消石灰穩(wěn)定煤矸石路面基層設(shè)計工藝研究

丁 強

（江西省交通設(shè)計研究院有限責(zé)任公司,江西 南昌 330002）

0 引言

煤矸石是煤炭生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，是一種與煤層相伴生的含碳量較低，比煤炭堅硬的灰黑色巖石，其成分主要是SiO2、Al2O3等。將煤矸石用作公路建設(shè)材料，是對廢棄材料的有效利用，有助于化解大量煤矸石棄置占地和對環(huán)境的污染問題。將煤矸石用作公路建材，能夠替代相當(dāng)一部分沙石料，既節(jié)省資源，也一定程度降低了公路建設(shè)成本。某山區(qū)二級公路采取消石灰穩(wěn)定煤矸石混合料路面基層工藝設(shè)計，既完成了公路建設(shè)任務(wù)，也幫助地區(qū)消化處理了大量棄置煤矸石，取得了工程建設(shè)、助力環(huán)保和服務(wù)社會多重工程效益。

1 工程概況

某公路為山區(qū)二級公路，速度設(shè)計為60.00 km/h，路基寬度12.00 m，路面寬度10.50 m。路橋橋面寬度13.00 m，載荷設(shè)計為公路Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)。秉持節(jié)能減排設(shè)計建設(shè)原則，合理利用煤矸石，結(jié)合其他節(jié)能減排技術(shù)，開展工程建設(shè)。

2 材料指標(biāo)要求

在該次設(shè)計中，根據(jù)規(guī)范要求，對Gn、Gm 兩家公司用于基層的各種原料進(jìn)行了多項指標(biāo)的測試檢驗。

2.1 消石灰

設(shè)計采用Gn 和Gm 兩家公司生產(chǎn)的消石灰料，其主要指標(biāo)檢測結(jié)果見表1 所示。

表1 消石灰料主要技術(shù)指標(biāo)

表1數(shù)據(jù)顯示，兩個公司生產(chǎn)的消石灰材料其質(zhì)量均不符合生消石灰三級鈣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。對于等外消石灰，需要進(jìn)行強度測試，以分析其是否符合路用要求。該設(shè)計要求消石灰煤矸石符合公路路面基層強度標(biāo)準(zhǔn)，按照這樣的標(biāo)準(zhǔn)，本消石灰料可以使用，但工程中應(yīng)注意加強檢測，以確保消石灰質(zhì)量穩(wěn)定[1]。

2.2 粉煤灰

表2數(shù)據(jù)顯示，Gm 公司生產(chǎn)的粉煤灰其粒度偏粗，不符合工程要求，因此要給予更換并且還要加強施工應(yīng)用檢測，以確保其質(zhì)量穩(wěn)定性。Gm 公司生產(chǎn)的粉煤灰其水含量偏高，雖然工程可以應(yīng)用，但施工中應(yīng)注意檢測和控制，以防止水含量超標(biāo)。

表2 粉煤灰主要技術(shù)指標(biāo)

2.3 骨料

該次設(shè)計使用的骨料包括5~10 mm 煤矸石、10~20 mm煤矸石、10~30 mm 石灰?guī)r、0~5 mm 碎石和0~10 mm 碎石。根據(jù)JTJ032000 公路路面基層規(guī)范要求，對Gn 公司和Gm 公司提供的骨料進(jìn)行了篩分和壓碎值測試。通過檢測骨料符合二級公路的基層骨料技術(shù)要求，因此可以工程使用。

3 消石灰穩(wěn)定煤矸石混合料的組分設(shè)計

3.1 合成級配設(shè)計

因為兩家公司生產(chǎn)的10~30 mm 碎石中均存在少量超過31.50 mm 碎石，所以使用前，需要剔除這些超過31.50 mm 碎石，以確保合成級配符合技術(shù)要求。材料組成、合成級配分別見表3~4 所示[2]。

表3 各種材料比例匯總

表4 合成級配表

通過檢測，4.75 mm和2.36 mm的過篩率偏下限，9.50 mm 篩孔的過篩率偏上限，原因在于0~10 mm碎石的粒度偏粗。所以施工中應(yīng)密切注意該公司所提供的骨料質(zhì)量，強化級配抽檢，避免個別級配不符合標(biāo)準(zhǔn)，影響混合料質(zhì)量，而Gm 公司提供的骨料通過率均處于中間水平，表明其合成級配滿足工程質(zhì)量要求。

3.2 擊實測試

在確定混合料的合成級配后，按不同比例分別制備了消石灰穩(wěn)定煤矸石復(fù)合料，并通過擊實測試來確定最優(yōu)水含量和最大干密度。煤矸石消石灰混合料中，粉煤灰、消石灰和碎石的比例分別為12 ∶3 ∶85、12 ∶4 ∶84、10 ∶5 ∶85 和12 ∶6 ∶82，所獲得的消石灰穩(wěn)定煤矸石混合料擊實測試結(jié)果見表5 所示。

表5 消石灰穩(wěn)定煤矸石混合料的擊實測試結(jié)果

3.3 無側(cè)限抗壓強度測試

擊實測試得出最優(yōu)水含量和最大干密度，按97%的壓實度要求制作試件，開展抗壓強度測試。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，將試件置于相對濕度≥95%，溫度20±2℃的環(huán)境中6 d，然后浴水24 h 后開展無側(cè)限抗壓測試，其結(jié)果見表6 所示。

表6 消石灰穩(wěn)定煤矸石強度結(jié)果

案例為二級公路，根據(jù)技術(shù)規(guī)范規(guī)定，其抗壓強度要求見表7 所示。案例設(shè)計采取0.80 MPa 的無側(cè)限抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)。

表7 消石灰混合料的抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)

表6數(shù)據(jù)顯示，Gn 公司的粉煤灰∶消石灰∶碎石配比為10 ∶5 ∶85 時，抗壓強度為1.01 MPa，大于Rd/（1-1.282Cv）=0.93 MPa，Gm 公司的粉煤灰∶消石灰∶碎石配比為10 ∶5 ∶85 時，抗壓強度為值為1.03 MPa，也大于Rd/（1-1.282Cv）=0.92 MPa，因此這兩種配比均能滿足二級公路基層對強度的要求。根據(jù)上述結(jié)果，工程確定應(yīng)用的配合比為煤矸石∶消石灰∶碎石=10 ∶5 ∶85。

3.4 混合料組分構(gòu)成

工程設(shè)計應(yīng)用的消石灰穩(wěn)定煤矸石碎石混合料的組分構(gòu)成主要參數(shù)見表8 所示。

表8 消石灰穩(wěn)定煤矸石碎石混合料的組分構(gòu)成

4 煤矸石基層質(zhì)量控制要點

根據(jù)規(guī)范要求，對來自Gn 公司和Gm 公司的基層鋪筑原料及無側(cè)限7 d 抗壓強度實施抽檢測試。

4.1 消石灰

對來自兩公司的消石灰材料，現(xiàn)場分別采樣進(jìn)行抽檢，檢測結(jié)果見表9 所示。

表9 消石灰技術(shù)指標(biāo)

數(shù)據(jù)顯示，兩個公司的消石灰均不符合生石灰三級鈣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，因此需要通過強度測試來判斷是否可以使用。該次抽檢中，消石灰煤矸石混合料強度符合JTJ032000公路路面基層技術(shù)規(guī)范，所以可以放心使用。不過仍需加強檢測，確保消石灰的質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

4.2 粉煤灰

粉煤灰主要指標(biāo)檢測結(jié)果如表10 所示，抽查結(jié)果顯示，兩公司的粉煤灰的主要指標(biāo)均符合規(guī)范要求，但是Gm 公司的粉煤灰粒度偏粗，水含量偏高，所以對來自該公司的粉煤灰，應(yīng)繼續(xù)加強施工應(yīng)用過程中的質(zhì)量監(jiān)督和檢測，防止不合格骨料進(jìn)入工程應(yīng)用，確保質(zhì)量穩(wěn)定性[3]。

表10 粉煤灰主要指標(biāo)檢測結(jié)果

4.3 骨料

抽樣骨料四種由Gn 公司生產(chǎn)，即10~20 mm 煤矸石、10~30 mm 石灰?guī)r、0~10 mm 和5~10 mm 的煤矸石；一種由Gm 公司生產(chǎn)，即0~5 mm 粒度碎石，總計抽查共五種骨料。對這些材料進(jìn)行了壓碎值測試。檢測結(jié)果見表11 所示：

表11 骨料主要指標(biāo)檢測結(jié)果

抽查結(jié)果顯示，骨料的壓碎值符合二級公路基層用骨料料技術(shù)要求，可在工程中使用。

4.4 檢驗混合料組成設(shè)計

對Gn 公司和Gm 公司提供的骨料進(jìn)行篩分，在篩分的基礎(chǔ)上對設(shè)計合成級配進(jìn)行檢測，通過檢測發(fā)現(xiàn)，Gn 公司材料合成級配曲線符合規(guī)范要求，表明合成級配也符合規(guī)范要求，結(jié)果見表12~14。

表12 骨料篩分檢測結(jié)果

表13 合成級配檢測結(jié)果

表14 組分比例檢測結(jié)果匯總

4.5 混合料無側(cè)限抗壓強度

為了檢測煤矸石無機混合料的壓實度和抗壓強度，按照規(guī)范要求制作了抗壓強度試件，并進(jìn)行了無側(cè)限抗壓強度測試。將試件在相對濕度≥95%，溫度20±2℃的條件下標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)6 d，再浴水24 h，然后開展無側(cè)限抗壓強度測試。測試結(jié)果見表15 所示。

表15 煤矸石無機混合料的無側(cè)限抗壓強度測試結(jié)果

表15數(shù)據(jù)顯示，由兩個公司供料所形成煤矸石無機混合料的無側(cè)限7 d 抗壓強度滿足規(guī)范要求，該消石灰煤矸石混合料可以用于路面建設(shè)。

5 結(jié)語

該文介紹了某山區(qū)二級公路所應(yīng)用的消石灰穩(wěn)定煤矸石混合料路面基層工藝設(shè)計。主要技術(shù)內(nèi)容包括：煤矸石混合料路面基層結(jié)構(gòu)；材料指標(biāo)要求。介紹了主要材料消石灰、粉煤灰、各型骨料的性能指標(biāo)基本要求；介紹了合成級配設(shè)計、混合料組分構(gòu)成等技術(shù)要點，煤矸石基層質(zhì)量實現(xiàn)設(shè)計要點，煤矸石基層質(zhì)量控制要點等內(nèi)容，對同類工程應(yīng)用有一定技術(shù)參考意義。