生活垃圾焚燒底渣在巖土工程中的應(yīng)用

溫振才

一、前言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人民物質(zhì)生活水平的顯著提高，人口密度增大，生活垃圾產(chǎn)量也迅速增加。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年產(chǎn)生的生活垃圾約20億噸，2016年我國生活垃圾清運(yùn)量為2億噸，如圖1所示，同比增長5.99%。傳統(tǒng)的生活垃圾處理方法主要有堆肥處理和集中衛(wèi)生填埋法。但是堆肥處理存在周期長、衛(wèi)生條件問題以及二次污染等問題，衛(wèi)生填埋常常受填埋場地資源限制。然而，與堆肥處理和衛(wèi)生填埋相比，垃圾焚燒處理技術(shù)具有處理周期短，處理效率高，占地面積小，無害化程度高等優(yōu)點(diǎn)。垃圾焚燒處理以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢逐漸成為比較受歡迎的垃圾處理技術(shù)。近年來，據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，我國生活垃圾通過焚燒無害化處理的占比從2006年的7.67%增長到2016年的36.24%。

圖1 我國近十年生活垃圾無害化處理情況

焚燒爐產(chǎn)生的殘?jiān)覀兎Q之為焚燒灰渣，我國一般將垃圾灰渣分為底渣和飛灰兩大類，其中底渣含量較多（約占灰渣的80%左右），飛灰約占20%。國際上對生活垃圾焚燒底渣的研究已經(jīng)有相當(dāng)長的歷史，國內(nèi)關(guān)于垃圾焚燒底渣的研究起步比較晚。章驊和何品晶較全面地介紹了垃圾焚燒灰渣的主要組分，對基本的無機(jī)化學(xué)性質(zhì)、有機(jī)化學(xué)性質(zhì)和重金屬浸出毒性等化學(xué)性質(zhì)都做了相關(guān)研究。

二、焚燒底渣基本的物理性質(zhì)

1.比重

固體比重是指該物質(zhì)在完全密實(shí)狀態(tài)下的密度與在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下4℃時純水的密度的比值，是無量綱的值，一般情況下會受到溫度和壓力的影響。比重可以代表土體的相對密度，工程中常用于計(jì)算土體的密實(shí)度。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，該垃圾焚燒底渣的平均比重為2.71。一般情況下，砂土的比重范圍為2.65～2.69，粉土的比重范圍為2.70～2.71，粉質(zhì)粘土比重范圍為2.72～2.73，粘土比重范圍為2.74～2.76。由此可知，底渣的比重與粉質(zhì)粘土接近。

2.顆粒分析

顆粒級配是指圖中各個粒組的相對含量。土體的粒徑級配會影響土體的強(qiáng)度、滲透性以及抗凍性能等。級配良好的土可以達(dá)到更高的壓實(shí)度，具有更好的力學(xué)性能。級配不良的土孔隙較多較大，具有良好的滲透性，在工程中可運(yùn)用排水結(jié)構(gòu)和反濾層中。

該底渣的顆粒級配分析結(jié)果如圖2所示，該底渣的平均粒徑d50=2.0 mm，試樣中粒徑在1～60 mm范圍內(nèi)的顆粒占底渣試樣總質(zhì)量的52.97%，粒徑小于0.1 mm的顆粒含量為3.47%，可知該底渣為砂類土，因此屬于粗粒土。

圖2 底渣顆粒級配曲線

由計(jì)算得到該底渣的不均勻系數(shù)Cu>5，屬于不均勻類；曲率系數(shù)Cc<1，底渣粒徑不連續(xù)，從圖中可知缺少0.075～0.1mm和1～2mm兩個粒組。綜上所述，說明該底渣屬于級配不良。

3.含水率試驗(yàn)

含水率指的是試樣中固體質(zhì)量與水的質(zhì)量的比值。由試驗(yàn)結(jié)果可知該底渣的自然風(fēng)干含水率為6.3%。考慮到底渣的含水率受堆置時間和地點(diǎn)的影響較大，因此在工程應(yīng)用中含水率的影響可忽略不計(jì)。

4.界限含水率

粘性土兩種稠度之間的分界含水率稱為土的界限含水率，土塑性狀態(tài)到液性狀態(tài)的界限含水率稱為液性界限，塑性狀態(tài)和半固性狀態(tài)的界限含水率稱為塑性界限。通過界限含水率試驗(yàn)可以測定土的液限和塑限，評價(jià)土的狀態(tài)，明確土的分類。

試驗(yàn)結(jié)果測得該底渣的液限為26.5%，塑限為3.6%。塑性指數(shù)為22.9%，液限指數(shù)為0.11。該底渣在取樣狀態(tài)下處于硬塑狀態(tài)，可塑性不強(qiáng)。

三、工程應(yīng)用分析

1.路堤填料

在公路建設(shè)中需要大量的土方填充做路基路面。而由前述的篩分試驗(yàn)和擊實(shí)試驗(yàn)可知，底渣具有良好的骨架性能和擊實(shí)性能。

根據(jù)公路質(zhì)量驗(yàn)收相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，高速公路、一級公里最高壓實(shí)度要求在重型擊實(shí)條件下達(dá)到96%，二級公路最高要求壓實(shí)度達(dá)到95%。由擊實(shí)試驗(yàn)可知，在重型擊實(shí)試驗(yàn)條件下底渣的壓實(shí)度可達(dá)到97%，已經(jīng)符合了公路質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

2.固化摻料

在眾多淤泥處理工程中，由于淤泥含水量高、滲透性弱、強(qiáng)度較低等特點(diǎn)。使其處理效率受到很大阻礙。而垃圾焚燒底渣與淤泥不同，表面多孔，吸水性強(qiáng)，強(qiáng)度較高，還具有一定的火山灰活性。如果利用焚燒底渣的骨料性能，較高的吸水性和一定的火山灰活性，將垃圾焚燒底渣摻加到淤泥中并進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓袒幚恚茨芨纳朴倌嗟牧W(xué)性能，又能提高淤泥的處理效率。

由粒徑分析結(jié)果可知，底渣粒徑大于5mm的顆粒含量為70.15%，而小于5mm的顆粒含量僅為29.85%。因此該底渣粒徑在4.75mm以上，符合《建筑用卵石、礫石》（GB/T14685-2011）的要求。其可以用作淤泥固化中類似礫石骨料，起到良好的骨架作用。在混合土料中，底渣起到粗粒骨架作用，淤泥中的細(xì)粒起到填充作用。

3.水泥混凝土和瀝青替代骨料

通過承載比和之間試驗(yàn)結(jié)果分析，底渣具有很好的局部抗壓強(qiáng)度，底渣粒徑2～60 mm范圍內(nèi)的顆粒含量為52.97%，小于0.1mm的顆粒含量為3.47%，大顆粒含量高，能起到很好的骨架作用。根據(jù)《建筑用砂》（GB/T14684-2001）進(jìn)行粗細(xì)程度和顆粒級配評估，計(jì)算細(xì)粒模度為2.5，顆粒級配在合理的范圍之內(nèi)，說明底渣可以充當(dāng)混凝土中礫石骨料的角色。

四、結(jié)論

本文對生活垃圾焚燒底渣進(jìn)行了一系列試驗(yàn)研究，分析出底渣的基本物理，并針對其在巖土工程中的資源化利用途徑進(jìn)行了可行性分析，得出以下主要結(jié)論：

焚燒底渣具有與砂土相似的性質(zhì)。其粗顆粒含量較高，表面疏松多孔，吸水率較高，比重約為2.71，重型擊實(shí)條件下可達(dá)到不低于95%的壓實(shí)度，有效CBR不低于72.96%，在最佳含水率處達(dá)到最高。

底渣與不同材料配合，可以表現(xiàn)出較好的工程性質(zhì)。底渣與細(xì)顆粒土配合，用于道路路堤填料，由于底渣本身具有很好的可壓實(shí)性，改良后粒徑級配更好，擊實(shí)效果也明顯提高。另外，底渣可用于淤泥固化的骨料以及水泥混凝土和瀝青材料的替代骨料。