垃圾爐渣用于路基填筑的土工特性試驗分析

盧佩霞 殷成勝 王會芳

摘要：以揚州市生活垃圾焚燒發(fā)電廠的爐渣為研究對象，進行了篩分、含水率、擊實、CBR、燒失量等公路土工試驗，試驗結(jié)果表明：垃圾爐渣的顆粒組成特征為公路土分類中的粗粒土，屬于級配良好礫土，最大干密度1524 g·cm-3，最佳含水率為16%，液限為404%，塑性指數(shù)25.9，CBR值為5.4，有機質(zhì)含量3.36%，適合作為二級及以下等級公路的路基填料。

關(guān)鍵詞：道路工程；垃圾爐渣；土工試驗；路基填料

中圖分類號：U414.1文獻標(biāo)志碼：B

0引言

垃圾爐渣是生活垃圾在垃圾發(fā)電廠經(jīng)高溫燃燒處理后的副產(chǎn)品，包括爐排上殘留的焚燒殘渣和從爐排間掉落的顆粒物。中國《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準》（GB 18485—2001）明確規(guī)定：焚燒爐渣按一般固體廢物處理[1]。如能將垃圾爐渣進行資源化利用，既可以節(jié)省用以填埋的土地資源，又可以作為替代資源，從而減少對自然資源的開采，有助于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，以及建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的總體規(guī)劃。

生活垃圾爐渣的資源化利用在美國、日本和歐洲已有幾十年的歷史。將城市生活垃圾焚燒爐渣進行磁選、篩分，去除其中的黑色及有色金屬、阻燃材料等，并獲得適宜的粒徑，然后與水、水泥及其他骨料混合，按一定比例制成混凝土磚，這種工藝已得到了商業(yè)化應(yīng)用。國內(nèi)大多數(shù)垃圾焚燒廠對大量爐渣仍僅是進行簡單的填埋。

從垃圾爐渣的基本特性與成分來看，它類似于沙石材料，粒徑分布基本符合道路建材（骨料、級配碎石或級配礫石等）的級配要求，而且抗壓強度較大，易壓實到高承載力的狀態(tài)，可用于路基填筑[2]。同時，由國內(nèi)外對爐渣的研究現(xiàn)狀[37]可知，研究爐渣物理化學(xué)特性的較多，對工程特性的研究較少。本文對爐渣進行室內(nèi)土工試驗研究，分析其用作道路路基填料的路用工程特性，為公路工程應(yīng)用提供技術(shù)參數(shù)。

1試驗原材料

本文試驗選擇揚州市生活垃圾焚燒發(fā)電廠的垃圾爐渣，垃圾焚燒采用機械爐排爐工藝。爐渣已經(jīng)過垃圾處理廠預(yù)處理，過篩40 mm，露天堆放1個月左右。

2試驗結(jié)果與分析

2.1顆粒組成

為了鑒別爐渣作為路基土的基本類別，須確定爐渣的顆粒級配組成。本文所有試驗均執(zhí)行《公路土工試驗規(guī)程》（JTG E40—2007）[8]中的相關(guān)規(guī)定。顆粒級配采用篩分法（T 0115—1993）。試驗結(jié)果如表1表示，級配曲線如圖1所示。

《公路土工試驗規(guī)程》規(guī)定：顆粒組成在0.075～60 mm之間的土為粗粒土，在粗粒土中，又分為礫類土和砂類土。2～60 mm之間的土為礫類土，0075～2 mm之間的土為砂類土。粗粒土中礫類土質(zhì)量多于砂粒土質(zhì)量的土稱為礫類土，反之稱為砂類土。由表1可知：砂類占45.91%，礫類占5409%。按照土的分類，爐渣中礫類多于砂類，可以定名為礫類土。《公路路基設(shè)計規(guī)范》[9]中規(guī)定，填方路基應(yīng)優(yōu)先選用級配較好的礫類土、砂類土等粗粒土作為填料，填料最大粒徑應(yīng)小于150 mm。

圖1爐渣級配曲線

《公路土工試驗規(guī)程》規(guī)定：顆粒組成在0.075～60 mm之間的土為粗粒土，在粗粒土中，又分為礫類土和砂類土。2～60 mm之間的土為礫類土，0075～2 mm之間的土為砂類土。粗粒土中礫類土質(zhì)量多于砂粒土質(zhì)量的土稱為礫類土，反之稱為砂類土。由表1可知：砂類占45.91%，礫類占5409%。按照土的分類，爐渣中礫類多于砂類，可以定名為礫類土。《公路路基設(shè)計規(guī)范》[9]中規(guī)定，填方路基應(yīng)優(yōu)先選用級配較好的礫類土、砂類土等粗粒土作為填料，填料最大粒徑應(yīng)小于150 mm。

土顆粒組成特征以土的級配指標(biāo)的不均勻系數(shù)（Cu）和曲率系數(shù)（Cc）表示。不均勻系數(shù)（Cu）反映粒徑分布曲線上的土粒分布范圍，按下式計算。

Cu=d60d10（1）

式中：d10為粒徑級配曲線上縱坐標(biāo)為10%所對應(yīng)的粒徑（mm）；d30為粒徑級配曲線上縱坐標(biāo)為30%所對應(yīng)的粒徑（mm）。

曲率系數(shù)（Cc）反映粒徑分布曲線上的土粒分布形狀，按下式計算。

Cc=（d30）2d10d60（2）

式中：d60為粒徑級配曲線上縱坐標(biāo)為60%所對應(yīng)的粒徑（mm）。

從圖1垃圾爐渣級配曲線可知：d60=35 mm，d30=0.8 mm，d10=0.2 mm。通過計算得出：Cu=17.5，Cc=1.14。《公路土工試驗規(guī)程》規(guī)定：礫類土同時滿足Cu≥5和Cc=1～3兩個條件，稱為級配良好礫類土。由此可知，該爐渣為級配良好礫類土，作為路基填料，其級配組成是滿足《公路路基設(shè)計規(guī)范》的。工程施工中用級配良好的填料作為路基土，有利于獲得較大的壓實度。

2.2含水率

含水率試驗采用T 0103—1993 烘干法。試驗結(jié)果如表2所示，本次爐渣試樣的平均含水率為15.80%。

2.3土的界限含水率

《公路路基設(shè)計規(guī)范》[9]中規(guī)定液限大于50%、塑性指數(shù)大于26%的土不得直接作為路基填料。本次試驗采用液塑限聯(lián)合測定儀法，準確界定爐渣的界限含水率，進一步了解爐渣的工程性質(zhì)。試驗結(jié)果如表3所示，根據(jù)試驗結(jié)果繪制錐入深度（H）與含水率（w）的關(guān)系圖，如圖2所示。由圖2可知，爐渣的液限為40.3%，塑限為14.4%，塑性指數(shù)為25.9。對照規(guī)范指標(biāo)，爐渣為低液限土，滿足路基填料的工程要求。

2.4擊實試驗

為了保證路基壓實度，施工過程中必須嚴格控制路基填料的含水率。通過擊實試驗確定爐渣的最佳含水率和最大干密度。試驗采用電動擊實儀以及T 0131—2007擊實試驗中的重型擊實（Ⅱ2）試驗方法，土樣含水率分別為12%、14%、16%、18%、20%。擊實完成后將試樣放于105 ℃烘箱中烘干至恒重。試驗結(jié)果見表4。