垃圾焚燒爐底渣改性瀝青混凝土的性能研究

張佰真銘，于 冰，安曉星

(哈爾濱石油學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150028)

1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究采用山東省某垃圾處理廠的垃圾焚燒爐底渣，連續(xù)十個(gè)月進(jìn)行取樣，通過(guò)篩分試驗(yàn)在4號(hào)篩以上的垃圾焚燒爐底渣約占30%，而約有50%的底渣在4號(hào)篩至50號(hào)篩之間，其余的20%為50號(hào)篩以下的細(xì)粒料。該底渣分文粗細(xì)兩種類型，其中粗底渣的比重均介于2.3～2.4之間，細(xì)底渣的比重均在2.0～2.3左右；粗底渣的吸水率約在3%～9%之間，而且其均勻性不良，細(xì)底渣的吸水率8%～12%，比一般天然砂吸水率1%高很多。

垃圾焚燒爐底渣除了必須注意到其物理性質(zhì)是否均勻，另外對(duì)于其重金屬溶出是否滿足環(huán)境規(guī)范的要求，是另外一個(gè)重要的考慮因素，因此研究中選取連續(xù)11個(gè)月的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出分析。由表1可以看出，經(jīng)過(guò)處理后的垃圾焚燒爐底渣除了鉛的含量超出標(biāo)準(zhǔn)值外，其他如鎘、銅、鉻、六價(jià)鉻、砷、汞等重金屬，其含量都遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值，甚至無(wú)法檢測(cè)到。而對(duì)于鉛的部分，可以在制備過(guò)程中增加穩(wěn)定劑的使用量，但若要治本的話，要加強(qiáng)垃圾分類中電池的回收率，這樣才可完全的降低鉛的濃度。

表1 固體廢物毒性浸出(TCLP)試驗(yàn)分析結(jié)果

本文中采用的級(jí)配符合國(guó)家規(guī)范規(guī)定的，然后將垃圾焚燒爐底渣按照基層質(zhì)量比例的100%、80%、60%，底層質(zhì)量比例的10%、20%、30%摻入。

2.2 試驗(yàn)方法

本文主要利用焚燒爐底渣取代部分級(jí)配粒料，并依據(jù)現(xiàn)行的國(guó)家規(guī)范，如《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E20-2011)》，確定最適合的添加比例。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從篩分析資料可以得知過(guò)4號(hào)篩的細(xì)粒料部分底渣約占總料的60%～70%，所以用于替代瀝青混凝土細(xì)粒料是非常好的應(yīng)用方向，然而底渣的性質(zhì)并不像一般天然級(jí)配料均勻穩(wěn)定，因此本研究在面層部分預(yù)定取代總粒料的0%、10%、20%；而在瀝青處理底層部分則以替代總粒料的0%、20%。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 路面基層試驗(yàn)結(jié)果及分析

(1)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

底渣的擊實(shí)試驗(yàn)曲線的結(jié)果，如表2所示，可以看出不論是底渣全級(jí)配還是取代20%～40%的級(jí)配形式，最大干密度均會(huì)隨添加底渣的質(zhì)量增加而逐漸降低。對(duì)底渣全級(jí)配而言均會(huì)使最佳含水量增加，且比不添加底渣級(jí)配的含水量約高出4%～5%，而且每增加10%的垃圾焚燒爐底渣，將會(huì)使得含水量增加0.5%。

表2 摻配不同比例底渣的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

(2)加州承載比(CBR)試驗(yàn)結(jié)果

基層各配比在不同擊實(shí)次數(shù)下的修正加州承載比(CBR值)結(jié)果，如表3和表4所示。可以看出，CBR值隨擊實(shí)次數(shù)的增加而逐漸上升。在擊實(shí)10次時(shí)，各配合比的CBR值均無(wú)法符合規(guī)范的規(guī)定，而當(dāng)擊實(shí)次數(shù)提升到30次時(shí)，CBR值均可符合規(guī)范的要求，這表示當(dāng)擊實(shí)次數(shù)提升至30下的擊實(shí)能量，可符合規(guī)范要求，但必須符合95%干密度時(shí)，則擊實(shí)次數(shù)為30次下的擊實(shí)能量又顯得不足，只有提高到65次時(shí)，可符合規(guī)范規(guī)定，尤其又以添加80%底渣的CBR值最高，整體來(lái)看添加60%～100%的垃圾焚燒爐底渣的CBR值均應(yīng)可達(dá)到50以上。

表3 基層各配比在不同擊實(shí)次數(shù)下的修正CBR結(jié)果

表4 基層各配比在98%干密度下的修正CBR結(jié)果

3.2 路面面層試驗(yàn)結(jié)果及分析

(1)基本性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果

本文的研究中，瀝青混凝土面層取代細(xì)粒料占總料重10%和20%，瀝青采用一般道路較常使用的AC-10，以使研究結(jié)果更能讓底渣瀝青混凝土在工程中順利的推廣和應(yīng)用。本文中，采用馬歇爾法進(jìn)行瀝青混凝土配合設(shè)計(jì)，在底渣取代量加以改變，以求出在不同替代量下的最佳含油量及相對(duì)應(yīng)的單位重、穩(wěn)定值、流度值、V.M.A、Va、V.F.A及最大理論密度，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 路面面層的基本性質(zhì)

可以看出，使用天然粒料摻配底渣部分，其含油量隨著添加比例的提高而逐漸增加，主要由于底渣的孔隙率較高原因所導(dǎo)致，瀝青混凝土單位重與有無(wú)摻配底渣并沒(méi)有多大的影響。而在穩(wěn)定值的數(shù)據(jù)結(jié)果上，使用底渣為摻配粒料部分，其穩(wěn)定值均遠(yuǎn)大于規(guī)范值，甚至可以達(dá)一倍以上的強(qiáng)度。

(2)回彈模量試驗(yàn)結(jié)果

本文分別進(jìn)行各種不同底渣比例摻配時(shí)的25 ℃及40 ℃的回彈模量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示，各組25 ℃及40 ℃的回彈模量比較。

表6 回彈模量試驗(yàn)結(jié)果(kg/cm2)

可以看出，回彈模量試驗(yàn)結(jié)果在25 ℃，隨著垃圾焚燒爐底渣的替代量增加而逐漸提高，而在40 ℃時(shí)回彈模量則隨底渣添加而呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。從單因子變異數(shù)分析來(lái)進(jìn)行檢定，以α=0.05為檢定基準(zhǔn)，P值均小于0.05，即表示底渣添加量的多少存在著顯著性差異，因此可推斷底渣添加量對(duì)回彈模量方面有較大且不利的影響。

(3)車轍試驗(yàn)結(jié)果

本文分別對(duì)垃圾焚燒爐底渣摻配量0%、10%、20%等三組不同配比進(jìn)行車轍輪跡試驗(yàn)，并以試驗(yàn)溫度60 ℃作為模擬夏天路面的溫度，以求得與現(xiàn)地路面相同的車轍現(xiàn)象。車轍的試驗(yàn)結(jié)果如表7所示，變形量與輾壓次數(shù)關(guān)系曲線。

表7 車轍輪跡試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，經(jīng)過(guò)添加底渣的瀝青混凝土其總車轍沉陷量均大于未添加的對(duì)照組，尤其添加20%的底渣其總沉陷特別明顯，在滾壓初期差異性并不大，而當(dāng)達(dá)到1 200次滾壓時(shí)差異性特別明顯，主要原因是由于初期時(shí)底渣還可承受足夠的抵抗車轍變形能力，而當(dāng)經(jīng)過(guò)1 200次的滾壓后，垃圾焚燒爐底渣已無(wú)法承受而產(chǎn)生了部分破碎，因而車轍變形量逐漸增加。另外由于本文試驗(yàn)中的瀝青采用AC-10，因此抵抗變形能力不如其他黏滯度較高的瀝青，因此垃圾焚燒爐底渣在使用上可搭配黏滯度較高的瀝青，以增加抵抗車轍變形能力。

4 結(jié) 論

(1)經(jīng)過(guò)處理后的垃圾焚燒爐底渣除了鉛的含量超出標(biāo)準(zhǔn)值外，其他如鎘、銅、鉻、六價(jià)鉻、砷、汞等重金屬，其含量都遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值，甚至無(wú)法檢測(cè)到。而對(duì)于鉛的部分，可以在制備過(guò)程中增加穩(wěn)定劑的使用量。

(2)不論是底渣全級(jí)配還是取代20%～40%的級(jí)配形式，最大干密度均會(huì)隨添加底渣的質(zhì)量增加而逐漸降低。在CBR試驗(yàn)中，只有提高到65次時(shí)，可符合規(guī)范規(guī)定，尤其又以添加80%底渣的CBR值最高，整體來(lái)看添加60%～100%的垃圾焚燒爐底渣的CBR值均應(yīng)可達(dá)到50以上。

(3)使用天然粒料摻配底渣部分，其含油量隨著添加比例的提高而逐漸增加。經(jīng)過(guò)添加底渣的瀝青混凝土其總車轍沉陷量均大于未添加的對(duì)照組，尤其添加20%的底渣其總沉陷特別明顯，在滾壓初期差異性并不大，而當(dāng)達(dá)到1 200次滾壓時(shí)差異性特別明顯。