城市固废材料耐磨性能试验结果

材料设计的基础是级配。它决定了材料的骨架结构，以及水或结合料的最佳用量。如果拌和或碾压过程中，集料由于撞击、摩擦或剪切等作用发生断裂，则级配发生了变动。这种变动可能带来的影响包括：①随着大颗粒数量的减少，骨架结构发生变化，可能导致强度的降低；②随着颗粒整体的粒径减小，暴露的表面积增大，对水或结合料的需求增大，导致最佳用水量、最佳用油量或最佳水泥用量等增大，现场混合料偏离最佳工作条件，无法满足密实度和强度的要求；③造成材料的先期裂纹，可影响材料的疲劳寿命或加大水分入侵的可能性。为此，各国规范中，一般都规定集料的磨耗性能指标。但令人诧异的是，许多固废的现场性能远优于试验室标准试验预测的性能，因此，这类针对传统集料开发的试验，应用于固废集料时，其有效性受到了质疑。

磨耗性能的常见试验包括压碎值（或冲击值）、洛杉矶磨耗值（或微型Deval磨耗值）等。欧洲的ALT-MAT（Alternative Material）计划，重点考察了洛杉矶磨耗试验、微型Deval试验、振动台试验、旋转压实试验。前两个试验主要针对集料在拌和过程中的磨耗，后两个试验则针对碾压过程中的磨耗。ALT-MAT研究中，这四个试验的试验装置分别如图3-1～图3-4所示。

图3-1　洛杉矶磨耗试验的试验装置

图3-2　微型Deval试验的试验装置

图3-3　振动台试验的试验装置

图3-4　旋转压实试验的试验装置

洛杉矶磨耗试验中，受测试的材料受到了下落钢球摩擦与冲击的组合作用。要求的集料粒度，样品的重量（5 000 g）、钢球数量（6～11个）与总重量，以及磨耗后细料的筛分孔径（1.6 mm 或1.7 mm），不同的规范略有不同。与洛杉矶磨耗机相比，微型Deval设备更小，并且没有阻隔。于是，不存在来自下落钢球的冲击，仅有钢球和料样产生的摩擦。

振动台试验是垂直振动下常压力（重量）的压实，试验的目的是确定无内聚材料饱水条件下压实后的最大干密度。旋转压实试验不存在集料的滚动，而是1.25°角度下圆筒转动产生的常压力与揉搓运动，被认为最佳地描述了现场压路机的压实过程。(www.xing528.com)

所有试验都针对干燥集料进行，比较压实前后的粒径分布。通过1.7 mm（或1.6 mm）筛网的细料数量，除以原始样品的质量，被定义为洛杉矶系数或磨耗系数。洛杉矶系数越高表明集料抵抗摩擦、撞击的能力越强。

洛杉矶磨耗试验表明，天然集料转数与磨耗值的关系是完美的一条直线；生活垃圾焚烧炉渣集料，则表现出了较软材料拥有的非线性（一开始磨耗值随转数增大显著增大，之后趋势变缓）；废旧混凝土集料处于两者之间。转数（y）与LA 磨耗值（x）之间的关系，普遍具有y=a·x b 的函数。天然集料的指数b接近于1，而指数b降低时，起始斜率增大，表现为一条曲线，废旧混凝土的b值大于垃圾焚烧炉渣。可见，b可被视为一个材料特性常数，描述了低的力学作用下材料的磨耗敏感性。这就带来了一个问题，应该选择什么样的转数下的LA磨耗值。转数低的时候，固废集料磨耗值一般比天然集料高，但其磨耗的敏感性比较低。因此，高转数的时候，其磨耗值发展缓慢。

微型Deval试验对不同材料的分组比洛杉矶磨耗试验更清晰，如天然材料磨耗系数＜6，生活垃圾焚烧炉渣集料＞25，废旧玻璃集料位于其间。与洛杉矶磨耗试验相似的是，试验开始时的磨耗比结束时大得多。像生活垃圾焚烧炉渣这样偏软的材料，3 000 r时的磨耗值已经超过12 000 r时磨耗值的50%以上。而且在微型Deval试验中，天然集料没有表现出直线的关系。于是，微型Deval试验用于固废集料时同样应考虑转数选取问题。

振动台原本是用来确定集料压实时的最佳含水量和最大干密度的。试验中发现，振动台压实过程中的磨耗很低，良好的天然集料无法区分压实前后集料粒径分布曲线的差异，而像生活垃圾焚烧炉渣这种偏软材料的磨耗，与确定集料粒径分布时筛分过程产生的磨耗，处于相同的范围。因此，这一试验不适合测量压实过程中的磨耗。

旋转压实能得到不同转数下压实高度的变化曲线。与较硬的天然集料相比，较软的生活垃圾焚烧炉渣集料，压实高度表现出了更为缓慢的下降。不过，讨论压实曲线时，还必须考虑不同材料相异的集料粒径分布。但遗憾的是，压实曲线给出了某一材料可压实性的信息，其磨耗敏感性却没有直接的指标。ALT-MAT研究中，通过测量压实后两条分布曲线之间的面积A 和曲线上方的面积B，获得了独立于集料粒径的系数c（图3-5），对测试样排序，与使用洛杉矶磨耗值进行的排序相同，因此使用该系数在一定程度上可用于评价材料的磨耗敏感性。该结论仅限于本研究所涉及的试样。

图3-5　ALT-MAT研究中，旋转压实前后生活垃圾焚烧炉渣的集料粒径分布（Egleton与Ivry是两家生活垃圾焚烧厂）

旋转压实模拟了现场重型钢轮压路机对铺装层的压实。无结合混合集料旋转压实过程中，集料粒径分布的改变给出了无结合料铺装层行为有价值的信息。不过，通过室内试验和现场测试结果的比较，对压实参数（压力、转数）进行优化，还必须实施进一步的工作。

此外，还应该考虑循环加载三轴试验，并进一步考察旋转压实试验，因为这些试验与路面性能更为相关，能比较真实地评价固废集料的行为表现。