一种食草动物粪便在道路工程中资源化利用方法
阅读说明：本技术 一种食草动物粪便在道路工程中资源化利用方法 (Resource utilization method of herbivore excrement in road engineering ) 是由 彭勇 吴佳豪 于 2021-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种食草动物粪便在道路工程中资源化利用方法,该方法包括：食草动物粪便的处理方法及后续在沥青混合料中的添加方法。本发明所述的食草动物粪便中含有大量的木质素纤维,在沥青混合料中与沥青相互结合使得沥青的粘结力更强,纤维对沥青混合料也有“加筋作用”。添加此食草动物粪便不仅能提高沥青与集料的粘附性,更能提高沥青混合料的水稳定性、高温稳定性及低温抗裂性等沥青道路路用性能指标。同时,本发明所述的食草动物粪便对拌合的设备要求低,价格低廉,适合资金比较短缺地区或牧区的非高等级公路建设或维护。(The invention discloses a resource utilization method of herbivore excrement in road engineering, which comprises the following steps: a method for treating herbivore excrement and a method for adding the herbivore excrement into an asphalt mixture in a follow-up process. The herbivore excrement contains a large amount of lignin fibers, the lignin fibers are combined with the asphalt in the asphalt mixture to enable the adhesion of the asphalt to be stronger, and the fibers also have a reinforcement effect on the asphalt mixture. The addition of the herbivore excrement can improve the adhesion between asphalt and aggregate, and can also improve the pavement performance indexes of asphalt roads, such as water stability, high-temperature stability, low-temperature crack resistance and the like of the asphalt mixture. Meanwhile, the herbivore excrement has low requirement on mixing equipment and low price, and is suitable for construction or maintenance of non-high-grade roads in regions with relatively short capital or pastoral areas.)
技术领域
本发明涉及沥青混合料技术领域，尤其涉及一种食草动物粪便在道路工程中资源化利用方法。
背景技术
目前，国内外对于木质素纤维的研究已十分完善，其中已经包括了最佳纤维掺量、掺加纤维状态下的最佳油石比等关键性的指标。然而，这些研究大多数针对的对象都是高等级公路，研究的重点都放在了SMA结构和SBS改性沥青的方向上。对于受到经济条件限制的低等级公路来说，SMA结构对原材料的要求极高，SBS改性沥青的价格较基质沥青贵，在各种环节上都增加了修建道路的成本。
同时，我国畜牧业养殖量巨大，随之产生的动物粪便数量庞大。而动物粪便中含有大量的有机物和重金属元素，若不加处理直接排放在自然环境中，将会对环境造成很大的伤害。若放任大量的动物粪便被堆积在田边地头，粪便中的有机物腐败会产生大量有害气体和臭气，重金属元素会随着水流渗入地下，污染耕地和地下水，同时许多原本寄宿在粪便中的微生物和病原体也会趁此机会在自然环境中生存繁殖，危害周围居民的健康。
为解决这些问题，本文从自然界获得灵感，探究将食草动物粪便应用在沥青道路中。将食草动物粪便加入在沥青混合料中，不仅能显著提高沥青与集料之间的粘附性，同时还能改善沥青混合料的各项路用性能指标。同时，本发明所述的食草动物粪便处理步骤简单，对设备要求低，使用方便。
发明内容
本发明的目的在于针对现有农村低等级道路现状，提出一种食草动物粪便在道路工程中资源化利用方法。所述的食草动物粪便不仅能提高沥青的粘结力，进而提高沥青路面的使用性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种食草动物粪便在道路工程中资源化利用方法,具体为：把食草动物粪便作为添加剂添加到沥青路面材料中，实现食草动物粪便在道路工程中资源化利用。其中，添加剂由以下原料组成：
食草动物粪便、食草动物粪便和消石灰。
所述食草动物粪便最主要的成分为纤维素和半纤维素，占总质量的一半以上，其次为木质素，约占总质量的20％，剩余成分为蛋白质、脂肪类、有机酸及多种无机盐类等，所占比重较小。其中，大量的木质素纤维在沥青混合料中与沥青相互结合使得沥青的粘结力更强，纤维对沥青混合料也有“加筋作用”。
优选地，其制备方法包括以下步骤：
S1、将新鲜食草动物粪便(100份)和消石灰(0-20份)掺合后进行初步干燥，使得粪便含水率降至10％以下；
S2、将干燥后结团的食草动物粪便人工锤碎或机械捣碎，尽可能暴露出原本在内部的残渣。采用9.5mm筛网剔除已经分散的粪便中体积较大的杂质，例如植物根茎、树叶等；
S3、将筛分后的食草动物粪便放入干燥完全，以便充分去除粪便中残余的水分和微生物；
S4、取出已经干燥完全的食草动物粪便，用捣碎棒将粪便振捣完全，将其再次放入震筛机中，利用4.75mm筛网筛分出那些粒径较大的颗粒，获得添加剂成品；
S5、设置沥青混合料拌和锅拌和温度(如：基质沥青混合料：150-160℃，改性沥青混合料：165-175℃)，将预热温度达170-175℃矿物集料倒入拌和锅后，先直接投放食草动物粪便添加剂进行干拌10-15s，接着添加热沥青(基质沥青：155-160℃，改性沥青：170-175℃)进行湿拌30s，最后添加矿粉再共同拌和10-15s，从而得到含食草动物粪便的沥青混合料。
优选地，所述步骤S1中，干燥使得粪便含水率降至10％以下的方法为：晾晒36小时或放入40℃的烘箱中干燥10小时。
优选地，所述步骤S3中，干燥的条件为：60℃的烘箱中处理6小时。
优选地，所述食草动物粪便添加剂占沥青混合料总质量的0.3％-1.2％。
本发明提出一种食草动物粪便在道路工程中资源化利用方法，食草动物粪便可直接在热沥青与集料的拌和过程中加入，操作简单，对设备要求低。
本发明的有益效果主要有以下三点：①可显著提高沥青与集料之间的粘附性，提高沥青与集料之间的粘结力；②提高沥青混合料的路用性能指标，提高水稳定性、高温稳定性和低温抗裂性；③所述的食草动物粪便与沥青相容性好，加热搅拌均匀即可，操作简单，使用方便。
具体实施方式
以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实例提供一种食草动物粪便在道路工程中资源化利用方法，把食草动物粪便作为添加剂添加到沥青路面材料中，实现食草动物粪便在道路工程中资源化利用，其包括以下步骤：
S1、将新鲜食草动物粪便(100重量份)和消石灰(0-20重量份)掺合后晾晒36小时或放入40℃的烘箱中10小时进行初步干燥，使得粪便含水率降至10％以下；
S2、将干燥后结团的食草动物粪便人工锤碎或机械捣碎，尽可能暴露出原本在内部的残渣。采用9.5mm筛网剔除已经分散的粪便中体积较大的杂质，例如植物根茎、树叶等；
S3、将筛分后的食草动物粪便放入60℃的烘箱中6小时干燥完全，以便充分去除粪便中残余的水分和微生物；
S4、取出已经干燥完全的食草动物粪便，用捣碎棒将粪便振捣完全，将其再次放入震筛机中，利用4.75mm筛网筛分除去那些粒径较大的颗粒，获得成品；
S5、设置沥青混合料拌和锅拌和温度(基质沥青混合料：150-160℃，改性沥青混合料：165-175℃)，将预热温度达170-175℃矿物集料和倒入拌和锅后，先直接投放食草动物粪进行干拌10-15s，接着添加热沥青(基质沥青：155-160℃，改性沥青：170-175℃)进行湿拌30s，最后添加矿粉再共同拌和10-15s，从而得到含食草动物粪便的沥青混合料。
下面结合具体实施例并借助浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、单轴贯入试验，以及低温劈裂试验来评价本发明食草动物粪便添加剂对沥青混合料路用性能的影响。
实施例1
本实例采用新鲜牛粪(100份)和消石灰(10份)制备牛粪添加剂，以沥青混合料AC-13为例，选用石灰岩作为集料，70#基质沥青作为胶结料进行添加牛粪添加剂的沥青混合料水稳定性能试验、高温稳定性能试验和低温抗裂性能试验。
采用《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)推荐的沥青混合料AC-13级配范围中值，通过马歇尔试验设计方法确定最佳油石比和牛粪添加剂掺量。根据设计结果，沥青混合料AC-13的最佳油石比为4.8％，完全干燥的牛粪添加剂掺量为0.7wt％。
最后，根据规范推荐的AC-13级配范围中值和试验设计确定的最佳油石比和牛粪掺量，制备添加牛粪的沥青混合料，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、单轴贯入试验，以及低温劈裂试验，试验结果取平均值，其值如表1所示：
表1 沥青混合料各项试验结果
由表1可知，添加牛粪和消石灰的沥青混合料浸水残留稳定度为86.5％，冻融劈裂强度比为86.8％，与基质沥青混合料相比，水稳定性显著提高。添加牛粪和消石灰的沥青混合料抗剪强度为1.02MPa，高于基质沥青混合料的试验数值，表明添加食草动物粪便(牛粪)和消石灰能提高沥青混合料的高温稳定性能。在低温劈裂试验中，添加牛粪和消石灰的沥青混合料的破坏拉伸应变高于基质沥青混合料的数值，与基质沥青混合料相比，抗变形能力增强，在低温条件下，抗裂缝能力增强。
实施例2
本实例采用新鲜牛粪(100份)制备牛粪添加剂，以沥青混合料AC-13为例，选用石灰岩作为集料，70#基质沥青作为胶结料进行添加牛粪添加剂的沥青混合料，采用《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)推荐的沥青混合料AC-13级配范围中值，通过马歇尔试验设计方法确定最佳油石比和牛粪添加剂掺量。
根据设计结果，沥青混合料AC-13的最佳油石比为4.8％，完全干燥的牛粪添加剂掺量为0.7wt％。
按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、单轴贯入试验，以及低温劈裂试验。
表2 沥青混合料各项试验结果
由表2可知，只添加牛粪的沥青混合料浸水残留稳定度为85.6％，冻融劈裂强度比为86.0％，抗剪强度为0.97MPa，低温破坏拉伸应变为11809με，相较于基质沥青混合料，只添加牛粪的沥青混合料的水稳定性、高温稳定性及低温抗裂性等沥青道路路用性能指标也得到显著提高。
实施例3
本实例采用新鲜牛粪(100份)和消石灰(20份)制备牛粪添加剂，以沥青混合料AC-13为例，选用石灰岩作为集料，70#基质沥青作为胶结料进行添加牛粪添加剂的沥青混合料，采用《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)推荐的沥青混合料AC-13级配范围中值，通过马歇尔试验设计方法确定最佳油石比和牛粪添加剂掺量。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、单轴贯入试验，以及低温劈裂试验。结果表明与基质沥青混合料相比，添加牛粪添加剂的沥青混合料的水稳定性、高温稳定性及低温抗裂性等沥青道路路用性能指标均得到显著提高。
虽然上文中已经用一般说明、具体实施方式以及试验对本发明做了详细地描述，但在本发明基础之上，可以对之作一些修改和改进，这对本领域技术人员而言是显而易见。因此，在此发明之上所作的修改和改进，均属于本发明要求保护的范围。
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