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1、上上海海市市工工程程建建设设规规范范生活垃圾焚烧炉渣集料路用技术规程Technical Specifications for Municipal Solid Waste Incineration Bottom Ash Aggregate used to Road Engineering上海市建筑建材业市场管理总站二一七年二月 February, 2017生生活活垃垃圾圾焚焚烧烧炉炉渣渣集集料料路路用用技技术术规规程程Technical Specifications for Municipal Solid Waste Incineration Bottom Ash Aggregate used
2、to Road Engineering主编单位:上海市市政规划设计研究院主编单位:上海市市政规划设计研究院上海市建筑建材业市场管理总站二二一一七七年年二二月月February, 2017前前 言言生活垃圾焚烧发电技术是实现垃圾无害化、资源化、减量化的主要手段之一,近些年来,在国内得到较大规模的推广应用。伴随着生活垃圾焚烧发电技术的推广,焚烧产生的炉渣的资源化综合利用已被提上议事日程。为规范本市生活垃圾焚烧炉渣集料在道路工程的应用,保证工程质量,编制组在深入调查研究,认真总结国内外科研成果和工程实践经验,广泛征求意见的基础上,针对上海地区情况,编制了本规程。本规程的主要技术内容是:1. 总则;2
3、. 术语和代号;3. 原材料;4. 路基填筑;5. 基层、垫层;6. 生产、施工及质量验收。各单位在使用本规程时,有任何意见和建议,请函告上海市市政规划设计研究院(地址:上海市建国西路 609 号,联系电话:021-64370085,邮编:200031) ,以便修订时研用。主编单位:上海市市政规划设计研究院参编单位:同济大学上海浦东新区兴盛路基材料有限公司上海浦东路桥建设股份有限公司上海合新市政科技发展中心上海市市政公路工程检测有限公司主要起草人:主要审查人:目目 次次1 总则 -12 术语和代号 -22.1 术语-22.2 代号-33 原材料 -43.1 一般规定-43.2 炉渣集料-43.
4、3 其他原材料-54 路基与垫层 -64.1 一般规定-64.2 炉渣集料填筑路基-64.3 垫层填筑-75 基层与底基层 -95.1 一般规定-95.2 石灰粉煤灰稳定炉渣碎石-95.3 水泥稳定炉渣碎石 -105.4 水泥粉煤灰稳定炉渣碎石 -116 生产、施工及质量验收-136.1 一般规定 -136.2 混合料拌制 -136.3 质量控制与产品出厂 -136.4 施工与质量验收 -14附录 A 炉渣烧失量的测定方法 -15附录 B 炉渣集料浸出液制备及 pH 值的检测方法 -17附录 C 炉渣电导率的检测方法-19附录 D 炉渣中 Cl-含量的检测方法 -20附录 E 炉渣中 SO42
5、-含量的检测方法-22附录 F 炉渣取样方法-24总则 11 总则总则1.0.1 为规范上海市生活垃圾焚烧炉渣集料在道路工程的应用,保证工程质量,特制定本规程。1.0.2 本规程适用于公路、城市道路新建、改建及大修工程。1.0.3 生活垃圾焚烧炉渣中有害物质的控制应符合生活垃圾焚烧炉渣集料(GB/T 25032)中的规定。1.0.4 在道路工程中使用炉渣集料时,除应符合本规程的规定外,尚应符合国家和行业环境及生态保护的相关技术标准的规定。术语和代号 22 术语和代号术语和代号2.1 术语术语2.1.1 生活垃圾焚烧炉渣 municipal solid waste incineration bo
6、ttom ash生活垃圾焚烧炉炉排上残留的焚烧残渣(grate ash) 、从炉排间掉落的细灰(grate siftings) ,及余热锅炉灰的混合物统称为生活垃圾焚烧炉渣,简称炉渣(bottom ash) 。2.1.2 生活垃圾焚烧炉渣集料 municipal solid waste incineration bottom ash aggregate生活垃圾焚烧炉渣经粉碎、筛选、分档制成具有一定粒径规格和级配组成,并满足生活垃圾焚烧炉渣集料 (GB/T 25032)规范要求的集料,简称炉渣集料(BAA) 。2.1.3 炉渣集料熟化 weathering of BAA 将分档后的炉渣集料按照要
7、求堆放于自然环境中,其组成发生一定的物理化学变化,从而使炉渣集料获得更好的物理力学特性、化学稳定性,该过程称为炉渣集料的熟化。2.1.4 烧失量 loss on ignition烘干的炉渣集料经历 600高温灼烧后失去的质量百分比,是反映生活垃圾焚烧炉的焚烧效率以及炉渣集料经加热分解的气态产物和有机质含量多少的指标,单位%。2.1.5 石灰粉煤灰稳定炉渣碎石 lime and fly ash stabilized BAA and crushed stones掺配有一定比例炉渣集料的石灰粉煤灰稳定材料,在压实和养生后,当其抗压强度符合规定要求时,可用于道路结构基层或底基层,简称二灰稳定炉渣碎石。
8、2.1.6 水泥稳定炉渣碎石 cement stabilized BAA and crushed stones掺配有一定比例炉渣集料的水泥稳定材料,在压实和养生后,当其抗压强度符合规定要求时,可用于道路结构基层或底基层,简称水稳炉渣碎石。2.1.7 水泥粉煤灰稳定炉渣碎石 cement and fly ash stabilized BAA and crushed 术语和代号 3stones掺配有一定比例炉渣集料的水泥粉煤灰稳定材料,经压实和养生后,当其抗压强度符合规定要求时,可用于道路结构基层或底基层。2.2 代号代号本规程中各种代号以及意义见表 2.2。表表 2.2 代号代号以及以及意义意义
9、代号意义代号意义BAA炉渣集料L/S炉渣浸出液中蒸馏水的体积(L)与炉渣的质量(kg)比值pH酸碱度LOI烧失量原材料 路基与垫层 43 原材料原材料3.1 一般规定一般规定3.1.1 原材料运至生产施工现场之前,材料供应商应提供材料的质量检测报告和商检报告。3.1.2 原材料运至现场后应取样进行质量检测,经评定合格后方可使用,不得以供应商提供的检测报告或商检报告代替现场检测。3.1.3 原材料应按品种、规格分类存放,严禁混杂堆放。3.2 炉渣集料炉渣集料3.2.1 炉渣集料应按照 0mm5mm 或 0mm10mm、10mm20mm 尺寸规格进行分档,并分档存放,粒径20mm 的炉渣不得使用。
10、3.2.2 炉渣集料中的含杂量应符合生活垃圾焚烧炉渣集料 (GB/T 25032)中的规定。3.2.3 经熟化处理的炉渣集料,其主要技术指标应符合表 3.2.3 中的规定。表表 3.2.3 炉渣集料的技术要求炉渣集料的技术要求技术要求注序号技术指标指标单位路基回填垫层底基层基层检测方法1含水量%1010-JTG E42-T 03322表观密度g/cm32.302.302.302.30JTG E42-T 0305/ T 03283压碎值%403530JTG E42-T 0316/ T 03504炉渣集料烧失量%5附录 B5酸碱性pH 值10(9)10附录 C6电导率mS/cm9附录 D7氯化盐浸
11、出%0.8附录 E8炉渣浸出液 硫酸盐浸出%0.80(用于石灰稳定类) 0.25(用于水泥稳定类)附录 F注:括号中数字适用于地下水位下使用的炉渣集料;表中“”表示不作要求。原材料 路基与垫层 53.2.4 炉渣集料宜随运随用。用于各种稳定类混合料时,若不能及时使用需要堆放,堆放场地应满足以下要求:1 堆放场地应采取硬化措施。2 应设置隔水和隔离措施,防止炉渣淋雨。3 炉渣集料应单独堆放,避免与其他碎石集料窜料。3.3 其他原材料其他原材料3.3.1 水泥、石灰、粉煤灰和水的质量应符合公路路面基层施工技术细则(JTG/T F20)中的规定。3.3.2 碎石应符合以下规定:1 碎石的压碎值应小于
12、 30%。不得采用山皮石、风化石。2 碎石含泥量应小于 3%,针片状颗粒含量应小于 15%。路基与垫层 64 路基路基与垫层与垫层4.1 一般规定一般规定4.1.1 炉渣集料适用于道路工程的路基与垫层填筑。4.1.2 炉渣集料填筑路基与垫层应符合我国现行路基路面设计规范的规定。4.1.3 炉渣集料填筑路基应采用重型击实标准,分层铺筑,均匀压实。4.1.4 炉渣集料不得用于距离饮用水源不足 50m 的路基填筑工程。4.2 炉渣集料炉渣集料填筑路基填筑路基4.2.1 炉渣集料填筑路基应分层铺筑与压实,每一层压实厚度不应大于 25cm。4.2.2 炉渣集料填筑路基压实度应符合以下规定:1 公路工程炉
13、渣集料路基填筑压实度质量要求应符合表 4.2.2-1 的规定。表表 4.2.2-1 公路工程公路工程炉渣集料路基填筑压实度炉渣集料路基填筑压实度质量要求质量要求压实度(%) 填挖类型路面底面以下深度(m)高速公路和一级公路二级公路三、四级公路上路床00.3969595下路床0.30.8969595上路堤0.81.5949494路堤下路堤1.5 以下93929200.39695零填及挖方路基0.30.896952 城市道路炉渣集料路基填筑压实度质量要求应符合表 4.2.2-2 的规定。表表 4.2.2-2 城市道路城市道路炉渣集料路基填筑压实度炉渣集料路基填筑压实度质量要求质量要求压实度(%)
14、填挖类型路面底面以下深度(m)快速路主干路及承受重交次干路及承受中支路路基与垫层 7通荷载的次干路交通荷载的支路上路床00.396959492下路床0.30.896959492上路堤0.81.594939291路堤下路堤1.5 以下9392919000.396959492零填及挖方路基0.30.894954.2.3 当炉渣集料用于沟槽回填时,管顶 0.5m 以上压实度应按本规程 4.2.2 条执行。4.3 垫层垫层填筑填筑4.3.1 垫层填筑用料应采用不少于两个规格的炉渣集料进行组配,组配后矿料级配组成应符合表 4.3.1 的规定。表表 4.3.1 炉渣集料垫层矿料级配组成炉渣集料垫层矿料级配
15、组成通过下列筛孔(mm)质量百分率(%) 级配 31.519.04.750.60.075上限10010050255下限10090.030804.3.2 各级道路的排水垫层应与边缘排水系统相连接,垫层宽度应铺筑到路基边缘或与边沟下的渗沟相连接。4.3.3 垫层厚度一般宜大于或等于 15cm。4.3.4 垫层压实度应符合以下规定:1 公路工程炉渣集料垫层填筑压实度质量要求应符合表 4.3.4-1 的规定。表表 4.3.4-1 公路工程炉渣集料垫层填筑压实度质量要求公路工程炉渣集料垫层填筑压实度质量要求公路等级 试验项目 高速公路和一级公路二级公路三、四级公路压实度(%)979696路基与垫层 82
16、 城市道路炉渣集料垫层填筑压实度质量要求应符合表 4.3.4-2 的规定。表表 4.3.4-2 城市道路城市道路炉渣集料炉渣集料垫层垫层填筑压实度填筑压实度质量要求质量要求城市道路等级试验项目 快速路主干路及承受重交通荷载的次干路次干路及承受中交通荷载的支路支路压实度(%)97969593基层与底基层 95 基层与底基层基层与底基层5.1 一般规定一般规定5.1.1 石灰粉煤灰稳定炉渣碎石、水泥稳定炉渣碎石、水泥粉煤灰稳定炉渣碎石(以下统一简称混合料)的配合比设计内容和设计方法应按照公路沥青路面设计规范 (JTG D50)中规定的方法进行。5.1.2 混合料应满足本规程规定的强度要求,配合比设
17、计以 7d 龄期无侧限抗压强度为主要指标,宜检验混合料抗冲刷和抗裂性能。5.1.3 混合料中宜选用粒径 0mm5mm 或 0mm10mm 的炉渣集料,具体掺量应通过试验确定。5.1.4 确定混合料的最大干密度、最佳含水量指标时,宜采用重型击实方法,也可以采用振动压实方法。5.1.5 混合料的各项试验应按照公路工程无机结合料稳定材料试验规程 (JTG E51)的要求执行。5.2 石灰粉煤灰稳定炉渣碎石石灰粉煤灰稳定炉渣碎石5.2.1 按照石灰粉煤灰稳定炉渣碎石中集料的最大粒径,分为细粒径石灰粉煤灰稳定炉渣碎石(碎石粒径19mm)规格的炉渣集料中,以陶瓷、砖块为主,不宜作为路面结构材料使用,因此本
18、规程不建议使用20mm 的焚烧炉渣。表表 3-1 炉渣集料的构成炉渣集料的构成各组分含量/粒级范围(mm)黑色金属陶瓷砖石玻璃熔渣其他31.550.050.026.531.555.144.91926.50.446.922.95.524.00.316193.725.92.921.844.31.413.2162.328.616.017.535.40.29.513.23.112.615.923.144.01.34.759.52.14.61.313.977.70.42.364.750.199.70.202.3699.70.3为此,根据用途不同,将炉渣集料粒径规格划分为 3 档。粗粒径(10mm20mm
19、)炉渣集料用于路基填筑;细粒径(0mm10mm、0mm5mm)炉渣集料用于基层混合料,当使用 0mm10mm 粒径炉渣的基层混合料性能不能满足设计要求时,应采用更小粒径(0mm5mm)炉渣集料。3.2.3 生活垃圾焚烧炉渣具有一定的活性,其主要化学成分见表 3-2。由表 3-2 可见,炉渣集料中的 CaO、MgO 和 SO3等活性物质的含量大大超过天然集料。对炉渣集料进行熟化处理,是将炉渣集料在自然环境下进行堆放。条文说明 34表表 3-2 炉渣集料和天然集料的炉渣集料和天然集料的主要主要化学成分化学成分(%)品种SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3炉渣59.5918.615.57.
20、581.320.65石灰岩1.010.270.2756.270.270.01花岗岩69.6215.692.601.810.020.14在堆放过程中,炉渣集料接触空气和水分后将发生一系列的物理化学反应,对炉渣物理化学、力学性能和稳定性产生影响。其一,在堆放的过程中,炉渣的酸碱度发生变化,图 3-1 给出了炉渣集料浸出液的 pH 值随着熟化时间的降低趋势。炉渣的重金属浸出量也随着熟化时间而降低,见图 3-2。分析图 3-1 和图 3-2 可见,炉渣集料的 pH 与重金属的浸出量均在 90d 左右达到平衡。图图 3-1 炉渣(炉渣(0mm10mm)浸出液)浸出液 pH 与熟化时间的关系与熟化时间的关
21、系图图 3-2 炉渣中重金属浸出量随熟化时间的变化炉渣中重金属浸出量随熟化时间的变化其二,炉渣集料的部分物理力学性能随着炉渣集料熟化时间而显著改善。条文说明 35图 3-3 为炉渣集料压碎值与熟化时间的关系,可见炉渣集料压碎值随着熟化时间而呈减小趋势,在熟化时间 15d 内显著降低,在 30d 后,压碎值随熟化时间的变化趋于平缓。炉渣集料表观密度与熟化时间的关系见图 3-4。可见,炉渣集料表观密度在90d 内呈现增大趋势,而 90d 之后趋于平缓。在空气和水的作用下,炉渣中的活性成分发生火山灰反应,生成新的矿物,如钙矾石、钙铝黄长石、斜硅钙石和水化硅酸钙等,在强度增加的同时,细颗粒炉渣相互吸附
22、,致使炉渣粒径的增大,见图 3-5。图图 3-3 炉渣集料压碎值与熟化时间的关系炉渣集料压碎值与熟化时间的关系图图 3-4 炉渣集料炉渣集料表观表观密度与熟化时间的关系密度与熟化时间的关系条文说明 36图图 3-5 炉渣(炉渣(0mm10mm)粒径分布随熟化时间的变化)粒径分布随熟化时间的变化其三,随着炉渣集料熟化时间的增加,所配制的水泥稳定炉渣碎石混合料的7d 抗压强度也随之增大,见图 3-6。图图 3-6 炉渣熟化时间与水泥稳定炉渣碎石无侧限抗压强度的关系曲线炉渣熟化时间与水泥稳定炉渣碎石无侧限抗压强度的关系曲线综上,随着熟化时间的延长,炉渣中的活性物质减少,强度和稳定性增大。为保证炉渣工
23、程质量和环境要求,炉渣应保证一定的熟化时间。不同国家对炉渣熟化时间的要求不同,德国认为炉渣在应用前应经熟化 1-3 个月的时间;丹麦认为 2-3个月的熟化时间一般可使炉渣的工程技术性能满足要求,为充分降低炉渣中重金属的浸出量,有时采用长达 12 个月的熟化时间;荷兰认为炉渣在应用前应储存 6 周。根据本编制组的试验结果,炉渣集料达到性能稳定的熟化时间应该在 90d 左右,然而考虑到炉渣堆放对土地占用的压力,炉渣集料的熟化时间可适当缩短,具体熟化时间应根据炉渣集料是否能满足表 3.2.3 的技术要求确定。条文说明 37炉渣集料的应用评价体系应主要包含两方面:工程性能与环境影响特性。不同国家和地区
24、根据炉渣的应用途径的不同分别制定了不同的评价体系,如中国台湾地区“行政院环境保护署”制定的炉渣质量体系包含物理性质(炉渣集料粒径分布、含水量、密度、抗压强度、渗透性和孔隙率)和化学特性(化学组成、烧失量、重金属的浸出量、有机质含量和氯化物含量) ;荷兰炉渣的质量管理体系包含工程性能(强度)和环境影响特性(烧失量、浸出有毒物) 。 在本规程中,炉渣集料主要用于路基填筑和基层混合料中,应根据炉渣集料用途分别确定不同的技术指标和性能要求,从而为合理应用炉渣集料提供参考。在确定炉渣集料技术要求时,考虑如下:1 作为道路工程用材料,炉渣集料应具备一定的物理力学性能,但又必须考虑炉渣集料自身的特性。对上海
25、御桥垃圾焚烧厂炉渣集料的试验检测结果表明,炉渣粗集料的压碎值范围 48-56%,炉渣细集料的压碎值范围 16-56%(见图 3-3) ;炉渣集料的表观密度在2.217 g/cm3-2.498g/cm3(见图 3-4) 。这些结果与国外公开资料中给出的炉渣性能没有太大的差异,如西班牙研究资料表明,炉渣集料表观密度在 2.400g/cm3-2.680 g/cm3。经熟化稳定后,炉渣集料的压碎值和表观密度与石灰岩集料的压碎值和表观密度(熟化时间 90d)的比对结果见图 3-7 和图 3-8。由图可见,与天然石料相比,炉渣集料表观密度低、压碎值高。因此,若以现有的集料技术要求作为炉渣性能的技术要求,将
26、限制炉渣集料在道路工程中的应用。应该根据炉渣集料自身的性能特征以及产品质量来确定炉渣集料的技术要求。图图 3-7 炉渣炉渣表观表观密度与天然石料的比较密度与天然石料的比较条文说明 38图图 3-8 炉渣压碎值与天然石料的比较炉渣压碎值与天然石料的比较其他技术指标,如含水率,在炉渣集料熟化 7d 即可达到平衡,作为实测指标,进行混合料配合比设计时采用;吸水率指标与炉渣集料的熟化时间关系甚小,不作为评价指标。2 炉渣集料是一种活性材料,需要考虑其化学稳定性及其对道路周边环境的影响。如美国对炉渣资源化利用的基本要求见表 3-3,丹麦对炉渣资源化利用的基本要求见表 3-4。主要技术指标为含水率、烧失量
27、 LOI、pH 值和体积膨胀特征等。表表 3-3 美国弗罗里达州炉渣资源化利用需满足的条件美国弗罗里达州炉渣资源化利用需满足的条件利用方式粒径范围含水率LOI (w/w)膨胀产 H2沥青铺面骨料(9 (1%浓度)1.5eqv/kg堆放一个月(1) 当炉渣集料作为路基回填材料时,工程规模较大,在地下水、地表水等作用下,炉渣中的部分水溶性物质会发生迁移,对周边土壤环境的潜在污染可能比炉渣集料作为基层材料时的潜在污染大。因此,当炉渣集料用于路基填筑时,必须考条文说明 39虑其对环境的潜在污染,借鉴国外经验,采用的相关指标为:烧失量、炉渣浸出液的 pH 值和电导率等指标。600的烧失量 LOI 600
28、反映了垃圾焚烧炉的焚烧效率,并间接表征了炉渣中挥发性有机质的含量,由于生物降解作用,LOI600随熟化时间而降低,见图 3-9。为了控制垃圾焚烧炉的生产质量和炉渣熟化时间,本规程选择炉渣烧失量的灼烧温度为 600,与生活垃圾焚烧污染控制标准 (GB18485)一致,并根据该规范中的要求,将炉渣的烧失量控制为 LOI5%。图图 3-9 炉渣炉渣烧失量随熟化时间的变化烧失量随熟化时间的变化炉渣浸出液的 pH 值:pH 值反映炉渣的酸碱度,该值随着炉渣集料的熟化时间而降低,可在一定程度上反映炉渣集料的熟化程度。氯离子(Cl-)浓度:国内城市垃圾中厨房垃圾的比例高,导致垃圾焚烧炉渣内Cl-含量较高。由
29、于氯离子 Cl-极易浸出,当用于路基填筑时,可能对周边土壤和水源质量产生不利影响。在我国地表水环境质量标准 (GB 3838)中,对集中式生活饮用水地表水源地补充项目规定 Cl-的标准限值为 250mg/L(1L 浸出液中的 Cl-质量) 。各国对炉渣浸出液中 Cl-浓度的限制各有不同,如丹麦对第一类固体废物(可直接用于建筑和施工)Cl-的浸出量限值为 150mg/L(L/S=2) 、对第三类固体废物(可替代沥青混合料、混凝土中的石料,炉渣集料即属此类)Cl-的浸出量限值为3000mg/L(L/S=2) ;荷兰对炉渣 Cl-的浸出量限值为 8807mg/kg(即8807mg/L,L/S=10)
30、 ;德国对炉渣 Cl-的浸出量限值为 2500mg/L(L/S=10) 。炉渣集料浸出液的 Cl-浓度(L/S=5)与熟化时间的关系见图 3-10。由图可见,炉渣浸出液中的 Cl-浓度与熟化时间无显著关系,且远大于我国地表水环境质量标准 (GB 3838)中的限制。由于炉渣集料浸出液并不是作为生活饮用水使用,不条文说明 40必采用有着较高要求的地表水质量(GB 3838)来限定炉渣浸出液中的 Cl-含量。借鉴荷兰等国的技术资料,对用于路基填筑的炉渣浸出液中的 Cl-浓度进行限定,将炉渣集料浸出液中 Cl-浓度限定为 8000mg/kg,当以 Cl-质量与炉渣集料质量的比值来表示时,该指标的要求
31、值为 0.8%。图图 3-10 炉渣浸出炉渣浸出 Cl-浓度随熟化时间的变化浓度随熟化时间的变化(2) 当将炉渣集料作为基层材料时,由于采用石灰、水泥等无机结合料进行稳定,且部分替代天然集料,炉渣浸出液对路域环境的影响将大大降低,而更多的是考虑炉渣集料的活性对稳定混合料性能的影响。在公路路面基层施工技术规范 (JTJ034-2000)中,为保证水泥稳定类混合料基层的强度和耐久性,对土中的硫酸盐(SO42-)提出要求,见表 3-5。为此,本规程将该指标作为炉渣集料的技术指标之一。表表 3-5 炉渣集料浸出液的硫酸盐(炉渣集料浸出液的硫酸盐(SO42-)含量)含量(%)炉渣熟化时间200g/mL SO42-测定范围。现行公路工程集料试验规程 (JTG E42)测定细集料中三氧化硫含量采用的即是质量法。EDTA 间接滴定法的最佳测定范围为 50g/mL300g/mL SO42-。根据试验结果炉渣的 SO42-含量一般高于 300g/mL,超过 EDTA 的最佳测定范围,同时为与集料规程统一,本规程在森林土壤水溶性盐分分析 (LYT 1251)和公路工程集料试验规程 (JTG E42)的基础上提出了适合炉渣集料日常 SO42-含量检测的质量法。
限制150内