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

(哈爾濱石油學院，黑龍江 哈爾濱 150028)

1 試驗材料與試驗方法

1.1 試驗材料

本研究采用山東省某垃圾處理廠的垃圾焚燒爐底渣，連續十個月進行取樣，通過篩分試驗在4號篩以上的垃圾焚燒爐底渣約占30%，而約有50%的底渣在4號篩至50號篩之間，其余的20%為50號篩以下的細粒料。該底渣分文粗細兩種類型，其中粗底渣的比重均介于2.3～2.4之間，細底渣的比重均在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是否均勻，另外對于其重金屬溶出是否滿足環境規范的要求，是另外一個重要的考慮因素，因此研究中選取連續11個月的實驗數據作出分析。由表1可以看出，經過處理后的垃圾焚燒爐底渣除了鉛的含量超出標準值外，其他如鎘、銅、鉻、六價鉻、砷、汞等重金屬，其含量都遠低于標準值，甚至無法檢測到。而對于鉛的部分，可以在制備過程中增加穩定劑的使用量，但若要治本的話，要加強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)試驗分析結果

本文中采用的級配符合國家規范規定的，然后將垃圾焚燒爐底渣按照基層質量比例的100%、80%、60%，底層質量比例的10%、20%、30%摻入。

2.2 試驗方法

本文主要利用焚燒爐底渣取代部分級配粒料，并依據現行的國家規范，如《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程(JTG E20-2011)》，確定最適合的添加比例。根據上述實驗結果，從篩分析資料可以得知過4號篩的細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粒料是非常好的應用方向，然而底渣的性質并不像一般天然級配料均勻穩定，因此本研究在面層部分預定取代總粒料的0%、10%、20%；而在瀝青處理底層部分則以替代總粒料的0%、20%。

3 試驗結果與討論

3.1 路面基層試驗結果及分析

(1)擊實試驗結果

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

表2 摻配不同比例底渣的擊實試驗結果

(2)加州承載比(CBR)試驗結果

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

表3 基層各配比在不同擊實次數下的修正CBR結果

表4 基層各配比在98%干密度下的修正CBR結果

3.2 路面面層試驗結果及分析

(1)基本性質試驗結果

本文的研究中，瀝青混凝土面層取代細粒料占總料重10%和20%，瀝青采用一般道路較常使用的AC-10，以使研究結果更能讓底渣瀝青混凝土在工程中順利的推廣和應用。本文中，采用馬歇爾法進行瀝青混凝土配合設計，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應的單位重、穩定值、流度值、V.M.A、Va、V.F.A及最大理論密度，試驗結果如表5所示。

表5 路面面層的基本性質

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致，瀝青混凝土單位重與有無摻配底渣并沒有多大的影響。而在穩定值的數據結果上，使用底渣為摻配粒料部分，其穩定值均遠大于規范值，甚至可以達一倍以上的強度。

(2)回彈模量試驗結果

本文分別進行各種不同底渣比例摻配時的25 ℃及40 ℃的回彈模量試驗，試驗結果如表6所示，各組25 ℃及40 ℃的回彈模量比較。

表6 回彈模量試驗結果(kg/cm2)

可以看出，回彈模量試驗結果在25 ℃，隨著垃圾焚燒爐底渣的替代量增加而逐漸提高，而在40 ℃時回彈模量則隨底渣添加而呈現出降低的趨勢。從單因子變異數分析來進行檢定，以α=0.05為檢定基準，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回彈模量方面有較大且不利的影響。

(3)車轍試驗結果

本文分別對垃圾焚燒爐底渣摻配量0%、10%、20%等三組不同配比進行車轍輪跡試驗，并以試驗溫度60 ℃作為模擬夏天路面的溫度，以求得與現地路面相同的車轍現象。車轍的試驗結果如表7所示，變形量與輾壓次數關系曲線。

表7 車轍輪跡試驗結果

由試驗結果可以看出，經過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，而當達到1 200次滾壓時差異性特別明顯，主要原因是由于初期時底渣還可承受足夠的抵抗車轍變形能力，而當經過1 200次的滾壓后，垃圾焚燒爐底渣已無法承受而產生了部分破碎，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 論

(1)經過處理后的垃圾焚燒爐底渣除了鉛的含量超出標準值外，其他如鎘、銅、鉻、六價鉻、砷、汞等重金屬，其含量都遠低于標準值，甚至無法檢測到。而對于鉛的部分，可以在制備過程中增加穩定劑的使用量。

(2)不論是底渣全級配還是取代20%～40%的級配形式，最大干密度均會隨添加底渣的質量增加而逐漸降低。在CBR試驗中，只有提高到65次時，可符合規范規定，尤其又以添加80%底渣的CBR值最高，整體來看添加60%～100%的垃圾焚燒爐底渣的CBR值均應可達到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。經過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，而當達到1 200次滾壓時差異性特別明顯。