本發明屬于道路工程中路面基層材料
技術領域：
，尤其是涉及一種以地聚合物為固化材料，焚燒底灰為主要原材料，建筑廢棄物再生料和廢棄輪胎橡膠顆粒為級配補充原料的新型基層材料。
背景技術：
：隨著城市化進程的不斷加快，生活垃圾也隨之迅速增加。垃圾焚燒被認為是當前處理生活垃圾的最佳途徑，因為焚燒可使垃圾體積減少80％以上，其余20％即為焚燒產物(包括底灰和飛灰，其中底灰占80％以上)。由于底灰有毒有害物質較少，常予以填埋處理，既占用了土地又易產生“二次污染”。地聚合物是堿激活材料的一種，它是利用粘土和含硅酸鹽的工業廢棄物在較低溫度下生成的一類無機高分子聚合物，與普通硅酸鹽水泥相比，地聚合物具有高強、早強、耐酸堿、低滲透低收縮等物理特性，由偏高嶺土、水玻璃、氫氧化鈉和水合成的地聚合物主要用于固封有毒廢棄物(重金屬離子)。與此同時，我國城鎮建設和交通建設快速發展，需要大量的道路建材，黏土與砂石類天然道路建材被超量開采，嚴重破壞了地表植被、影響了生態環境。研究表明，焚燒底灰的顆粒級配位于基層集料粒徑范圍以內，可再生處理后用以部分替代天然礦料，并用地聚合物(geopolymer)加以固化處治形成新型基層材料，以實現廢棄物再利用和節約天然建材的目的。為此，本發明提出了采用地聚合物固化垃圾焚燒底灰材料作為新型路面基層材料。該新型材料以焚燒底灰為主要原材料，建筑廢棄物再生料和廢棄輪胎橡膠顆粒為級配補充原料，實現了廢棄物的再生利用、減少了天然土方用量，產生了資源節約和環境保護等功效。技術實現要素：本發明旨在克服現有技術之不足，提供一種地聚合物固化垃圾焚燒底灰基層材料。本發明將垃圾焚燒底灰、建筑廢棄物、廢棄輪胎處治與解決道路建筑材料短缺現狀有機結合，具有技術先進、有利環保和效益顯著的特點。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種地聚合物固化垃圾焚燒底灰基層材料，其特征在于所述材料由以下組分按重量百分比制成：地聚合物7％～9％，廢棄輪胎橡膠粉10％～14％，水1％～4％，其余為再生集料，所述的再生集料由粗集料與細集料組成；所述的粗集料為建筑廢棄物再生料，包括廢磚、廢瓦礫和廢陶瓷；所述的細集料為垃圾焚燒底灰；基于再生集料總質量，所述粗集料的質量分數為40％～60％，所述細集料的質量分數為60％～40％。進一步，本發明所述地聚合物由偏高嶺土、水玻璃和氫氧化鈉合成，所述偏高嶺土:水玻璃:氫氧化鈉的質量比為5.1:4.2:1。進一步，所述水玻璃模數為1～1.5。進一步，本發明所述粗集料，即建筑廢棄物再生料粒徑范圍為4.75mm～13.2mm。進一步，本發明所述垃圾焚燒底灰由垃圾焚燒灰渣經過堆放、熟化預處理以及磁選分離金屬處理后所得。具體的垃圾焚燒底灰是將垃圾焚燒灰渣經過堆放1～3個月熟化,使其經碳酸作用而使其自然穩定、膨脹，通過與碳酸作用及氧化作用充分反應，得到結構耐久性及穩定性較好的底灰；利用磁選技術從爐渣中提取黑色金屬、有色金屬、陶瓷碎片、玻璃后即得。進一步，本發明所述細集料，即垃圾焚燒底灰粒徑范圍為0.1mm～4.75mm。進一步，本發明所述廢棄輪胎橡膠粉粒徑范圍為70μm～1.7mm。本發明還提供一種所述的地聚合物固化垃圾焚燒底灰基層材料在道路鋪設中作為固化基層的應用。本發明作為新型基層材料原理為：以焚燒底灰為主要原材料，建筑廢棄物再生料補充級配缺失，橡膠顆粒填充空隙、柔韌化材料。地聚合物固化、封閉、包裹底灰，避免有毒物質溶出，再通過現場攤鋪和碾壓形成高強、致密、穩定、耐久和抗裂性好的固化基層。橡膠顆粒富有彈性、韌性，理化性質穩定，加入至基層混合料中，可充填空隙、改善界面狀況，使材料柔韌化，防止基層開裂。同時，橡膠改性固化基層還具有減振和降噪等優點，從而取得良好的物理改良效果。地聚合物是一類新型的高性能土壤固化劑，可與集料(包括底灰、建筑廢棄物和橡膠顆粒)相互擴散、吸附、粘結，形成致密的三維網狀結構包裹集料，對垃圾焚燒產物中的有毒/害物質具有較好的封閉和固化作用，從而防止基層中有害物質溶出而“二次污染”環境。本發明的有益效果在于：(1)技術先進。橡膠顆粒可提高基層韌性以防開裂，地聚合物可緊密包裹焚燒底灰、建筑廢棄物、廢棄輪胎橡膠顆粒各類集料，形成高強、穩定和耐久的固化基層。(2)有利環保。本發明可有效避免焚燒底灰、建筑廢棄物和廢棄輪胎堆放等產生的環境污染問題，從而有利于保護城鎮及其周邊環境。(3)廢物利用。本發明可大量處理垃圾焚燒后的產物(底灰)，以及建筑廢棄物再生料和廢棄輪胎橡膠顆粒，可降低廢物處治費用，減少土地占用和建材用量，經濟、社會效益顯著。附圖說明圖1為本發明焚燒底灰基層材料配合比設計流程圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述，但本發明的保護范圍并不僅限于此。一種地聚合物固化垃圾焚燒底灰基層材料，由地聚合物、垃圾焚燒底灰、建筑廢棄物再生料與廢棄輪胎橡膠粉按照一定配合比組成，擬通過室內試驗和理論分析相結合的辦法，從材料物理性質、材料配合比設計進行說明；(1)焚燒底灰處理為避免長距離運輸造成的粉塵污染和費用消耗，垃圾焚燒底灰因循就地(就近)再生利用原則。經過預處理，得到結構耐久性及穩定性較好的底灰，經過磁選分離獲得無金屬的焚燒底灰，針對底灰粒徑較小特點，采用補充建筑廢棄物再生粗骨料的方式進行級配改良。1)運輸：垃圾焚燒廠產生的底灰經過收集、運輸和存放，到達施工場地廢棄物專用處理作業區。2)預處理：經過堆放、熟化等預處理過程，(熟化：新鮮底灰堆放1～3個月,使其經碳酸作用而自然穩定,即所謂的熟化)，使其自然穩定、膨脹，碳酸作用及氧化作用充分反應，得到結構耐久性及穩定性較好的底灰。3)分選：底灰主要由熔渣、黑色及有色金屬、陶瓷碎片、玻璃和其它一些不可燃無機物及未完全燃燒的有機物組成。利用磁選技術從爐渣中提取黑色金屬，回收再利用。(2)再生集料級配補充與改良1)焚燒產物組分構成①顆粒組成：經過對垃圾焚燒廠焚燒產物的采樣分析表明，顆粒主要成分是砂石、陶瓷、玻璃及少量金屬氧化物，粒徑范圍大致為0～19mm連續級配，其中4.75mm以下顆粒約占總量的72％，16mm以上顆粒含量占比約為4％，總體分布呈現“細集料重，粗集料輕”。②礦物成分組成：以硅酸鹽為主，同時含有少量氧化鈣，碳酸鈣和錳酸鋅鹽等，化學性質較為穩定。表1普通道路基層混合料顆粒組成范圍篩孔尺寸/mm通過質量百分率/％篩孔尺寸/mm通過質量百分率/％37.590～1002.3620～7026.566～1001.1814～571954～1000.68～479.539～1000.0750～304.7528～84//2)利用廢棄物再生集料改良級配由于垃圾焚燒底灰粒徑集中于0～4.75mm之間，無法滿足普通道路基層材料的粒徑要求(具體要求詳見表1)，直接使用無法獲得較高的cbr值、回彈模量和抗變形能力。而建筑廢棄物再生骨料主要是2～4cm、1～2cm的質地堅硬、清潔的碎石、破碎礫石、篩選礫石，具有良好的力學性能，是形成嵌擠密實的骨架結構一種較為合適的材料。因此，針對焚燒底灰的粒徑特點，按照一定比例補充摻入建筑廢棄物(如廢磚、廢瓦礫和廢陶瓷)再生粗骨料，經過級配調整即可獲得良好級配。其具有較高的密實度和較大的摩擦力，可使礦料間緊密接觸，形成良好的交互作用，壓實成型后，混合料的空隙率最小，有效保證混合料具有足夠的力學強度、水穩定性、抗收縮性、抗沖刷性及疲勞性能等路用性能。粗集料、細集料分別占再生集料質量比例45％、55％，摻入建筑廢棄物再生料改良后的集料級配如表2所示，滿足規范要求。表2建筑廢棄物再生料改良焚燒底灰集料級配篩孔尺寸/mm通過質量百分率/％篩孔尺寸/mm通過質量百分率/％37.51002.3617-5726.590～1001.1815～461973～880.68-209.548～690.0750-74.7532～54//(3)基層材料配合比設計參考低交通量道路基層設計要求，以及無機結合料穩定材料強度標準，總結再生基層材料室內實驗和試驗段現場測試結果，確定垃圾焚燒底灰再生混合料配合比設計。再生固化基層混合料配合比推薦采用質量比。焚燒底灰基層材料配合比設計流程如附圖1所示。本工法選用由偏高嶺土、水玻璃和氫氧化鈉合成的地聚合物。地聚合物是堿激活材料的一種，它是利用粘土和含硅酸鹽的工業廢棄物在較低溫度下生成的一類無機高分子聚合物，與普通硅酸鹽水泥相比，地聚合物具有高強、早強、耐酸堿、低滲透低收縮等物理特性，由偏高嶺土、水玻璃、氫氧化鈉和水合成的地聚合物主要用于固封有毒廢棄物(重金屬離子)。如表3，設置4％，7％，8％，9％，12％三檔不同地聚合物摻入量，地聚合物由偏高嶺土、水玻璃和氫氧化鈉合成，集料摻量80％(其中，粗集料的質量分數為60％，細集料的質量分數為40％)質量配合比偏高嶺土:水玻璃:氫氧化鈉＝5.1:4.2:1，采用地聚合物對調整過級配的垃圾焚燒底灰進行固化，通過地聚合材料的重金屬溶出濃度試驗，確定最佳地聚合物摻量為7～9％，設置8％，10％，12％，16％四檔不同橡膠顆粒摻入量，結合固體試塊的7d和28d無側限抗壓強度，通過配合比設計試驗，確定最佳地聚合物固化劑用量為7％～9％，推薦橡膠顆粒所占百分比為10％～14％，而再生粗集料(廢磚、廢瓦礫和廢陶瓷等)與細集料的質量比例范圍為4:6～6:4。表3地聚合物固化垃圾焚燒底灰指標表4垃圾焚燒底灰固化基層技術指標在基本滿足混合料顆粒級配組成的前提下，盡可能降低地聚合物摻量和橡膠顆粒摻量，以期資源利用最大化。通過表4試驗③、④、⑤的對比，易發現當橡膠顆粒超過一定比例是無論是7d還是28d無側限抗壓強度都是略有降低，其原因可能由于隨著其摻量的增加，其破壞了材料結構骨料，導致粒料間空隙增大，強度降低，綜合以上：確定最佳地聚合物固化劑用量為7％～9％，推薦橡膠顆粒所占百分比為10％～14％，而再生粗集料(廢磚、廢瓦礫和廢陶瓷等)與細集料的質量比例范圍為4:6～6:4。(4)拌和建議采用廠拌法拌和再生混合料，并在現場配備專人負責監督混合料的生產過程，對混合料配合比、地聚合物劑量和廢橡膠粉摻量以及攪拌時間進行嚴格控制，及時發現異常情況并立刻進行調整。每次加入的攪拌物不得超過規定數量，投料的順序為：建筑廢棄物再生粗骨料→焚燒底灰→廢棄橡膠顆粒→地聚合物稀釋固化劑，為使得混合料攪拌均勻，每擋料投入后攪拌45s，三檔料全部投入后攪拌120s。混合料拌和用水量應以最佳含水率(1％～4％)控制，使碾壓成型后表面保持濕潤。夏季高溫蒸發量大，早晚與中午的含水率要有區別，要根據溫度變化及時調整，但加水量不得超過最佳含水率2％。拌和后再進行現場攤鋪、碾壓、養護施工即可完成地聚合物固化垃圾焚燒底灰基層的施工。當前第1頁12