垃圾焚烧炉底渣改性沥青混凝土的性能研究

张佰真铭，于 冰，安晓星

(哈尔滨石油学院，黑龙江 哈尔滨 150028)

1 试验材料与试验方法

1.1 试验材料

本研究采用山东省某垃圾处理厂的垃圾焚烧炉底渣，连续十个月进行取样，通过筛分试验在4号筛以上的垃圾焚烧炉底渣约占30%，而约有50%的底渣在4号筛至50号筛之间，其余的20%为50号筛以下的细粒料。该底渣分文粗细两种类型，其中粗底渣的比重均介于2.3～2.4之间，细底渣的比重均在2.0～2.3左右；粗底渣的吸水率约在3%～9%之间，而且其均匀性不良，细底渣的吸水率8%～12%，比一般天然砂吸水率1%高很多。

垃圾焚烧炉底渣除了必须注意到其物理性质是否均匀，另外对于其重金属溶出是否满足环境规范的要求，是另外一个重要的考虑因素，因此研究中选取连续11个月的实验数据作出分析。由表1可以看出，经过处理后的垃圾焚烧炉底渣除了铅的含量超出标准值外，其他如镉、铜、铬、六价铬、砷、汞等重金属，其含量都远低于标准值，甚至无法检测到。而对于铅的部分，可以在制备过程中增加稳定剂的使用量，但若要治本的话，要加强垃圾分类中电池的回收率，这样才可完全的降低铅的浓度。

表1 固体废物毒性浸出(TCLP)试验分析结果

本文中采用的级配符合国家规范规定的，然后将垃圾焚烧炉底渣按照基层质量比例的100%、80%、60%，底层质量比例的10%、20%、30%掺入。

2.2 试验方法

本文主要利用焚烧炉底渣取代部分级配粒料，并依据现行的国家规范，如《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》，确定最适合的添加比例。根据上述实验结果，从筛分析资料可以得知过4号筛的细粒料部分底渣约占总料的60%～70%，所以用于替代沥青混凝土细粒料是非常好的应用方向，然而底渣的性质并不像一般天然级配料均匀稳定，因此本研究在面层部分预定取代总粒料的0%、10%、20%；而在沥青处理底层部分则以替代总粒料的0%、20%。

3 试验结果与讨论

3.1 路面基层试验结果及分析

(1)击实试验结果

底渣的击实试验曲线的结果，如表2所示，可以看出不论是底渣全级配还是取代20%～40%的级配形式，最大干密度均会随添加底渣的质量增加而逐渐降低。对底渣全级配而言均会使最佳含水量增加，且比不添加底渣级配的含水量约高出4%～5%，而且每增加10%的垃圾焚烧炉底渣，将会使得含水量增加0.5%。

表2 掺配不同比例底渣的击实试验结果

(2)加州承载比(CBR)试验结果

基层各配比在不同击实次数下的修正加州承载比(CBR值)结果，如表3和表4所示。可以看出，CBR值随击实次数的增加而逐渐上升。在击实10次时，各配合比的CBR值均无法符合规范的规定，而当击实次数提升到30次时，CBR值均可符合规范的要求，这表示当击实次数提升至30下的击实能量，可符合规范要求，但必须符合95%干密度时，则击实次数为30次下的击实能量又显得不足，只有提高到65次时，可符合规范规定，尤其又以添加80%底渣的CBR值最高，整体来看添加60%～100%的垃圾焚烧炉底渣的CBR值均应可达到50以上。

表3 基层各配比在不同击实次数下的修正CBR结果

表4 基层各配比在98%干密度下的修正CBR结果

3.2 路面面层试验结果及分析

(1)基本性质试验结果

本文的研究中，沥青混凝土面层取代细粒料占总料重10%和20%，沥青采用一般道路较常使用的AC-10，以使研究结果更能让底渣沥青混凝土在工程中顺利的推广和应用。本文中，采用马歇尔法进行沥青混凝土配合设计，在底渣取代量加以改变，以求出在不同替代量下的最佳含油量及相对应的单位重、稳定值、流度值、V.M.A、Va、V.F.A及最大理论密度，试验结果如表5所示。

表5 路面面层的基本性质

可以看出，使用天然粒料掺配底渣部分，其含油量随着添加比例的提高而逐渐增加，主要由于底渣的孔隙率较高原因所导致，沥青混凝土单位重与有无掺配底渣并没有多大的影响。而在稳定值的数据结果上，使用底渣为掺配粒料部分，其稳定值均远大于规范值，甚至可以达一倍以上的强度。

(2)回弹模量试验结果

本文分别进行各种不同底渣比例掺配时的25 ℃及40 ℃的回弹模量试验，试验结果如表6所示，各组25 ℃及40 ℃的回弹模量比较。

表6 回弹模量试验结果(kg/cm2)

可以看出，回弹模量试验结果在25 ℃，随着垃圾焚烧炉底渣的替代量增加而逐渐提高，而在40 ℃时回弹模量则随底渣添加而呈现出降低的趋势。从单因子变异数分析来进行检定，以α=0.05为检定基准，P值均小于0.05，即表示底渣添加量的多少存在着显著性差异，因此可推断底渣添加量对回弹模量方面有较大且不利的影响。

(3)车辙试验结果

本文分别对垃圾焚烧炉底渣掺配量0%、10%、20%等三组不同配比进行车辙轮迹试验，并以试验温度60 ℃作为模拟夏天路面的温度，以求得与现地路面相同的车辙现象。车辙的试验结果如表7所示，变形量与辗压次数关系曲线。

表7 车辙轮迹试验结果

由试验结果可以看出，经过添加底渣的沥青混凝土其总车辙沉陷量均大于未添加的对照组，尤其添加20%的底渣其总沉陷特别明显，在滚压初期差异性并不大，而当达到1 200次滚压时差异性特别明显，主要原因是由于初期时底渣还可承受足够的抵抗车辙变形能力，而当经过1 200次的滚压后，垃圾焚烧炉底渣已无法承受而产生了部分破碎，因而车辙变形量逐渐增加。另外由于本文试验中的沥青采用AC-10，因此抵抗变形能力不如其他黏滞度较高的沥青，因此垃圾焚烧炉底渣在使用上可搭配黏滞度较高的沥青，以增加抵抗车辙变形能力。

4 结 论

(1)经过处理后的垃圾焚烧炉底渣除了铅的含量超出标准值外，其他如镉、铜、铬、六价铬、砷、汞等重金属，其含量都远低于标准值，甚至无法检测到。而对于铅的部分，可以在制备过程中增加稳定剂的使用量。

(2)不论是底渣全级配还是取代20%～40%的级配形式，最大干密度均会随添加底渣的质量增加而逐渐降低。在CBR试验中，只有提高到65次时，可符合规范规定，尤其又以添加80%底渣的CBR值最高，整体来看添加60%～100%的垃圾焚烧炉底渣的CBR值均应可达到50以上。

(3)使用天然粒料掺配底渣部分，其含油量随着添加比例的提高而逐渐增加。经过添加底渣的沥青混凝土其总车辙沉陷量均大于未添加的对照组，尤其添加20%的底渣其总沉陷特别明显，在滚压初期差异性并不大，而当达到1 200次滚压时差异性特别明显。