固廢材料在路基中的應(yīng)用

衛(wèi)菊瑞

（南寧市建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西南寧 530002）

一般工業(yè)固廢產(chǎn)物主要包括尾礦、煤矸石、粉煤灰、冶煉渣、工業(yè)副產(chǎn)石膏、赤泥和電石渣。根據(jù)2021 年國家統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，我國2020 年一般工業(yè)固廢產(chǎn)量為367546 萬噸, 一般工業(yè)固廢綜合利用量為203798 萬噸,約占一般工業(yè)固廢產(chǎn)量的55%，其中建設(shè)領(lǐng)域?qū)σ话愎I(yè)固廢的消納約占工業(yè)固廢產(chǎn)利用量的13.6%［1］。基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域?qū)I(yè)固廢的消納還有很大的提升空間。查閱相關(guān)資料, 目前基礎(chǔ)基建領(lǐng)域?qū)I(yè)固廢的消納主要集中在建筑混凝土中的集料采用工業(yè)固廢材料, 道路工程中對工業(yè)固廢的消納的研究相對來講還處在起步階段，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)加大。本文對道路交通領(lǐng)域中路基施工對工業(yè)固廢材料的應(yīng)用進(jìn)行梳理, 以期達(dá)到對道路行業(yè)消納工業(yè)固廢起到一定助益的目的。

1 路基材料分類與性質(zhì)

1.1 路基材料的分類

路基是道路工程的基礎(chǔ), 其強(qiáng)度與穩(wěn)定性直接影響路面的使用壽命與品質(zhì)。路基土的分類, 一般是依據(jù)土顆粒的粒徑組成、土顆粒的礦物成分或其余物質(zhì)的含量及土的塑性指標(biāo)進(jìn)行區(qū)分。根據(jù)土的顆粒組成特征、土的塑性指標(biāo)以及土中有機(jī)物質(zhì)的存在的情況, 路基材料用土可分為巨粒土、粗粒土、細(xì)粒土和特殊土4 個(gè)類別,并進(jìn)一步細(xì)分為11 種。其中, 巨粒土又可細(xì)分為漂石土和卵石土, 粗粒土可細(xì)分為礫類土和砂類土, 細(xì)粒土可分為粉質(zhì)土、黏質(zhì)土和有機(jī)質(zhì)土, 特殊土可分為黃土、膨脹土、紅黏土和鹽漬質(zhì)土。不同的路基土具有不同的工程性質(zhì), 在選擇路基填筑材料時(shí), 需根據(jù)不同的土類分別采取不同的工程技術(shù)措施。

1.2 路基材料的技術(shù)性質(zhì)

在路基填筑工程中, 砂性土最優(yōu), 黏性土次之, 粉性土屬不良材料, 很容易引起路基病害。重粘土, 特別是蒙脫土也是不良的路基土。此外, 特殊土類, 例如特殊結(jié)構(gòu)的土(黃土)、含有機(jī)質(zhì)的土(腐殖土)及較易溶鹽的土(鹽漬土) 等, 用于填筑路基時(shí)必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施。并且路基填料耗用的大量的天然砂石土屬于不可再生資源。將采用工業(yè)固廢產(chǎn)物代替?zhèn)鹘y(tǒng)道路修筑材料作為解決工業(yè)固廢污染環(huán)境以及解決路基填筑材料需求量日漸擴(kuò)大問題的辦法, 既能實(shí)現(xiàn)對工業(yè)固廢的消納, 又能緩解日益緊張的傳統(tǒng)筑路材料枯竭的問題［2］。

2 固廢材料在路基中的應(yīng)用

根據(jù)《一般固體廢棄物名錄》(2021 年)以及相關(guān)資料查閱［3］，一般固體廢棄物產(chǎn)量排名靠前的固廢物分別為煤矸石、尾礦砂、電渣粉煤灰及赤泥。這幾項(xiàng)固廢的產(chǎn)量約占一般固廢總產(chǎn)量的90% 以上［4］, 下面主要就煤矸石、電渣粉煤灰、尾礦砂以及赤泥在路基中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

2.1 煤矸石在路基中的應(yīng)用

我國最早自60 年代開始開展對煤矸石綜合利用的研究。對于煤矸石在路基中的應(yīng)用的研究重點(diǎn)集中于煤矸石自身材料性質(zhì)與煤矸石的工程應(yīng)用性能兩個(gè)方面。

（1）對煤矸石自身性質(zhì)的研究結(jié)論有：1）根據(jù)煤矸石的物理力學(xué)特性，煤矸石適宜用于路基工程，無毒、強(qiáng)度滿足集料規(guī)范要求，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)路基填料［5］。但是，煤矸石級配范圍廣，且經(jīng)常夾雜當(dāng)?shù)爻Ｒ姷耐临|(zhì)；2）級配范圍對煤矸石路基的壓實(shí)特性影響大，應(yīng)注意調(diào)整保持煤矸石- 土混合路基填料的級配連續(xù)性［6］；3）煤矸石路基填料的粘聚力和內(nèi)摩角主要受壓實(shí)功以及素土摻量的影響，煤矸石路基的抗剪強(qiáng)度與煤矸石的級配中4.75mm 以上顆粒含量存在函數(shù)關(guān)系［7］。

（2）對煤矸石路基施工特性的研究結(jié)論有：1）煤矸石路基施工質(zhì)量的影響因素主要為煤矸石- 素土混合填料的含水量。煤矸石- 素土混合料的虛鋪厚度以及施工過程的壓實(shí)功［8］。4.75mm 以下級配顆粒的含量的控制對壓實(shí)度的影響最大［9］；2）煤矸石路基常用的壓實(shí)方式為振動(dòng)壓實(shí)與沖擊壓實(shí)，采用壓實(shí)方式應(yīng)根據(jù)煤矸石級配以及現(xiàn)場試驗(yàn)段經(jīng)過試驗(yàn)確定［10］。

2.2 尾礦砂在路基中的應(yīng)用

尾礦砂無毒，且具有一定強(qiáng)度，但強(qiáng)度不能滿足作為集料的技術(shù)性質(zhì)，且穩(wěn)定性差不易壓實(shí)，不能單獨(dú)用于路基填筑［11］。但是可以采用“黏土包邊尾礦砂”的方案將尾礦砂用于路基填筑工程單中。采用黏土包邊處理后的的尾礦砂滿足作為路基填料的技術(shù)要求。黏土摻量范圍為30%～50%：黏土摻量為30% 時(shí)，各項(xiàng)性能均衡提高；黏土摻量為50% 時(shí)，填料的CBR 數(shù)據(jù)最優(yōu)［12］。也可用石灰對尾礦砂進(jìn)行改良，工程中常見的石灰摻量為4.5%～5%［13］。

2.3 電渣粉煤灰在路基中的應(yīng)用

我國最早于1985 年開始將電渣粉煤灰應(yīng)用于路基工程當(dāng)中。電渣粉煤灰的路用性能與石灰粉煤灰相近，七天無側(cè)向抗壓強(qiáng)度值高于同齡期同養(yǎng)護(hù)條件的二灰穩(wěn)定土，說明電石渣粉煤灰路基性能優(yōu)于二灰路基性能［14］，可滿足二灰基層的使用要求。尤其在不良土質(zhì)路基改良過程中，對于含水量過大的粉性黏土能夠顯著改良粉性黏土不易壓實(shí)、孔隙比過大、強(qiáng)度不足等缺點(diǎn)。對于鹽漬土能夠?qū)Ⅺ}漬土的塑性指數(shù)改良至規(guī)范要求的區(qū)間范圍，能夠有效地改善鹽漬土本身的不良特性，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，改良鹽漬土?xí)r電石渣粉煤灰的摻量宜控制在6%～6.5%左右，此時(shí)的改良后土質(zhì)路基的強(qiáng)度明顯提升，耐久性提高，凍融循環(huán)損失率降低［15］；對于膨脹土，當(dāng)以膨脹土：電渣粉煤灰的比例為10：90 的比例摻入電渣粉煤灰可以較好地改良膨脹土的膨脹特性，改良后的膨脹土凝聚力增大，并且電渣粉煤灰路基填料也可以用于臺(tái)背回填、道路改造拓寬部分的加強(qiáng)路基回填［16］。

2.4 赤泥在路基中的應(yīng)用

赤泥因其顏色得名，赤泥主要產(chǎn)于鋁制品產(chǎn)業(yè)，從鋁土礦中提煉氧化鋁的過程中會(huì)產(chǎn)生一種棕紅色的固體膏狀廢棄物，故命名為赤泥［17］。赤泥的主要成分為SiO2、CaO、Fe2O3和Al2O3等，與普通硅酸鹽水泥的主要成分相似。亦可遇水發(fā)生水化反應(yīng)凝結(jié)硬化，并且赤泥呈弱堿性，可對電石渣粉煤灰等路基材料產(chǎn)生一定的催化作用［18］。赤泥用于濕陷性黃土路基的改良時(shí)，可以固化黃土路基，改善黃土路基的遇水濕陷性［19］。當(dāng)赤泥含量為30% 時(shí)固化黃土的效果最明顯，當(dāng)赤泥含量為70%時(shí)濕陷性黃土對赤泥的水化作用的催化效果最明顯；赤泥用于改善粉黏土?xí)r可以顯著改善粉黏土的剛度，當(dāng)赤泥與粉黏土的摻配比例為80：20 時(shí)，赤泥改良后的粉黏土路基的CBR 最大、單軸抗剪強(qiáng)度最高、力學(xué)性能最好［20］；赤泥可以用于垃圾填埋場的防滲內(nèi)壁，這主要是由于赤泥遇水具有水硬性，強(qiáng)度迅速增大［21］。

3 結(jié)語

當(dāng)前交通運(yùn)輸行業(yè)的快速發(fā)展，一方面路基填料所用材料作為一種不可再生資源日漸枯竭，另一方面我國作為工業(yè)化國家，工業(yè)固廢也成為亟待解決的問題，道路工程的新材料的開發(fā)研究為工業(yè)固廢消納提供了一條更寬曠的途徑。近幾年來，對于將工業(yè)固廢應(yīng)用于路基材料的研究也取得了長足進(jìn)展，為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約再利用做出了非常大的貢獻(xiàn)。將工業(yè)固廢應(yīng)用于道路工程中的探索應(yīng)該持續(xù)下去、深入研究，期待道路工程行業(yè)可以更大程度的消納工業(yè)固廢，為節(jié)約資源、環(huán)境保護(hù)作出更大的貢獻(xiàn)。