1、154生活垃圾焚烧炉渣集料对水泥稳定碎石混合料抗收缩性能的影响欧阳煜，张万磊，吴 倩（江苏中路工程技术研究院有限公司，江苏 南京 2 11800）摘 要：为研究生活垃圾焚烧炉渣集料对水泥稳定碎石混合料抗裂性的影响作用，将经过 加工处理的 04.75 mm 炉渣集料按照不同比例掺入水泥稳定碎石之中制备混合料，并测定 其干缩系数与温缩系数。结果表明：随着炉渣掺量的增加，混合料的干缩系数总体呈降低 趋势；炉渣掺量为 25%时 能 够 达 到 最 优 的 抗 温 缩 效 果 。 关键词：炉渣；水泥稳定碎石混合料；干缩性能；温缩性能随着我国垃圾焚烧量的不断增加，炉渣的数量也不断增加，其填埋过程中的土地占
2、用与你数浸 出对土壤的污染问题也日益突出。有研究表明，生活垃圾焚烧炉渣具有一定的强度与级配，并具有 一定的火山灰火活性成分，以上特性表明生活垃圾焚烧炉渣作用集料而用于路基路面工程中时一种 可行的方案。本文研究生活垃圾焚烧炉渣集料替代部分后对水泥稳定碎石混合料的抗收缩性能的变 化情况，并推荐其合理掺量。1 试验材料1.1 炉渣原材料本文所有炉渣来源于南京市浦口区星甸垃圾焚烧厂，通过筛分、磁选、破碎、跳汰等方法，去 除炉渣中的金属、陶瓷、玻璃等杂质；再经过滚筒筛筛分得到 04.75 mm 的炉渣集料。炉渣记得基 本物理性质见表 1。表 1 炉渣集料技术要求材料 物理、化学指标 测定值 要求值表观相
3、对密度 2.568 2.5含水率/% 10.1 10炉渣集料含铁量/% 0.8 2轻飘物/% 0.05 0.2亚 甲 蓝 值 /（ gkg） -1 7.0 25塑性指数 12 171.2 混合料本文试验中， 集料共有 1#料、 2#料 、 细 集料、 炉渣集料 4 种， 炉渣 取代混合料的质量分别为 0%、 15%、 20%、 25%、 30%、 35%、 40%， 采 用 水 洗 法 对 使 用 的 原 材 料 进 行 筛 分 ， 筛 分 结 果 见 表 2， 7 种155设计比例及编号见表 3， 7 种 设 计 的 级 配 曲 线 如 图 1 所示。表 1 原材料筛分结果筛孔 通 过 下
4、列 筛 孔 方 孔 筛 （ mm） 的 质 量 百 分 率 /%集料 31.5 26.5 19 9.5 4.75 2.36 0.6 0.0751#料 100 98.9 63.6 3.8 1.1 0.3 0.3 0.32#料 100 100 100 88.5 18.2 1.9 0.4 0.4细集料 100 100 100 100 98.6 66.2 30.9 13.5炉渣集料 100 100 100 100 84.1 63.9 34.3 11.8表 2 设计比例及编号级配编号 级配比例（1#2#细集料炉渣集料）LZ-40 4515040LZ-35 4520035LZ-30 4525030LZ-2
5、5 4525525LZ-20 45251020LZ-15 45251515LZ-0 4525300图 1 7 种级配筛分图2 试验方法在最大干密度和最佳含水率下采用振动成型法成型试件，其干缩试验和温缩试验均采用应变片 法进行，试验方法如下。2.1 干缩试验方法干 缩 试 验 采 用 （ 100100400） mm 的梁式试件，其试验步骤如下：（1） 成型试 件脱模后用塑料薄膜包裹并放入标准养护间养护 7 d。 每组 试验需要平行试件 3 个 ，1560 i其中 3 个 贴 应 变 片 测 干 缩 应 变 ， 3 个 用 于 称 质 量 的 变 化 。（ 2） 在 养 护 到 6 d， 将 试
6、件 再 次 取 出 ， 对 贴 应 变 片 处 的 水 泥 浆 涂 层 用 砂 纸 或 砂 轮 片 进 行 打 磨 。（ 3） 将 浸 水 后 的 试 件 取 出 ， 对 试 件 侧 面 贴 应 变 片 处 表 面 进 行 打 磨 处 理 并 快 速 将 应 变 片 贴 上 ， 并 将试件重新用塑料薄膜包好放回养护室，温度补偿片上的应变片也采用环氧胶粘贴好。（4）7 d 试 件 从 养 护 室 取 出 ， 放 到 试 验 室 ， 进 行 接 线 测 试 。 用 电 烙 铁 和 焊 锡 先 将 两 应 变 片 串 连 起来，再将应变片与屏蔽线一端连接，屏蔽线另一端与应变仪或转换箱相接，接入方式采
7、用半桥接 法。（5） 接线完成后即可根据设定的时间间隔 （17 d 每天测一次 ， 7 d 之后 每 2 d 一次） 进行测试； 同时对每一组用于检测含水量变化的试件进行称量，记录试件质量变化情况；（ 6） 拆 去 接 线 ， 将 试 件 在 烘 箱 中 烘 干 ， 计 算 试 件 残 余 含 水 量 。（7）干缩试 验的平均干缩系数见式（1） ：i 0i （1）式中： i， 0 为第 i 次 及 初 始 测 得 的 试 件 干 缩 应 变 ； i， 0 为 第 i 次 及 初 始 测 得 的 试 件 含 水 量 。 梁氏试件、静态电阻应变仪、应变片黏贴及干缩试验如图 2图 5 所示。图 2
8、梁氏试件 图 3 静态电阻应变仪2.2 温缩试验方法图 4 应变片黏贴 图 5 干缩试验温 缩 试 验 在 高 低 温 交 变 环 境 箱 中 进 行 ， 温 度 从 60 降到-15 ， 温 度 间 隔 为 15 ， 相 邻 温 度157温度间隔之间温度降低时间为 10 min， 保持时间为 2 h， 降温时间 曲线如图 6 所示。 温度变化由仪器温控程序全自动控制，数据采集由应变仪自动采集，采集时间为温度降低前 10 min。100 温缩试验温度变化曲线500-50 0 200 400 600时 间 min 800 1000图 6 温缩试验降温曲线试 验 步 骤 为 ： （ 1） 试 件制
9、备 ， 试 件 尺寸 、 制 件 方法 同 干 缩 试验 ； （ 2） 试验 前 一 天 对试 件 贴 片 处 进行打磨处理， 在 105 的烘箱中烘 12 h； （3 ） 从烘箱中取出， 待冷却后再次打磨， 除去表面因烘干所产生的表面脆化颗粒， 并用电吹风吹去表面细颗粒； （ 4） 用铅笔和 直尺画出贴片中线， 涂上 502胶 ， 快 速 将 应 变 片 贴 上 ， 同 时 放 上 塑 料 薄 膜 ， 用 手 指 往 一 个 方 向 按 压 ， 挤 出 多 余 的 胶 水 和 内 部 气 泡 ；（5） 变环境箱； 屏蔽线另一端从边孔穿出， 与补偿片采用半桥法接入应变仪； （6 ） 试验开始前
10、先对 试件在 60 下 恒 温 3 h。 恒 温 结 束 后 进 入 设 定 的 温 度 变 化 曲 线 ， 同 时 开 始 数 据 采 集 。 每 一 温 度 段 的 温缩应变以恒温结束前 10 min 采集的数据为准； （ 7）数据计算 。对某一温度变化区段的温缩系数见式（2） ：t s （ 2）式中：t 温度变化值（） ； 为 对应于 t 时 应变变化值； s 为 温 度 补 偿 片 的 线 膨 胀 系 数 （ 试 验 中所用石英标准补偿片的温缩系数是 0.52 / ） 。温缩试验如图 7 所示。图 7 温缩试验3 试验结果与分析3.1 干缩试验结果与分析根据上述干缩试验方法，对 7 种
11、 不 同 炉 渣 掺 量 级 配 进 行 试 验 ， 其 结 果 如 表 3表 5、 图 8图 10158所示。时间/d表 3 7 种炉渣掺量级配干缩应变随时间的变化干 缩 应 变 /LZ-40 LZ-35 LZ-30 LZ-25 LZ-20 LZ-15 LZ-01 11 13 15 15 18 24 242 22 24 22 24 26 29 293 31 35 34 34 38 42 474 42 44 43 47 52 57 615 51 52 53 58 71 77 846 57 61 68 71 91 98 1097 66 72 80 99 104 112 1299 81 95 10
12、0 121 129 163 14611 101 122 147 168 179 209 18913 139 159 169 222 231 251 21615 157 188 186 260 277 295 24917 188 211 219 289 310 328 27119 239 256 288 329 341 361 30121 289 301 341 366 365 401 34123 369 376 391 430 440 459 389从试验结果和分析图可知，试件的干缩应变随着时间几乎呈线性增长，随着炉渣掺量的增加， 试件的前期干缩变形稍有降低；但在试验后期，随着水分的蒸发完全，
13、掺入炉渣的混合料干缩应变 增 长 更 为 明 显 ； 混 合 料 失 水 主 要 发 生 在 前 7 d， 在 后 期 则 失 水 率 趋 于 平 稳 ； 由 表 5 可 知 ， 试 件 的 平 均 干缩系数随时间增加而增加，且随着炉渣掺量的增加，干缩系数呈降低趋势。随着炉渣掺量的增加，在水泥剂量一定的情况下，试件中实际的水泥剂量较少，水泥水化反应 的减少缓解了试件的收缩， 因此掺入炉渣后的混合料干缩系数降低； 从干缩应变、 失水率情况来看， 在长期时间下掺入炉渣后试件干缩应变增长明显且失水率明显高于普通水稳，这就要求泥稳定炉渣 碎石基层施工完成后加强保湿措施，使混合料处于一定的含水率，防止水
14、分散失过快，减少混合料 的干缩变形。3.2 温缩试验结果与分析根据上述温缩试验方法，对试验数据进行统计，统计结果见表 6、表 7 及图 11。159表 4 7 种炉渣掺量级配失水率随时间的变化失水率/%时间/d LZ-40 LZ-35 LZ-30 LZ-25 LZ-20 LZ-15 LZ-01 1.96 1.63 1.80 1.72 1.86 1.54 1.552 3.88 2.84 3.51 3.16 3.12 2.71 2.553 5.16 3.74 4.31 3.97 3.61 3.47 2.934 5.80 4.27 4.85 4.34 3.92 3.89 3.145 6.14 4.6
15、3 5.16 4.55 4.14 4.14 3.306 6.38 4.87 5.38 4.72 4.33 4.34 3.457 6.57 5.07 5.55 4.85 4.49 4.50 3.569 6.73 5.23 5.69 4.95 4.61 4.63 3.6611 6.87 5.38 5.82 5.01 4.72 4.74 3.7513 6.94 5.45 5.93 5.09 4.80 4.82 3.8215 7.01 5.50 5.99 5.14 4.90 4.89 3.8617 7.10 5.59 6.07 5.22 4.96 4.96 3.8919 7.15 5.62 6.15
16、5.25 5.03 5.01 3.9421 7.18 5.66 6.18 5.27 5.04 5.03 3.9823 7.20 5.70 6.23 5.31 5.08 5.07 4.00由试验结果可知，随着炉渣掺量的增加，试件的温缩应变、温缩系数整体呈一个上升的趋势， 在炉渣掺量为 25%左右 时， 试件对温度的敏感性较低， 能够减小道路基层因温度变化而开裂的现象。 水泥稳定碎石的温缩应变主要与集料的收缩性质及弹性模量有关。炉渣集料的弹性模量要低于 石灰岩细集料，在相同应力作用下炉渣掺量越高试件变形越大；且炉渣集料成分复杂，与水泥水化后产物发生反应后生成物增加了混合料的温缩应变及温缩系数。16
17、0表 5 7 种炉渣掺量级配干缩系数随时间的变化时间/d干缩系数LZ-40 LZ-35 LZ-30 LZ-25 LZ-20 LZ-15 LZ-01 5.61 7.22 9.20 8.72 9.68 15.58 15.482 5.67 6.84 7.75 7.59 8.33 10.70 11.373 6.01 8.12 9.09 8.56 10.53 12.10 16.044 7.24 9.07 10.07 10.83 13.27 14.65 19.435 8.31 10.08 11.45 12.75 17.15 18.60 25.456 8.93 11.34 13.96 15.04 21.02
18、 22.58 31.597 10.05 12.97 15.78 20.41 23.16 24.89 36.249 12.04 16.70 19.12 24.44 27.98 35.21 39.8911 14.70 20.96 27.32 33.53 37.92 44.09 50.4013 20.03 26.81 31.01 43.61 48.13 52.07 56.5415 22.40 31.39 33.82 50.58 56.53 60.33 64.5117 26.48 34.76 39.18 55.36 62.50 66.13 69.6719 33.43 41.63 51.25 62.67
19、 67.79 72.06 76.4021 40.25 48.71 60.25 69.45 72.42 79.72 85.6823 51.25 60.35 68.60 80.98 86.61 90.53 100.50图 8 干缩应变随时间变化 图 9 失 水 率 随 时 间 变 化图 10 干缩系数随时间变化图161表 6 7 种炉渣掺量级配总应变值级配类型 LZ-40 LZ-35 LZ-30 LZ-25 LZ-20 LZ-15总 温 缩 应 变 / 863 808 758 708 736 749表 7 7 种炉渣掺量级配温缩系数级配类型 LZ-40 LZ-35 LZ-30 LZ-25 LZ-2
20、0 LZ-15 LZ-0温缩系数 11.51 10.77 10.11 9.44 9.81 9.99 9.65图 11 各级配温缩系数图4 结论（1 根 据 混 合 料 干 缩 试 验 结 果 ， 随 着 炉 渣 掺 量 的 增 加 ， 混 合 料 前 期 干 缩 应 变 降 低 但 后 期 应 变 上升 明 显 ； 混 合 料 的 干 缩 系 数 总 体 呈 降 低 趋 势 ；（2 根 据 混 合 料 温 缩 试 验 结 果 ， 随 着 炉 渣 掺 量 的 增 加 ， 混 合 料 的 温 缩 应 变 和 温 缩 系 数 呈 上 升 趋势，在炉渣掺量为 25%时 能 够 达 到 最 优 的 抗
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