石，既解决了沥青道路半刚性基层刚度过大的问题，还可以变废为宝，解决油污泥热解残渣对环境的污染及对耕地的占用问题，降低筑路成本，降低筑路过程中由于消耗大量水泥造成较高的碳排放量。 The invention discloses modified cement stabilized macadam based on oily sludge pyrolysis residues and a preparation method of the modified cement stabilized macadam, and relates to the technical field of research on mechanics and shrinkage performance of the cement stabilized macadam. The method comprises the following steps: preparing broken stones according to a grading design, and fully mixing the broken stones with oily sludge pyrolysis residues in a dry state to prepare a mixture; then, fully mixing the mixture with 3.1% of water, and putting the mixture into a closed container for sealing for 2 hours; and finally, adding the required cement and 1.1% of water into the mixture, and fully mixing to prepare the cement oil sludge pyrolysis residue stabilized macadam with different cement replacement ratios. The mechanical property of the cement stabilized macadam improved by the oily sludge residues is obviously improved, the compressive elastic modulus and the shrinkage performance are improved, the problem that the rigidity of a semi-rigid base layer is too large is solved, waste can be turned into wealth, the problem that the environment is polluted by the oily sludge pyrolysis residues is solved, the road building cost is reduced, and the economic benefit is increased. And high carbon emission caused by consumption of a large amount of cement in the road building process is reduced. 1.基于油污泥热解残渣改性水泥稳定碎石及其制备方法其特征在于：其工艺步骤和配合比。 2.基于权利要求1所诉的工艺步骤及配合比，其特征在于：首先确定水泥-油污泥热解残渣稳定碎石配比中油污泥热解残渣：水泥=1：9；通过筛分实验进行骨架密实型集料的级配设计，集料使用粒径为0-5、5-10、10-20、20-30mm的四档集料，将其按25:20:25:30的配合比进行均匀混合；并基于外掺法确定无机结合料（水泥+油污泥残渣）掺加量为4.5%；然后，通过击实试验确定混合料的最大干密度和最佳含水量；此后，在集料中加入3.2%的水，与0.45%油污泥热解残渣充分拌和后放入密闭容器中闷料2h；最后，加入4.05%水泥与1.5%的水，拌合均匀后，制备成的水泥-油污泥热解残渣稳定碎石。 3.基于权利要求1所诉的工艺步骤及配合比，其特征在于：首先确定水泥-油污泥热解残渣稳定碎石配比中油污泥热解残渣：水泥=2：8；通过筛分实验进行骨架密实型集料的级配设计，集料使用粒径为0-5、5-10、10-20、20-30mm的四档集料，将其按25:20:25:30的配合比进行均匀混合；并基于外掺法确定无机结合料（水泥+油污泥残渣）掺加量为4.5%；然后，通过击实试验确定混合料的最大干密度和最佳含水量；此后，在集料中加入3.4%的水，与0.9%油污泥热解残渣充分拌和后放入密闭容器中闷料2h；最后，加入3.6%水泥与1.5%的水，拌合均匀后，制备成的水泥-油污泥热解残渣稳定碎石。 4.基于权利要求1所诉的工艺步骤及配合比，其特征在于：首先确定水泥-油污泥热解残渣稳定碎石配比中油污泥热解残渣：水泥=3：7；通过筛分实验进行骨架密实型集料的级配设计，集料使用粒径为0-5、5-10、10-20、20-30mm的四档集料，将其按25:20:25:30的配合比进行均匀混合；并基于外掺法确定无机结合料（水泥+油污泥残渣）掺加量为4.5%；然后，通过击实试验确定混合料的最大干密度和最佳含水量；此后，在集料中加入4.5%的水，与1.35%油污泥热解残渣充分拌和后放入密闭容器中闷料2h；最后，加入3.15%水泥与1.5%的水，拌合均匀后，制备成的水泥-油污泥热解残渣稳定碎石。