生活垃圾焚烧炉渣在道路工程中应用研究

生活垃圾焚烧炉渣在道路工程中应用研
究
摘要：生活垃圾焚烧炉渣产生量急剧增大，资源化利用率低，对生态环境造
成巨大压力。

本文对炉渣在道路工程中的应用进行了实验研究，对不同炉渣掺量
在道路的路基、基层和路面中应用，结果表明，炉渣作为道路的集料替代天然砂
石骨料具有较好的力学性能与路用性能，建议炉渣掺量20%-30%。

同时，炉渣在
道路工程中应用具有高消纳量，高附加值，高环境效益，具有广阔的应用前景。

关键词：生活垃圾焚烧炉渣，道路工程，路用性能，资源化利用
随着我国经济水平提高，地区生活垃圾产生量随之剧增，垃圾焚烧是我国生
活垃圾无害化处理的主要方式。

据统计，我国生活垃圾焚烧厂数量达259座，生
活垃圾焚烧量已超6×107吨/年，炉渣产生量占焚烧垃圾总量的15-25%，导致炉
渣排放量急速增长，给生态环境带来了巨大压力。

垃圾焚烧炉渣是含有烧结熔渣、玻璃、陶瓷、金属及未燃烧物的混合物[1]，其物理、化学及工程性能与其他工业
废渣（如煤渣、钢渣等）存在巨大差异。

根据《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2014）[2]规定，我国生活垃圾焚烧厂应对炉渣、飞灰采用强制分离收集、贮存、运输的技术处理措施，这为炉渣的收集和资源化利用提供了技术保障。

当前，从焚烧炉排放的炉渣先通过水冷，然后通过磁选，再经过水洗、分选
等工艺回收铁、铝和铜等金属，经处理后炉渣主要利用方式包括：生产水泥、混
凝土、砌块、填埋场覆盖材料、海洋建筑工程等。

炉渣作为一种轻质、多孔的材料，与道路工程用的天然集料相类似，将其用于道路工程建设中，不仅能够缓解
天然砂石骨料短缺问题，而且还能充分利用固废资源，减少炉渣土地占用与处置
费用，缓解生态环境压力[3]。

本文通过分析炉渣的理化特性、环保特性，研究炉
渣在道路路基、基层、面层中替代天然骨料的配合比，探究其力学性能与路用性能，以期能为焚烧炉渣在道路工程的推广应用提供参考。

1、实验材料与方法
1.1 实验材料
生活垃圾焚烧炉渣取至福建省某生活垃圾焚烧厂，炉渣呈灰色，形状不规则，大小不一，其主要化学组成如表1所示，炉渣的重金属含量如表2所示。

表1炉渣化学组成与含量（%）
表2 炉渣重金属含量(mg/kg)
成分Cu Cr Pb Ni Zn
炉渣1076134513723431665
经筛分后取炉渣粒径小于4.75mm，其物理性能如表3所示。

表3 炉渣基本物理性能
样品
表观
相
对密
度
毛体
积相
对密
度
吸水
率/%
坚固
性质量损
失率/%
亚甲
蓝值/
（g/kg）
炉渣
2.61
2
2.34
5
5.0167.1
水泥：C32.5级普通硅酸盐水泥的质量要求。

生石灰：符合JC/T621-1996《硅酸盐建筑制品用生石灰》标准中的要求。

1.2 实验方法
（1）灰渣化学组成分析采用X射线荧光光谱仪(XRF)。

所采用的激发条件为Rh靶，激发电压为50 kV，激发电流为50 mA。

室温为25℃，湿度为60%。

（2）灰渣中重金属分析采用美国EPA《固体废弃物试验分析评价手册》方法3050，即HNO3-H2O2-HCl法，然后采用直接吸入火焰原子吸收分光光度法。

（3）砌块的力学性能按照GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测试。

（4）道路路基工程中，通过对不同炉渣掺量稳定土进行击实试验和路用性能检测试验，探究炉渣稳定土路基的路用性能。

根据击实试验结果制备炉渣稳定土试件，参照《公路土工试验规程》(JTG 3430-2020)进行路用性能试验。

2、结果与讨论
2.1 炉渣在路基中利用分析
研究不同炉渣掺量对稳定土特性的影响，取炉渣掺量0%，10%，15%，20%，25%，30%进行试验，获取其对稳定土击实和路用性能的影响，结果如图1和图2所示。

（a）含水率与干密度关系
（b）最大干密度与最佳含水率关系
图1 炉渣稳定土击实特性
从图2炉渣稳定土击实特性结果显示，当炉渣掺量不大于30%时，炉渣掺量增加，其最大干密度随之增大，最佳含水率也逐渐变大。

若炉渣稳定土超过最佳含水率，最大干密度呈下降趋势，因此在施工过程应严格控制炉渣稳定土的含水率，保证路基材料水化过程的稳定性
（a）承载比
（b）无侧限抗压强度
（c）回弹模量
图2 炉渣稳定土路用性能试验结果
由图2可知，当炉渣掺量增加，稳定土承载比、回弹模量均逐渐下降，稳定土无侧限抗压强度整体呈增大趋势。

通过实验研究发现，生活垃圾焚烧炉渣掺量为25%时，其抗压强度最大，此掺量条件下，稳定土的其它性能也均能满足道路施工技术规范要求。

2.2 炉渣在基层中利用分析
采用炉渣掺量为0%，10%，20%，30%，40%，50%的6种混合料级配，不同水泥添加量条件下，炉渣水泥稳定碎石层无侧限抗压强度如图3所示。

（a）无侧限抗压强度
（b）温缩系数
图3 炉渣水泥稳定碎石层路用性能
从图3（a）不同炉渣掺量炉渣水泥稳定碎石层无侧限抗压强度试验结果说明，随着炉渣掺量提高，其抗压强度逐渐变小，当炉渣添加量不超过30%，其应用于
基层其抗压强度指标能满足相关技术标准要求，达到良好的效果[4]。

从图3（b）不同炉渣水泥稳定碎石层温缩系数变化结果说明，当炉渣掺量增大，其温缩系数先变小后变大，因此在实际应用时，应注意炉渣添加量，20-30%
相对较好，其各项指标也能满足相关技术标准要求。

2.3 炉渣在路面中利用分析
将生活垃圾焚烧炉渣按0%，5%，10%，15%，20%，25%，30%的质量比例替代
砂子集料制备炉渣沥青混合料，对不同炉渣掺量沥青混合料的力学性能、温缩系数、体积指标等进行了试验研究，炉渣沥青混合料的劈裂强度如图4所示，温缩
系数如图5所示，炉渣沥青混合料体积指标如表4所示。

图4 炉渣沥青混合料的劈裂强度
从图4结果显示，炉渣沥青混合料7d养护比28d养护的劈裂强度要低很多，随着炉渣掺量的提高，其劈裂强度呈下降趋势，炉渣沥青混合料掺量越高越难压实，因此在实际施工过程应通过科学的实验，添加合理的掺量，保证道路的强度，本次实验建议炉渣掺量约20%，其性能相对较优。

图5 炉渣沥青混合料的温缩系数
从图5结果显示，随着生活垃圾焚烧炉渣掺量的增加其温缩系数先减小，后
逐渐增大，在实际工程应用中，对炉渣的高掺量应慎重，否则易导致温差变化大
收缩严重，导致路面开裂的现象[5]。

表4 炉渣沥青混合料体积指标（%）
由表4结果显示，随着炉渣掺量增大，其沥青混合料中油石比逐渐变大，变化幅度为4.3-5.5，该范围符合实际工程要求。

空隙率略微有些变化，但在技术要求范围内，空隙率越大说明炉渣沥青混合料越难压实。

不同炉渣掺量其矿料间隙率和有效沥青饱和度均达到技术要求，因此综合各方面的影响因素，在炉渣掺量上应根据工程实际情况进行调整，使其达到各项性能指标优异的目标[6,7]。

3、结论
（1）生活垃圾焚烧炉渣重金属含量均小于国标控制要求，再利用过程对环境污染风险小。

（2）经处理后的炉渣材料性质与天然砂石骨料相当，可在道路工程中路基、基层和路面应用，各项性能指标符合国家相关标准。

（3）炉渣道路工程应用，不仅消纳了大量的炉渣，保护了生态环境，而且
减少天然砂石骨料的开采，缓解了资源紧张的现状。

炉渣废弃物的高值化利用，
具有显著的经济效益、环境效益和社会效益，推广应用价值高。

参考文献
[1] 李旦书. 垃圾焚烧炉渣集料的组成特征[J]. 中国公路，2014
(15):134-135.
[2]环境保护部，国家质量监督检验检疫总局. 生活垃圾焚烧污染控制标
准:GB 18485-2014 [S]北京:中国环境科学出版社，2014.
[3]徐永福.生活垃圾焚烧炉渣在饱和状态下的强度特性[J].工程地质学报，2017, 25 (2):277-283.
[4]何文政. 生活垃圾焚烧炉渣在道路工程中的资源化利用[J]. 现代交通技术, 2021.18(2):16-21
[5]Le, N. H., Abriak, N. E.,netruy, C., Benzerzour, M.,&Nguyen, S. Mechanical behavior of municipal solid waste incinerator bottom ash: Results from triaxial tests. Waste Management, 2017,65, 37-46.
[6]刘栋，李立寒，崔华杰. 炉渣集料对沥青混合料性能影响的试验研究[J]. 建筑材料学报，2015, 18 (2):307-311
[7]田明阳，马刚平，梁勇，等. 生活垃圾焚烧炉渣在道路材料中的应用研
究[J]. 交通节能与环保2016,12 (3) :41-43
第一作者：张金龙，（1985.01）男，汉族，福建泉州人，本科，高级工程师，二级建造师，主要从事工程施工管理工作，固废资源化利用技术研究。

通讯作者：檀鲁铭，（1984.11）男，汉族，福建福州人，本科，高级工程师，一级建造师（房建+市政），主要从事工程施工管理工作。