城市固废路用材料资源化-沥青混合料固废填料标准

固废的处理加工产生了大量的粉料，如建筑垃圾粉料（包括砖粉、玻璃粉、陶瓷粉、水泥石粉等）、生活垃圾焚烧炉渣湿法产生的沉淀污泥、钢渣粉、粉煤灰、花岗岩和大理石加工产生的粉尘、制铝工业产生的赤泥等。这些材料尽管产生量很大，但其高价值的使用却十分缺乏。另外，随着SMA 铺装材料在中国的普及，使用这种高矿粉用量的沥青混合料，显著增大了道路建设中矿物填料的用量。将固废粉料用作沥青混合料中的矿物填料，对固废处理与沥青材料的行业两端来说，都是非常有益的举措。不过，目前矿物填料的规范成了这一应用最大的障碍。

如《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004），4.10.1规定了可以用作填料的三类材料。由石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉；拌和机中的回收粉尘，但用量不得超过填料总量的25%；粉煤灰，用量不得超过50%。规范从种类上，而不是性质上，“强硬地”将除拌和机回收粉尘、粉煤灰以外的其他固废粉料拦在了门外。矿粉的各项质量要求，并针对固废应用进行讨论（以一般道路等级为例）：

（1）规范要求，矿粉的表观密度不小于2.45 t／m3。但据经验，粉煤灰的表观密度在2.2 t／m3左右，也就是规范中允许的粉煤灰，其自身的表观密度不符合规范的要求。

（2）规范中规定，矿粉的粒度要求为小于0.6 mm 占100%，小于0.15 mm 占90%～100%，小于0.075 mm 占75%～100%。但这一规定，没有对粒度的下限提出要求，而根据相关说法，颗粒较细时，矿粉的比表面积增大，相同用油量下，沥青玛蹄脂变得干枯、发硬，因此仅用粒度范围来表征矿粉的粒度或级配是不够的。欧美许多国家都采用了Rigden孔隙率（《公路沥青路面施工技术规范》中称压实干矿粉的孔隙率）来表征填料，它与结构沥青和自由沥青有很大的相关性，并与矿粉的颗粒形状、表面纹理等多个性质相关，有助于更深刻地认识不同固废填料在沥青混合料中的作用。

（3）规范中规定，亲水系数应小于1。沥青与填料之间的黏附，依赖于填料对沥青的亲和性。与水接触时，有些材料显示了比沥青更高的水亲和性，这样的材料被称为亲水材料。亲水材料在其干燥状态下，表面上吸收沥青的数量比疏水材料低得多，这使得矿粉与沥青之间相互作用弱，导致玛蹄脂质量差。这就是需要选择疏水材料作为填料的原因。亲水系数是等体积填料在水和煤油中72 h沉置后的体积之比。亲水填料在水中比在煤油中具有更高的体积，这导致了更高的亲水系数值。疏水填料应具有低于1的亲水系数值，这意味着其对沥青比对水更高的亲和性。任何良好的填料都应具有0.7与0.85范围内的亲水系数值。印度测试了废玻璃粉、赤泥、芥菜（一种农作物）残留物焚烧灰、砖粉、石粉的亲水系数和p H 值，结果如表3-2所示。可见按我国的标准，其亲水系数都符合要求，按上面介绍的最佳范围，只有芥菜渣灰0.88稍偏大。同时，将废弃物与去离子水在重量比1∶9的比率下混合，静置2 h测试p H 值。由于沥青的酸性本质，碱性材料与其形成了更强的键合，从而提供了卓越的剥落抵抗。发现所有材料的p H 值都大于7，这显现了其碱性本质（经过焚烧或烧结过程中的固废，由于酸性气体易挥发逃逸的特点，残留物多表现为碱性）。于是，混合料中预计有强的集料——沥青键。发现石粉当中具有最高的p H 值，这可能是因为其组成中存在钙基矿物。砖粉最低的p H 值，可归因于其组成中石英形式的氧化硅数量相对高。观察到，芥菜渣灰的p H 值显示出了其高度碱性的本质，但其亲水系数数值是所有材料中最糟糕的。这也表明，仍需对亲水系数和p H 值与沥青混合料水损坏可能性的关系进一步研究。(www.xing528.com)

表3-2　填料材料的亲水系数和pH值

（4）规范中规定，矿粉塑性指数应小于4。但据印度的研究，赤泥的塑性指数达到了9.1，显然超过了这一限值。塑性指数是材料中黏土含量的指标，黏土有水存在情况下可膨胀，形成填料与沥青之间黏附的障碍，从而削弱混合料。不过，尽管有如此之高的塑性指数，根据赤泥实施的自由膨胀指数试验，确定它没有表现出任何的膨胀性质。赤泥的XRD（X射线衍射）也揭示了其组成中不存在蒙脱土等有害黏土矿物。还发现，赤泥本质上高度碱性与疏水具有高的铁浓度。除了塑性指数外，所有其他指标都预测了赤泥如果在沥青混合料中使用，其抵抗水敏感性的卓越性能。事实上，在与同济大学针对垃圾焚烧炉渣沉淀污泥的研究中，也发现这一污泥烘干后，除了塑性指数较大外，其他指标均很出色。由于焚烧中土的烧结作用，因此由土引发塑性指数增大的概率较低。于是，利用塑性指数来控制活性黏土的有害作用并不充分，可结合亚甲基蓝试验等多层次控制。

以上充分说明，目前对于矿粉的认识还处于较低的水平，为使固废能作为矿物填料在沥青混合料中被使用，迫切需要对于矿粉的深入研究与标准的进一步合理化。