CN113087487A

CN113087487A - 一种电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层施工工艺

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Publication number: CN113087487A
Application number: CN202110366795.8A
Authority: CN
Inventors: 王晓丰; 赵辉; 白哲; 王壹帆; 王健; 曹金奎; 王海有; 薛秋香
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-04-06
Filing date: 2021-04-06
Publication date: 2021-07-09

Abstract

本发明提供了一种电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层施工工艺，所述路面基层包含以下重量份材料：电石渣5‑15份，粉煤灰5‑15份，赤泥5‑15份，煤矸石60‑70份，水7‑14份。施工前进行配合比设计，然后把采用的设计配合比换算成施工配合比，按照施工配合比，用配料机把煤矸石、电石渣、粉煤灰、赤泥与水混合为施工初混料；把施工初混料进行破碎/拌和，出料即为电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层混合料，之后对基层混合料进行运输、摊铺、碾压和养护即成电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层。本发明的路面基层早期强度和长期强度均有显著提高；本发明能够使用大量工业废料，简化了施工工艺，配套机械设备简单，施工技术容易掌握，方便推广应用。

Description

一种电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层施工工艺

技术领域

本发明涉及道路施工技术领域，具体地说，特别涉及一种电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层施工工艺。

背景技术

随着我国经济的快速发展，道路建设也高速发展了数十年，并将持续高速发展。我国道路的路面结构大多为半刚性基层沥青混凝土路面，修建半刚性路面基层消耗了大量的碎石、水泥和石灰，对生态环境造成了一定的损坏，也导致污染，同时价格较高。另一方面，工业的高速发展，排放了大量的工业废渣，例如电石渣、粉煤灰、赤泥和煤矸石等，如何利用工业废渣修筑半刚性路面基层，是急需要解决的问题。

电石渣是水解电石制取乙炔时大量排放的工业废渣，其主要活性成分是氢氧化钙。煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石，其主要成分是Al₂O₃、SiO₂，另外还含有数量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴），目前我国年排放量已超过7亿吨。粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂等，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，采用拜尔法提炼氧化铝后排出的废渣称为拜尔法赤泥，目前我国赤泥堆存量已超过4亿吨，赤泥由直径为0.088~0.25毫米的颗粒组成，其主要矿物为文石和方解石，含量为60%~65%，其次是蛋白石、三水铝石、针铁矿，含量最少的是钛矿石、菱铁矿、天然碱、水玻璃、铝酸钠和烧碱，目前我国年排放量超过600万吨，赤泥废渣的处理和综合利用成为一个世界性的大难题，当下主要是堆放，除了占用大量土地外，还由于赤泥中的化学成分入渗土地易造成土地碱化、地下水污染，特别是由于赤泥中含有大量的强碱性化学物质，稀释10倍后其pH值仍为11.25-11.50，极高的pH值决定了赤泥对生物和金属、硅质材料的强烈腐蚀性，赤泥附液直接排放是超标的。

电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层能够消耗大量的电石渣、粉煤灰、赤泥和煤矸石，是高效低耗的战略，是解决严重污染的优选，同时，又解决了筑路材料紧缺和价高的问题。

目前，电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层混合料拌和不均匀，早期强度和长期强度低，不利于其推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层施工工艺，通过该施工工艺解决路面基层混合料拌和不均匀，早期强度和长期强度低的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层，包含以下重量份材料：电石渣5-15份，粉煤灰5-15份，赤泥5-15份，煤矸石60-70份，水7-14份。其中，所述煤矸石的最大用量为70份，保证路面基层结构为悬浮密实型。研究表明，对于悬浮密实型路面基层结构，集料级配的变化对其强度没有规律性的影响；在规定的范围内，即±2%，集料用量的变化对其强度也没有规律性的影响。

进一步，所述电石渣、粉煤灰、煤矸石和水的质量符合（JTG/T F20-2015）《公路路面基层施工技术细则》的规定。煤矸石由两种状态存在，一是破碎前的状态，仍称为煤矸石，二是破碎后的状态，称为煤矸石集料，煤矸石转变为煤矸石集料其质量是不变的。因此，质量比是不变的。

进一步，所述赤泥为拜尔法赤泥，其含水量最大为20wt%。

进一步，所述电石渣的含水量最大为20wt%。

一种电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层施工工艺，包括以下步骤：

步骤1、按照施工质量配合比将电石渣、粉煤灰、赤泥、煤矸石、水进行混合，得到施工初混料；

步骤2、将施工初混料进行破碎/拌和，出料即为电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层混合料，简称基层混合料；

步骤3、基层混合料的运输

按照（JTG/T F20-2015）《公路路面基层施工技术细则》的要求进行；

步骤4、基层混合料的摊铺

步骤5、基层混合料的碾压

步骤6、养护

按照（JTG/T F20-2015）《公路路面基层施工技术细则》的要求进行。

进一步，所述基层混合料的最大粒径为31.5mm。

进一步，所述步骤1采用的施工质量配合比的设计步骤为：

1）确定三组不同的电石渣∶粉煤灰∶赤泥∶煤矸石的质量配合比10-15∶10-15∶5-10∶60-70；

2）将步骤1）的每组干燥的材料按其质量配合比进行混合，混合成电石渣、粉煤灰、赤泥和煤矸石混合料，此混合料简称为试验初混料；

3）把每组试验初混料分别破碎/拌和，最大粒径控制为31.5mm，制成电石渣粉煤灰赤泥煤矸石集料混合料，即试验初混料的破碎料，此料简称为试验初混破碎料；

4）分别取每组试验初混破碎料，按照（T 0804-1994）《无机结合料稳定材料击实试验方法》，做击实试验，得到每组的最大干密度和最佳含水量，并得到每组的质量配合比即电石渣︰粉煤灰︰赤泥∶煤矸石集料︰水的比值；

5）按照步骤4）得到的比值，将试验初混破碎料和水分别混合，然后每组分别按照（T 0843-2009）《无机结合料稳定材料试件制作方法》、（T 0845-2009）《无机结合料稳定材料养生试验方法》和（T 0805-1994）《无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法》进行试验，得到每组的7d无侧限抗压强度；

6）选取7d无侧限抗压强度≥0.8MPa的一组作为采用的设计质量配合比，简称设计配合比。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明达到了路面基层混合料拌和均匀，不存在团块状的电石渣，解决了现有技术常常出现拌和不均匀的状况，能够保证质量，路面基层早期强度和长期强度均有显著提高，为大量的推广应用创造了条件。电石渣目前绝大多数采用堆放自然脱水法，堆的内部电石渣含水量大，呈具有一定粘度的团状，堆的表面电石渣钙化，呈具有一定强度的块状，另外存放时间长的赤泥也会结块，而路面基层混合料拌合机只有拌和功能，没有破碎功能，不能把团块状的电石渣和赤泥完全拌和均匀，因此导致路面基层强度降低。在现有技术条件下，无论是配合比设计试验，或者是施工现场取混合料试验，经常出现路面基层混合料试件的强度小于0.5MPa，按照规范规定，前者表明混合料不能用于修筑路面基层，后者表明路面基层强度不合格；而本发明是先把粉煤灰、电石渣、赤泥、煤矸石和水进行混合，再用破碎机进行破碎/拌和，它不只具有破碎功能，而且拌和能力强大，在把煤矸石破碎成粒径大小不同的集料的同时，使具有一定强度的块状电石渣、有一定粘度的团状电石渣以及结块的赤泥都将被完全破碎成细粉料，使之充分与其它材料混合，保证了路面基层混合料的均匀性，进而保证了路面基层的强度，如下述实例所示，路面基层混合料试件的强度没有低于3.5MPa的。

2、本发明的路面基层能够使用大量工业废料，环保效益、经济效益和社会效益均有显著效果。

3、相对于目前现有技术涉及各种煤矸石预处理以及需要事先配合集料等过程，本发明简化了路面基层施工工艺，使工艺配套机械设备简单，提高效率，降低成本，施工技术容易掌握，方便推广应用。

附图说明

图1为本发明路面基层的施工工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

实施例1

本发明的电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层，包含以下重量份材料：电石渣5-15份，粉煤灰5-15份，赤泥5-15份，煤矸石60-70份，水7-14份。

上述路面基层的施工工艺，如图1所示，具体方法如下：

一、施工前，进行质量配合比设计，具体为：

1）选定三组质量配合比，即三组电石渣∶粉煤灰∶赤泥∶煤矸石的比值。本实施例，第一组质量配合比：电石渣∶粉煤灰∶赤泥∶煤矸石=10∶10∶10∶70；第二组质量配合比：电石渣∶粉煤灰∶赤泥∶煤矸石=12∶15∶5∶68；第三组质量配合比：电石渣∶粉煤灰∶赤泥∶煤矸石=15∶10∶10∶65。

2）取干燥的材料，把每组干燥的材料按其质量配合比进行混合，混合成电石渣、粉煤灰、赤泥和煤矸石混合料，此料简称为试验初混料。

例如，制备100kg试验初混料，则第一组需要电石渣10kg、粉煤灰10kg、赤泥10kg、煤矸石70kg；第二组需要电石渣12kg、粉煤灰15kg、赤泥5kg、煤矸石68kg；第三组需要电石渣15kg、粉煤灰10kg、赤泥10kg、煤矸石65kg。

3）把每组试验初混料分别放入破碎机进行破碎/拌和，最大粒径控制为31.5mm，制成电石渣粉煤灰赤泥煤矸石集料混合料，即试验初混料的破碎料，此料称为试验初混破碎料。在试验初混料转变为试验初混破碎料的过程中，煤矸石变成了煤矸石集料。

4）分别取步骤3）的每组试验初混破碎料，按照（T 0804-1994）《无机结合料稳定材料击实试验方法》，做击实试验，得到三组的最大干密度分别为：1.852g/cm³、1.761g/cm³和1.783g/cm³，最佳含水量分别为：10.00%、11.15%和10. 08%，由此得到三组质量的配合比即电石渣∶粉煤灰∶赤泥∶煤矸石集料∶水的比值分别约为：9.000∶9.000∶9.000∶63.000∶10.000，10.662∶13.328∶4.443∶60.418∶11.15和13.488∶8.992∶8.992∶58.448∶10.080。

以第一组为例，电石渣∶粉煤灰∶赤泥∶煤矸石集料∶水的比值计算方法为：

最佳含水量为10.00%，则100kg电石渣、粉煤灰、赤泥、煤矸石集料和水的混合料中，水重量＝100kg×10.00%＝10kg，电石渣重＋粉煤灰重＋赤泥重＋煤矸石集料重＝100kg－10kg＝90kg，电石渣∶粉煤灰∶赤泥∶煤矸石集料＝10∶10∶10∶70，则电石渣重量＝粉煤灰重量＝赤泥重量＝10÷（10＋10＋10＋70）×90kg＝9kg，煤矸石集料重量＝70÷（10＋10＋10＋70）×90kg＝63kg。

相同的方法可计算第二、三组电石渣∶粉煤灰∶赤泥∶煤矸石集料∶水的比值。

把电石渣∶粉煤灰∶赤泥∶煤矸石集料∶水的比值换算成（电石渣+粉煤灰+赤泥+煤矸石集料）∶水的比值，即试验初混破碎料∶水的比值，则三组的比值分别为90∶10，88.85∶11.15，89.92∶10.08。

5）按照步骤4）得到的试验初混破碎料∶水的比值，将三组试验初混破碎料和水分别拌合，然后每组分别按照（T 0843-2009）《无机结合料稳定材料试件制作方法（圆柱形）》、（T 0845-2009）《无机结合料稳定材料养生试验方法》和（T 0805-1994）《无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法》进行试验，得到三组的7d无侧限抗压强度分别为4.55MPa、3.50MPa和4.09MPa。

6）选取第一组作为采用的设计质量配合比，简称设计配合比，即电石渣∶粉煤灰∶赤泥∶煤矸石∶水=9.000∶9.000∶9.000∶63.000∶10.000。

7）把采用的设计质量配合比换算成施工质量配合比

经试验测得电石渣、粉煤灰和赤泥的含水量均为10%，煤矸石的含水量为3%。把设计配合比电石渣∶粉煤灰∶赤泥∶煤矸石∶水=9.000∶9.000∶9.000∶63.000∶10.000换算成施工质量配合比，其简称为施工配合比，计算结果是：电石渣∶粉煤灰∶赤泥∶煤矸石∶水=10.000∶10.000∶10.000∶64.949∶5.052。

二、施工时，具体施工工艺为：

1）按照施工配合比，用配料机把煤矸石、电石渣、粉煤灰、赤泥与水混合，此料称为施工初混料；

例如，按照电石渣∶粉煤灰∶赤泥∶煤矸石∶水=10.000∶10.000∶10.000∶64.949∶5.052的施工配合比，把10000kg电石渣、10000kg粉煤灰、10000kg赤泥、64949kg煤矸石和5052kg水配合在一起，得到100001kg施工初混料；

2）、把施工初混料加入破碎机，进行破碎/拌和，出料即为电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层混合料，简称基层混合料；在施工初混料转变为基层混合料的过程中，煤矸石变成了煤矸石集料；

破碎机采用反击破，其最大粒径通过两种措施控制，一是调整板锤与反击板之间的间隙最大为31.5mm，使99%以上出料的最大粒径为31.5mm；二是出料要过筛孔为31.5mm×31.5mm的筛子，把小于1%粒径大于31.5mm的粒料通过返料***回到反击破，重新破碎。

3）、基层混合料的运输

4）、基层混合料的摊铺

5）、基层混合料的碾压

6）、养护

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层，其特征在于，包含以下重量份材料：电石渣5-15份，粉煤灰5-15份，赤泥5-15份，煤矸石60-70份，水7-14份。

2. 根据权利要求1所述的电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层，其特征在于，所述电石渣、粉煤灰、煤矸石和水的质量符合JTG/T F20-2015公路路面基层施工技术细则的规定。

3.根据权利要求1所述的电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层，其特征在于，所述赤泥为拜尔法赤泥，其含水量最大为20wt%。

4.根据权利要求1所述的电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层，其特征在于，所述电石渣的含水量最大为20wt%。

5.一种电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层施工工艺，包括以下步骤：

步骤1、选取采用的设计质量配合比；

步骤2、将步骤1采用的设计质量配合比换算为施工质量配合比；

步骤3、将上述材料按照施工质量配合比进行混合，得到施工初混料；

步骤4、将施工初混料进行破碎/拌和，得到基层混合料；

步骤5、基层混合料的运输

按照JTG/T F20-2015公路路面基层施工技术细则的要求进行；

步骤6、基层混合料的摊铺

按照JTG/T F20-2015公路路面基层施工技术细则的要求进行；

步骤7、基层混合料的碾压

按照JTG/T F20-2015公路路面基层施工技术细则的要求进行；

步骤8、养护

按照JTG/T F20-2015公路路面基层施工技术细则的要求进行。

6.根据权利要求5所述的电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层的施工工艺，其特征在于，所述基层混合料的最大粒径为31.5mm。

7.根据权利要求5所述的电石渣粉煤灰稳定赤泥煤矸石集料路面基层的施工工艺，其特征在于，所述步骤1选取采用的设计质量配合比的步骤为：

1）确定三组不同的电石渣:粉煤灰:赤泥:煤矸石的质量配合比10-15:10-15:5-10:60-70；

2）将步骤1）的每组干燥的材料按其质量配合比进行混合，得到试验初混料；

3）把每组试验初混料分别破碎/拌和，最大粒径控制为31.5mm，得到试验初混破碎料；

4）分别取每组试验初混破碎料，按照T 0804-1994 无机结合料稳定材料击实试验方法，做击实试验，得到每组的最大干密度和最佳含水量，并得到每组的质量配合比即电石渣:粉煤灰:赤泥:煤矸石集料:水的质量比值；

5）按照步骤4）得到的每组质量比值，将试验初混破碎料和水分别混合，然后每组分别按照T 0843-2009 无机结合料稳定材料试件制作方法、T 0845-2009 无机结合料稳定材料养生试验方法和T 0805-1994 无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法进行试验，得到每组的7d无侧限抗压强度；

6）选取7d无侧限抗压强度≥0.8MPa的一组作为采用的设计质量配合比。