水泥基固化劑固化赤泥的路用特性研究

1、水泥基固化劑固化赤泥的路用特性研究程鋰?yán)畛綄O兆云高速公路養(yǎng)護技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室山東省道路 結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室山東建筑大學(xué)摘要：本文在室內(nèi)試驗與現(xiàn)場試驗路的基礎(chǔ)上，研究了水泥基固化劑對拜耳法赤泥路 用特性的影響。拜耳法赤泥的顆粒極細(xì)，顆粒保水性極好。純赤泥的強度特征比 較差，采用水泥基復(fù)合改性i占i化能夠有效提高其路用性能。改性之后的赤泥可以 滿足路用要求。水泥基固化劑能夠大量消耗了赤泥，社會效益與經(jīng)濟效益顯著。關(guān)鍵詞：道路工程;赤泥;水泥基固化劑;路用指標(biāo);試驗路;作者簡介：程錘(1979-)男，山東泗水人，高級工程師，主要研究方向是工業(yè) 廢棄料綜合利用。e-ma訂:ychengl979

2、163. com收稿日期:2017-03-15study on road characteristics of red mud cured with cementbased curing age ntcheng yu li chen sun zhaoyunkey laborstory of expressway maintermncetechnology ministry of transport; shandongjianzhu university;abstract：based on laboratory test and field test, the effect of cement-

3、based curing agent on road performance of bayer process red mud is studied in the paper. the particles of bayer process red mud are very fine and have excellent water retention. the pure bayer process red mud has relatively poor strength，the come nt-based cur ing age nt can effec tivcly improve its

4、road performance, and the modified red mud can meet the road performance requirements. cement-based curing agent can consume a large number of red mud, and have significant social and economic benefits.keyword：road engineering; red mud; ccmcnt-based curing agent; road performsncc; test road;received

5、： 2017-03-15赤泥是鋁土礦經(jīng)各種物理和化學(xué)處理，制取氧化鋁后所剩余的紅色粉泥狀高含 水量的堿性固體廢料，其產(chǎn)出量因礦石品位、生產(chǎn)方法、技術(shù)水平而異in。一 般情況下，每生產(chǎn)一噸氧化鋁，大約產(chǎn)生赤泥0.81.5噸。赤泥按氧化鋁生產(chǎn)方 法可分為聯(lián)合法赤泥、燒結(jié)法赤泥和拜耳法赤泥。我國由于氧化鋁工業(yè)的快速發(fā) 展,產(chǎn)生的赤泥量越來越大，2015年全國赤泥產(chǎn)生量約7000萬噸，目前我國赤 泥累計堆存量超過3. 52億噸。由于赤泥含堿量較人，導(dǎo)致赤泥有效利用一直以來都是世界性難題。赤泥的人量 集屮堆存，既占用土地，浪費資源，又易造成環(huán)境污染和安全隱患。因此，最大 限度的減少赤泥堆存和危害，實現(xiàn)多

6、渠道、大規(guī)模的資源化利用已迫在眉睫。為 了能夠有效利用赤泥，世界各國都已經(jīng)開展了多領(lǐng)域和多學(xué)科的研究工作，我 國致力于此方面的研究。赤泥的性質(zhì)和成分不同，決定了赤泥有不同的利用方 法。同時，隨著我國公路建設(shè)工程的高速發(fā)展，路用材料正在消耗大量的不可再生 自然資源。在國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)和重耍區(qū)域走廊的公路建設(shè)中，甚至出現(xiàn)了土源 緊缺現(xiàn)象。因此，如果能夠?qū)荻ǔ嗄啻笠?guī)模的應(yīng)用于龐大的公路工程建設(shè)中 去，不僅可以變廢為寶、節(jié)省寶貴的不可再生土地資源，也為赤泥等工業(yè)廢棄料 的大規(guī)模減量化應(yīng)用提供了一個最有效的途徑。本文主要是從公路路用的角度，采用水泥基固化劑改性拜耳法赤泥，通過現(xiàn)場 試驗路，改性赤泥作

7、為公路填筑的工程特性進行了研究。1赤泥路用可行性由于在拜耳法赤泥ph值為11.512. 0,氟化物含量4. 80. 60mg/l,按 gb5058085有色金屬工業(yè)固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)，因赤泥的pii值小于12.5,氟 化物含量小于50mg/l,故赤泥屬于一般固體廢渣匕1。根據(jù)對拜耳法赤泥放射性檢測評估結(jié)果，內(nèi)照射指數(shù)ira=o. 321,外照射指數(shù) iy二0.581均小于規(guī)范限值1.0,符合建筑材料放射性核素限量（gb 6566-2010） a類標(biāo)準(zhǔn)要求，產(chǎn)銷與使用范圍不受限制，不會對人體以及周圍環(huán) 境造成放射性危害。赤泥的放射性指數(shù)甚至低于我們常用道路建筑材料粉煤灰等 工業(yè)廢棄料（表1）。

8、表1典型固體工業(yè)廢棄料放射性指數(shù)對比表下載原表因此，赤泥作為道路工程的填筑材料是安全的。2拜耳法赤泥基本物理特性本次試驗所取赤泥樣品來自于濱州市魏橋集團赤泥堆場，單純的從巖土工程角 度考慮，拜耳法赤泥主要由極細(xì)顆粒組成，loumlooum粒組含量在40%以上 （表2）,具有類似于粘土的特性。表2拜耳法赤泥的粒度成分下載原表為了確定赤泥的最大干密度和最佳含水量。根據(jù)重型擊實試驗進行了結(jié)果（圖1 所示），赤泥的最大干密度為1.65g/cm,最佳含水量為27.3%。圖1拜耳法赤泥的擊實曲線下載原圖根據(jù)公路土工試驗規(guī)程（jgt-e40）室內(nèi)土工試驗結(jié)果確定的赤泥的基木物 理力學(xué)特性指標(biāo)（表3）,試驗用

9、赤泥可以界定為屬于高液限粘土。表3赤泥基本物理力學(xué)特性指標(biāo)匯總下載原表圖3浸水對赤泥7天無側(cè)限抗壓強度影響下載原圖根據(jù)試驗結(jié)果，赤泥難以滿足路基填筑的施工與性能要求。為了提高赤泥的路用 性能，研究采用了水泥基復(fù)合改性固化材料cps-12,該固化材料采用水泥為基 本材料，添加磷石膏等激發(fā)劑形成的復(fù)合材料匡l水泥基復(fù)合改性劑的摻加劑 量8%,壓實度96%狀態(tài)下的試驗結(jié)果見表3。摻加不同劑量水泥基復(fù)合材料的七 天無側(cè)限抗壓強度的試驗結(jié)果如圖2所示，浸水24小時之后的強度損失很小 (圖 3) o3現(xiàn)場試驗路研究在室內(nèi)試驗的基礎(chǔ)上，完成了全尺寸的赤泥試驗路。試騎路的長度23. 9m,寬度 10. 8m,

10、厚度按照兩層施工，每層厚度20cm。上層赤泥摻加水泥基固化劑的劑量 為12%,下層劑量為8%。試驗路總面積25& lm;拜耳法赤泥總填方量129. lmo3.1試驗路施工拜耳法赤泥試驗路的施工過程步驟如下：仃)施工前準(zhǔn)備工作。對試驗場地放樣、清除填方路段原地表雜草等。(2) 原地表處理。對試驗路段地表清除后，40cm深度范圍之內(nèi)采用6%石灰土改 性處理，并壓實到壓實度93%,碾壓后取樣檢測應(yīng)達(dá)到本規(guī)程規(guī)定的壓實標(biāo)準(zhǔn)。(3) 推送填料。將備好的赤泥用推土機從路基兩側(cè)或短距離內(nèi)縱向調(diào)配赤泥推運 至填方路段。(4) 攤鋪填料。對赤泥填料采用推土機攤鋪并整平，或采用推土機配合平地機整 平。推土

11、機攤鋪后每層厚度不得超過25cm?？刹捎锰盍锨昂蠖c測量高程控制 松鋪厚度。(5) 摻加水泥基固化材料。隨時跟蹤檢測己填土體含水率，本次試驗路所用改性 赤泥的最佳含水量為27. 3%,采用路拌法摻加固化材料，嚴(yán)格控制其摻加劑量。(6) 拌合。先用平地機將成堆的固化劑均勻攤平，采用寶馬路拌機拌合。拌合過 程保證無夾層，拌合寬度每道重合20cm,拌合過程中隨時檢查拌合深度及搭接 寬度，隨吋檢查拌合是否均勻，土體顆粒是否滿足設(shè)計及規(guī)范要求(最大粒徑 不大于50mm),不滿足要求進行2次拌合，2次拌合仍不能滿足要求進行3次拌 合。(7) 穩(wěn)壓。穩(wěn)壓時按照一般土方路基的壓實工藝，從路基邊緣向內(nèi)側(cè)逐輪碾壓

12、， 碾壓時輪跡重疊寬度不小于1/2單輪寬度，單側(cè)輪跡布滿一個作業(yè)面為一遍， 穩(wěn)壓2遍，穩(wěn)壓時也可采用縱向、橫向交錯的碾壓方式。(8) 振動壓路機碾壓。釆用18t以上前后輪驅(qū)動振動壓路機進行碾壓。碾壓時先 慢后快，采用強振進行振動碾壓。前后相鄰兩區(qū)段應(yīng)縱向重疊l.oni以上，達(dá)到 無漏壓、無死角，確保碾壓均勻。(9) 終壓。終壓壓實工藝與穩(wěn)壓相同，輪跡重疊寬度不小于1/2單輪寬度，終壓 2遍。(10) 檢測。壓實度檢測采用環(huán)刀法測定赤泥干密度，計算壓實度、固體體積率 等，壓實質(zhì)量以壓實度控制。壓實度應(yīng)達(dá)到本規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，若不符合耍求時 應(yīng)進行補壓，直到合格為止。3.2頂面彎沉檢測試驗路的頂面彎

13、沉檢測分別采用丹麥dynatest公司的落錘式彎沉儀fwd,以及我國現(xiàn)行的路面彎沉檢測方法貝克曼梁進行。其檢測結(jié)果分別見表4和表5所示：表4現(xiàn)場fwd彎沉(0.01mm)下載原表表5現(xiàn)場貝塔曼梁彎沉(0. 01mm)下載原表從數(shù)據(jù)來看，彎沉的實測結(jié)果與室內(nèi)強度試驗成果相吻合，兩種彎沉測試方法 得到的結(jié)果比較有一致性。水泥基固化劑的摻量12%時，滿足路基與底基層的設(shè) 計控制要求。3. 3原位動力觸探檢測現(xiàn)場動力觸探采用原位動態(tài)圓錐貫入儀(dcp),進行。dcp觸探儀的錘重8kg, 落距575min,貫入桿長looomin,桿直徑16mm,圓錐頭直徑20mm,錐角為 60°角。原位測試d

14、cp貫入儀，在國外已得到大量的工程應(yīng)用，實踐中積累了與 相應(yīng)土性指標(biāo)的關(guān)系回。一般設(shè)每錘擊一次(blow)的貫入值(mm)為dn (mm/blow),貝!貫入值dn加州承載比(cbr)的關(guān)系式，參見如下： 動態(tài)圓錐貫入儀dcp現(xiàn)場試驗操作簡單，無需取土，易于高比例抽檢。同時，貫 入深度、連續(xù)性均較傳統(tǒng)密實度檢測更加具有優(yōu)勢。表6現(xiàn)場動力觸探cbr換算結(jié)果 下載原表采用上述經(jīng)驗公式(1),可以計算得到分層cbr值，見表6。上層改性赤泥20cm 的cbr值，分布在4070之間，下層改性赤泥cbr值分布在3060之間。cbr的 實測結(jié)果與室內(nèi)試驗、頂面彎沉的成果相一致。同時，現(xiàn)場dcp得到的強度cb

15、r 值亦滿足設(shè)計控制要求。4結(jié)論在室內(nèi)土工試驗的基礎(chǔ)上，研究了水泥基固化劑對拜耳法赤泥現(xiàn)場路用特性的 影響。根據(jù)對現(xiàn)場試驗路的施工和檢測數(shù)據(jù)進行分析，并研究其結(jié)果可以認(rèn)為：(1) 赤泥經(jīng)水泥基固化劑改性處理可以利用到公路工程建設(shè)中，其強度與穩(wěn)定 性完全滿足路用要求。(2) 拜耳法赤泥的顆粒極細(xì)，顆粒保水性極好。純赤泥的強度特征比較差，采用 水泥基復(fù)合改性固化能夠有效提高其路用性能。(3) 赤泥道路路基或者底基層施工方法簡單，筑路效率高。能夠大量消耗了赤泥, 赤泥用量達(dá)90%以上，社會效益與經(jīng)濟效益顯著。拜耳法赤泥經(jīng)過合適的改性處理z后的大規(guī)模工程應(yīng)用，還需大量的室內(nèi)和現(xiàn) 場評價。參考文獻1 harekrushna sutar et al. progress of red mud uti ligtion:an ovcrvicwtj, american chemical science journal, 2014, 4 (3) :255-279.2 景英仁，景英勤，楊奇赤泥的基本性質(zhì)及其工程特性j輕金屈，2001(4) :