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固废基胶凝剂稳定材料基层性能试验研究.pdf
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1、188固废基胶凝剂稳定材料基层性能试验研究李永伟 师莹琨(山东高速股份有限公司,山东 济南 250000)2023 年第 4 期(总第 225 期)散 装 水 泥Bulk Cement作者简介:李永伟(1981-),男,江苏徐州人,本科,高级工程师,研究方向:公路养护与管理。摘 要:文章采用由多源固体废弃物如煤矸石、赤泥、粉煤灰和活性激发剂制备的绿色胶凝材料,对比试验黏土、砂土、风化砂、碎石 4 种常用路基材料掺加不同比例固废基胶凝材料和水泥稳定材料的无侧限抗压强度。试验分析表明,黏土与砂土的胶凝材料最佳掺量为 8%10%、风化砂的胶凝材料最佳掺量为 5%7%、稳定碎石的胶凝材料最佳掺量为 5
2、.5%、固废基胶凝剂稳定碎石后期强度增长明显优于水泥稳定碎石。关键词:固废基胶凝材料;最佳掺量;路用性能中图分类号:U416.2文献标识码:B文章编号:1007-3922(2023)-04-0188-031 引言目前,我国道路工程建设面临着长距离运输成本增加、砂砾开采破坏环境等问题,因此,寻找强度高、耐久性好、环保性能好的新型路面材料成为道路工程领域亟待解决的重要课题,其中固体废物再利用是道路工程建设的重要发展方向。针对固体废物再利用问题,中国矿业大学姜振泉等人通过对煤矸石颗粒级配和压密性、压实性能试验研究发现:通过适量增加煤矸石中细小颗粒的含量,可改变煤矸石的颗粒级配性能,进而提高煤矸石的固
3、结性能;包慧明等人在基质沥青中加入赤泥作为稳定材料制备赤泥稳定沥青,分析了不同剪切速率、掺量对赤泥稳定沥青黏度的影响,并用扫描电镜等观测赤泥与沥青之间的微观状态变化;刘晶磊研究了土凝岩稳定的盐渍土在不同含盐率和养护龄期条件下的击实试验、无侧限抗压强度等试验值的变化规律。H.Zhang等人以赤泥作为填料制备多孔沥青并进行路面性能试验,认为稳定沥青具有良好的抗车辙和抗老化能力。本文通过综合利用钢渣、粉煤灰、赤泥、煤矸石等工业固废研制多源固废协同增强机理下的基层稳定材料,为该胶凝材料在公路工程建设中的推广应用及相关工程应用技术规程的编制提供数据支持和理论依据。2 原材料的选定2.1 土石材料和固废基
4、胶凝剂对于无机结合料固废基胶凝剂稳定(底)基层,土壤类型、固废基胶凝剂性质种类和施工工艺的不同都会影响稳定基层的性能。本文选用山东地区常见的黏土、砂土、风化砂和碎石 4 种典型土石材料,根据选定材料的化学成分分析,分别配置相应的固废基胶凝剂(配比不同)进行试验。使用的胶凝材料是由化学激发高硅钙铝含量的固废材料制备而成,主要成分是烧结赤泥微粉、粉煤灰、煅烧煤矸石微粉以及由硅酸钠、三萜皂苷、聚合硫酸铝、氟硅酸镁、氢氧化钠等组成的复合激发剂,特性见表 1。2.2 水泥稳定碎石材料为了对比固废基胶凝剂稳定碎石和水泥稳定碎石材料的性能差异,选取相同集料、相同级配的碎石材料进行试验。水泥选用基层常用的PC
5、32.5 型 号,细 度 1.5%、密 度 3 000kg/m2、No.4,2023Serial.No.225表 1 固废基胶凝剂性能指标类型细度/%密度/(kg/m2)比表面积/(m2/kg)标准稠度用水量/%凝结时间/min胶砂流动度/mm不同龄期的抗折强度/MPa不同龄期的抗压强度/MPa固废基胶凝剂-24.62 87068130.4初凝1981823d4.33d21.1终凝26928d10.628d57.7189比表面积 387.6m2/kg、标准稠度用水量 29%、初凝时间 260min、终凝时间 310min、3d 抗折强度3.39MPa、28d 抗 折 强 度 8.05MPa、3
6、d 抗 压 强 度11.52MPa、28d 抗压强度 49.32MPa。3 试验按照公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTGE 51-2009)规定,将黏土、砂土、风化砂、碎石4种典型材料掺加不同比例的固废基胶凝剂,根据击实试验所得的最大干密度和最优含水量制备成型标准试件,进行 7d 标准养生无侧限抗压强度测试,确定固废基胶凝剂的最佳掺量。3.1 击实试验表 2 给出了不同掺量的固废基胶凝剂、水泥稳定不同类型土体的击实试验结果。表 2 击实试验结果固化材料类型土类型固化材料掺量/%最佳含水量/%最大干密度/(g/cm3)固废基胶凝剂黏土411.91.99612.12.01811.82.041
7、012.42.051212.02.08砂土49.81.91610.01.9289.71.95109.91.951210.11.97风化砂46.92.1276.82.13106.92.15碎石64.92.35水泥碎石55.02.33由表 2 可以看出,最佳含水量随着胶凝材料掺量的增加而变化不大,最大干密度随着胶凝材料掺量的增加而略有增加,这是由于胶凝材料的密度比黏土、砂土、风化砂的密度大。对比胶凝材料稳定碎石与水泥稳定碎石的最佳含水量和最大干密度结果可知,在掺量为 6%时,两者的结果相差很小。3.2 无侧限抗压强度试验对沥青路面基层而言,无侧限抗压强度指标是体现路用性能最重要的指标之一,表明了试
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