生活垃圾焚烧底渣在岩土工程中的应用

2022-04-22温振才

中华建设 2022年4期

温振才

一、前言

随着经济的飞速发展，人民物质生活水平的显著提高，人口密度增大，生活垃圾产量也迅速增加。根据数据统计，全球每年产生的生活垃圾约20亿吨，2016年我国生活垃圾清运量为2亿吨，如图1所示，同比增长5.99%。传统的生活垃圾处理方法主要有堆肥处理和集中卫生填埋法。但是堆肥处理存在周期长、卫生条件问题以及二次污染等问题，卫生填埋常常受填埋场地资源限制。然而，与堆肥处理和卫生填埋相比，垃圾焚烧处理技术具有处理周期短，处理效率高，占地面积小，无害化程度高等优点。垃圾焚烧处理以其独特的技术优势逐渐成为比较受欢迎的垃圾处理技术。近年来，据国家统计局统计，我国生活垃圾通过焚烧无害化处理的占比从2006年的7.67%增长到2016年的36.24%。

图1 我国近十年生活垃圾无害化处理情况

焚烧炉产生的残渣我们称之为焚烧灰渣，我国一般将垃圾灰渣分为底渣和飞灰两大类，其中底渣含量较多（约占灰渣的80%左右），飞灰约占20%。国际上对生活垃圾焚烧底渣的研究已经有相当长的历史，国内关于垃圾焚烧底渣的研究起步比较晚。章骅和何品晶较全面地介绍了垃圾焚烧灰渣的主要组分，对基本的无机化学性质、有机化学性质和重金属浸出毒性等化学性质都做了相关研究。

二、焚烧底渣基本的物理性质

1.比重

固体比重是指该物质在完全密实状态下的密度与在标准大气压下4℃时纯水的密度的比值，是无量纲的值，一般情况下会受到温度和压力的影响。比重可以代表土体的相对密度，工程中常用于计算土体的密实度。

由试验结果可知，该垃圾焚烧底渣的平均比重为2.71。一般情况下，砂土的比重范围为2.65～2.69，粉土的比重范围为2.70～2.71，粉质粘土比重范围为2.72～2.73，粘土比重范围为2.74～2.76。由此可知，底渣的比重与粉质粘土接近。

2.颗粒分析

颗粒级配是指图中各个粒组的相对含量。土体的粒径级配会影响土体的强度、渗透性以及抗冻性能等。级配良好的土可以达到更高的压实度，具有更好的力学性能。级配不良的土孔隙较多较大，具有良好的渗透性，在工程中可运用排水结构和反滤层中。

该底渣的颗粒级配分析结果如图2所示，该底渣的平均粒径d50=2.0 mm，试样中粒径在1～60 mm范围内的颗粒占底渣试样总质量的52.97%，粒径小于0.1 mm的颗粒含量为3.47%，可知该底渣为砂类土，因此属于粗粒土。

图2 底渣颗粒级配曲线

由计算得到该底渣的不均匀系数Cu>5，属于不均匀类；曲率系数Cc<1，底渣粒径不连续，从图中可知缺少0.075～0.1mm和1～2mm两个粒组。综上所述，说明该底渣属于级配不良。

3.含水率试验

含水率指的是试样中固体质量与水的质量的比值。由试验结果可知该底渣的自然风干含水率为6.3%。考虑到底渣的含水率受堆置时间和地点的影响较大，因此在工程应用中含水率的影响可忽略不计。

4.界限含水率

粘性土两种稠度之间的分界含水率称为土的界限含水率，土塑性状态到液性状态的界限含水率称为液性界限，塑性状态和半固性状态的界限含水率称为塑性界限。通过界限含水率试验可以测定土的液限和塑限，评价土的状态，明确土的分类。

试验结果测得该底渣的液限为26.5%，塑限为3.6%。塑性指数为22.9%，液限指数为0.11。该底渣在取样状态下处于硬塑状态，可塑性不强。

三、工程应用分析

1.路堤填料

在公路建设中需要大量的土方填充做路基路面。而由前述的筛分试验和击实试验可知，底渣具有良好的骨架性能和击实性能。

根据公路质量验收相关标准，高速公路、一级公里最高压实度要求在重型击实条件下达到96%，二级公路最高要求压实度达到95%。由击实试验可知，在重型击实试验条件下底渣的压实度可达到97%，已经符合了公路质量验收标准。

2.固化掺料

在众多淤泥处理工程中，由于淤泥含水量高、渗透性弱、强度较低等特点。使其处理效率受到很大阻碍。而垃圾焚烧底渣与淤泥不同，表面多孔，吸水性强，强度较高，还具有一定的火山灰活性。如果利用焚烧底渣的骨料性能，较高的吸水性和一定的火山灰活性，将垃圾焚烧底渣掺加到淤泥中并进行适当的固化处理，即能改善淤泥的力学性能，又能提高淤泥的处理效率。

由粒径分析结果可知，底渣粒径大于5mm的颗粒含量为70.15%，而小于5mm的颗粒含量仅为29.85%。因此该底渣粒径在4.75mm以上，符合《建筑用卵石、砾石》（GB/T14685-2011）的要求。其可以用作淤泥固化中类似砾石骨料，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，淤泥中的细粒起到填充作用。

3.水泥混凝土和沥青替代骨料

通过承载比和之间试验结果分析，底渣具有很好的局部抗压强度，底渣粒径2～60 mm范围内的颗粒含量为52.97%，小于0.1mm的颗粒含量为3.47%，大颗粒含量高，能起到很好的骨架作用。根据《建筑用砂》（GB/T14684-2001）进行粗细程度和颗粒级配评估，计算细粒模度为2.5，颗粒级配在合理的范围之内，说明底渣可以充当混凝土中砾石骨料的角色。