鋁礦廢料改良土路基填料性能試驗研究

丁永燦 劉貞鵬

摘要：廣西鋁礦資源豐富，鋁礦廢料是鋁礦土經(jīng)高溫細磨提取有用礦物之后的剩余產(chǎn)物。文章研究鋁礦廢料單一改良土、鋁礦廢料石灰綜合改良土及鋁礦廢料水泥綜合改良土等不同方案改良土的最佳含水率、最大干密度、膨脹量、CBR值等指標，為礦業(yè)廢料在公路工程中的應(yīng)用提供試驗依據(jù)。這不僅能夠解決廢料的占地及污染問題，還能為公路工程建設(shè)節(jié)約土地和投資成本，尤其對于土地資源并不富裕的廣西來講，充分體現(xiàn)了資源的可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：鋁礦廢料;改良土;路基填料

0 引言

土是工程建設(shè)的主要材料，天然土的強度和穩(wěn)定性往往不一定滿足工程建設(shè)的需要，此時除了對其進行換填之外，尋求各種途徑對天然土進行改良也是一種有效的方式。

隨著廣西公路建設(shè)的發(fā)展，對路基填料的需求增大。廣西鋁礦資源豐富，在其生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生大量的鋁礦廢料，對環(huán)境造成較大污染。本文將鋁礦廢料摻入土中，研究鋁礦廢料改良土的工程性質(zhì)，為工業(yè)廢料在公路工程中的應(yīng)用提供試驗依據(jù)，不僅能夠解決廢料的占地及污染問題[1]，還能為公路工程建設(shè)節(jié)約土地和投資成本，尤其對于土地資源并不富裕的廣西來講，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 試驗材料及試驗方案

1.1 原材料

土：廣西南寧四塘后山取土，主要技術(shù)指標見表1;

石粉：廣西南寧某公司生產(chǎn)的石粉，篩分試驗結(jié)果見表2;

鋁礦廢料：產(chǎn)自廣西平果鋁礦;

石灰：廣西南寧某廠石灰;

水泥：廣西南寧某廠復(fù)合硅酸鹽水泥P·C 32.5。

1.2 改良土制備及試驗流程

結(jié)合國內(nèi)外已有研究成果，確定改良土的制備及試驗流程如下：首先將原狀土烘干、碾碎、過篩，然后按照改良方案將不同的改良劑稱量、摻入土中，拌和均勻形成改良土;接著對改良土進行不同含水率的擊實試驗，分別確定最佳含水率和最大干密度;最后對不同改良方案改良土按照最佳含水率成型試件，進行強度特性、變形特性等性能研究。

1.3 改良土方案

采用鋁礦廢料對土進行改良，最簡單的思路就是在土中單獨摻入一定劑量的鋁礦廢料直接形成改良土[2]。參照工程中常用的2∶8灰土，本研究中鋁礦廢料改良土最開始的改良方案同樣定為20%鋁礦廢料+80%土。另外選定工程中常見的兩種改良劑：石灰和水泥，擬定了6種綜合改良方案，由于原狀土的工程性質(zhì)較差，在鋁礦廢料綜合改良方案中同時還摻入了部分石粉，相當于對原狀土進行初步處理，詳見表3。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 鋁礦廢料單一改良土性能試驗研究

鋁礦廢料單一改良土的改良效果如表4和圖1所示。

從表4和圖1中可以看出，單獨摻加20%的鋁礦廢料對土進行改良的改良效果并不十分明顯，膨脹量由原狀土的3.87 mm降低到3.50 mm，僅降低了9.6%;CBR值由原狀土的2.3%提高到3.4%，增加了48%，但是仍然很小;最大干密度還有所下降，表明改良土的密實程度降低。

綜合來看，盡管鋁礦廢料對土的工程性質(zhì)有所改善，但是還遠達不到理想的效果。若要大幅度提高鋁礦廢料改良土的性能，實現(xiàn)在工程中大規(guī)模使用鋁礦廢料的目的，需要結(jié)合其他改良劑對土進行綜合改良，而非鋁礦廢料單一改良。

2.2 鋁礦廢料石灰綜合改良土性能試驗研究

鋁礦廢料石灰綜合改良土的改良效果如表5和下頁圖2～4所示。

從表5和圖2中可以看出，不同摻量下三種鋁礦廢料石灰綜合改良土的最佳含水率相同，均為20.5%，相比原狀土有所上升，這是由于加入的生石灰吸收一部分水所致[3]。

而不同摻量下三種鋁礦廢料石灰綜合改良土的最大干密度相差不大，隨著鋁礦廢料含量的減少（石粉含量增加），鋁礦廢料石灰綜合改良土的最大干密度略有上升，但均比原狀土小。分析原因，是由于生石灰遇水發(fā)生消化反應(yīng)，體積膨脹，在周邊缺乏強力約束的情況下，整個土體變得疏松，因而最大干密度有所降低;而其中摻入石粉時，由于石粉本身的密度較大，可使得改良土干密度減小的趨勢有所緩解。

由試驗結(jié)果可知，不同摻量下三種鋁礦廢料石灰綜合改良土的膨脹量均較原狀土有所降低，且隨著鋁礦廢料摻量的減小（石粉摻量增加），膨脹量越來越小，石粉顆粒的加入對土體變形產(chǎn)生了一定的約束作用，減小了土體的膨脹變形，增加了土體的穩(wěn)定性。

從表5和圖4中可以看出，不同摻量下三種鋁礦廢料石灰綜合改良土的強度均較原狀土有了明顯提高（提高幅度達1倍以上），但三者之間的差異很小，且絕對值仍較小。在鋁礦廢料改良土的基礎(chǔ)上加入石灰進行綜合改良的方案效果并不理想，需要尋求更有效的改良劑。

2.3 鋁礦廢料水泥綜合改良土性能試驗研究

鋁礦廢料水泥綜合改良土的改良效果如表6和圖5～7所示。

從表6和圖5中可以看出，不同摻量下三種鋁礦廢料水泥綜合改良土的最佳含水率相差很小，相比原狀土有所上升，這是由于加入的水泥水化要吸收一部分水所致;但總體而言，鋁礦廢料水泥綜合改良土的最佳含水率要低于鋁礦廢料石灰綜合改良土，說明生石灰與水反應(yīng)的需水量高于水泥[4]。

同時，不同摻量下三種鋁礦廢料水泥綜合改良土的最大干密度相差也不大，基本與原狀土持平，隨著鋁礦廢料含量的減少（石粉含量增加），鋁礦廢料水泥綜合改良土的最大干密度略有上升，當石粉含量達到30%時（方案F），改良土的最大干密度超過了原狀土。與鋁礦廢料石灰綜合改良土相比，鋁礦廢料水泥綜合改良土的最大干密度有了較大幅度的提高，說明其密實程度更高。

由表6和圖6可知，三種鋁礦廢料水泥綜合改良土的膨脹量均較原狀土有明顯降低，且隨著鋁礦廢料摻量的減?。ㄊ蹞搅吭黾樱?，膨脹量越來越小，尤其當石粉摻量達到20%～30%時，鋁礦廢料水泥綜合改良土的膨脹量已經(jīng)很小，同時也低于同等條件下鋁礦廢料石灰綜合改良土的膨脹量，表明此時改良土的變形穩(wěn)定性更好。

從表6和圖7中可以看出，三種鋁礦廢料水泥綜合改良土的CBR值均遠遠高于原狀土及鋁礦廢料石灰綜合改良土，方案D、E、F的CBR值分別達到原狀土的大約20倍、30倍和40倍，并且均超過了40%，鋁礦廢料水泥綜合改良土方案在力學(xué)性能上表現(xiàn)良好。

3 結(jié)語

本試驗研究按照統(tǒng)一的改良土制備、試驗流程，對鋁礦廢料單一改良土、鋁礦廢料石灰綜合改良土及鋁礦廢料水泥綜合改良土等不同方案改良土的最佳含水率、最大干密度、膨脹量、CBR值等指標進行了對比分析，主要結(jié)論如下：

（1）鋁礦廢料∶土=2∶8時，改良土的最佳含水率、最大干密度、膨脹量、CBR值等與原狀土相比均變化不大，鋁礦廢料單一改良土的效果不明顯，應(yīng)結(jié)合其他改良劑對土進行綜合改良。

（2）鋁礦廢料石灰綜合改良土方案A、B、C與原狀土相比：最佳含水率增大，最大干密度減小;膨脹量減小，土體穩(wěn)定性增強;CBR值有所提高，但是絕對值仍然較小。鋁礦廢料石灰綜合改良土方案在強度及變形等特性方面對土體有所改善，但是效果仍然不理想。

（3）鋁礦廢料水泥綜合改良土方案D、E、F與原狀土及鋁礦廢料石灰綜合改良土方案A、B、C相比：最佳含水率高于原狀土，但低于方案A、B、C，最大干密度高于方案A、B、C，并基本與原狀土持平;膨脹量明顯低于原狀土及鋁礦廢料石灰綜合改良土，土體變形減小;CBR值也要遠遠高于原狀土及鋁礦廢料石灰綜合改良土，達到40%以上。鋁礦廢料水泥綜合改良土能夠較為有效地改善土體各方面的工程性質(zhì)，綜合考慮可選方案E作為鋁礦廢料水泥綜合改良土的推薦方案。

試驗研究了鋁礦廢料單一改良土、鋁礦廢料石灰綜合改良土及鋁礦廢料水泥綜合改良土等不同方案改良土的最佳含水率、最大干密度、膨脹量、CBR值等指標，為礦業(yè)廢料在公路工程中的應(yīng)用提供試驗依據(jù)，不僅能夠解決廢料的占地及污染問題，還能為公路工程建設(shè)節(jié)約土地和投資成本，尤其對于土地資源并不富裕的廣西來講，充分體現(xiàn)了資源的可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

[1]朱 軍，蘭建凱.赤泥的綜合回收與利用[J].礦產(chǎn)保護與利用，2008（2）：52-54.

[2]陳 蓓，陳素英.赤泥的綜合利用和安全推薦[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2006，35（12）：32-35.

[3]劉嫦娥，李 楠，姜怡嬌，等.鋁工業(yè)廢渣-赤泥的綜合利用[J].云南環(huán)境科學(xué)，2006，25（3）：39-41.

[4]賴蘭萍，周李蕾，韓 磊，等.赤泥綜合利用與利用現(xiàn)狀及進展[J].四川有色金屬，2008（1）：43-48.

收稿日期：2020-06-02