工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層及其施工方法

2023-12-09 22:50:36

工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層及其施工方法
【專利摘要】本發明公開了一種工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層及其施工方法。該結構層的重量份配比為：集料100份，水10-4份，水泥1-10份，鹼渣10-1份。施工方法由原路面處理、側模準備、拌和攤鋪、壓實、養生、質量檢驗等步驟組成，鋪築成厚度為180～220mm的工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層。經過大量室內研究試驗，結果表明,該結構層路用性能指標完全符合交通部部頒標準要求，而且具有抗衝刷能力強以及抗收縮裂縫能力突出的特點。本發明結構層能夠有效利用工業廢鹼渣，且具有路用性能良好、施工簡便、成本低等優點，節能環保，有利於經濟社會的可持續發展，可廣泛應用於機場道路、城市道路和高速公路及各等級公路的基層或底基層。
【專利說明】工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層及其施工方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層及其施工方法，屬於城市道路、機場道路和公路等的路面【技術領域】。
【背景技術】
[0002]工業廢鹼渣是氨鹼法制鹼生產過程中排放的廢棄物，其幹基主要化學成分為CaCO3> CaSO4' Ca。、Mg(OH)2' CaCl2' NaCl、酸不溶物及少量 Si02、Al2O3 和 Fe2O3 等。據統計，每生產It鹼，排放約IOm3的廢液，其中含廢渣約300~600kg (視石灰石原料的質量而定)。即生產It鹼，大約排放0.5t廢渣(以固體計)。由於我國鹼廠較多，純鹼工業在國民經濟中佔有重要地位，目前國內的鹼廠中，氨鹼法佔到了 53~67%，以年產100萬噸純鹼的山東省濰坊制鹼廠為例，每年排放的廢渣達到50噸，加上歷年的積存多達幾百萬噸，佔用了大量的土地資源。鹼渣屬於高鹼性物質(PH值9~13)，在堆放過程中其有害成分尤其是鹼成分經過風化淋濾、地表徑流後易滲入土壤，進入土壤以後能夠殺害土壤中維持土壤生態平衡的微生物，不僅導致土壤喪失腐解能力，而且破壞土壤的原有結構，使土壤發展成鹽鹼地。此外，由於鹼渣中含有大量的氯離子，氯離子隨著滲入土壤以後，會加大地下水中氯離子的濃度，對附近的植被、莊稼及地下水資源造成危害。
[0003]國外對鹼渣進行了多方面研究，有著不同方面的利用，取得了顯著的效果。烏克基輔建築工程學院首先研製成功了鹼渣混凝土，並召開了兩屆鹼渣膠結材料與混凝土國際會議，對鹼渣混凝土的優異性能和技術經濟效益給予了高度評價和肯定，目前德國、英國、美國、加拿大、芬蘭等國家也已開始生產鹼渣混凝土；波蘭將鹼渣用作土壤改良劑，鹼渣是屬於鹼性的物質，波蘭又有相當面積的酸性土壤，利用鹼渣不僅大大降低了土壤的酸性，而且提供了 Ca、Si等植物需要的成分；日本陸地缺乏，故將氨鹼廠建在海邊，利用鹼渣作為填墊材料進行填海造地。
[0004]目前國內對於工業廢鹼渣的利用主要是將其作為一種工程填築土，但鹼渣的含水率較高，主要成分是CaO、CaCO3> Ca`Cl2、Mg(OH)2, Al2O3等，直接用於填築土基，不僅面臨著壓實難度大，土基水穩定性能較差的缺點，而且其中的氯離子容易汙染土壤和地下水。聞澍旺等認為增鈣粉煤灰與鹼渣的相互混合可以填充鹼渣顆粒間的孔隙，吸收鹼渣中的水分，提高鹼渣土的幹容重和強度，其極限承載力可達到180 kPa以上，能夠滿足一般房基和路基的變形及承載力要求。
[0005]半剛性基層浙青路面能適應現代公路運輸量大、車輛大型化的需要，因此是高等級公路的主要路面類型。我國已建成通車的高速公路90%以上採用了半剛性基層結構。水泥穩定碎石因其強度高，穩定性好，拌和方便，質量易控制等優點被廣泛的用於高等級公路路面基層。將工業廢鹼渣代替部分水泥作為無機結合料，與碎石拌和，經攤鋪、碾壓可以形成具有較高力學強度和突出路用性能的工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層，廣泛應用於道路基層或底基層。該技術不僅可以大量回收利用制鹼工業的副產品，減輕環境汙染壓力，實現可持續發展；而且還能部分水泥用於道路基層、底基層鋪築，提高工程質量，降低工程造價。因此，經濟效益、社會效益及環境效益顯著，具有廣闊的應用前景。

【發明內容】

[0006]本發明所要解決的一個技術問題在於提供一種成本較低、施工簡單易行、各項性能良好的工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層及施工方法。
[0007]本發明的工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層，由下述質量份配比的原料構成:
集料100份
水10~4份
水泥1~10份
鹼渣10~1份
上述的集料是粒徑為0.075~37.5mm的石灰巖或花崗巖或玄武巖或輝綠巖；水是人畜飲用水；水泥是普通道路矽酸鹽水泥；鹼渣是制鹼廠排放的工業廢渣。
[0008]本發明的工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層，所用原料優選質量份配比為:
集料100份
水9~4份
水泥2~6份
喊禮:6~2份
本發明的工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層，所用原料最佳質量份配比為:
集料100份
水6.4份
水泥4.0份
鹼渣6.0份
本發明的工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層的施工方法如下:由下述步驟組成:
(1)下承層處理:
在工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層前，應首先對下承層進行檢查、清理；工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層作為道路底基層，將路床上的浮土、雜物全部清除，保持表面整潔，並適當灑水潤溼，路床上的車轍、鬆軟及不符規定要求的部位進行翻挖、清除；工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層作為道路基層，對底基層進行徹底清掃，清除浮土、各類雜物及散落材料，保持表面整潔；攤鋪之前對下承層表面進行溼潤處理；
(2)側模準備:
在已交驗合格的下承層上，按底基層或基層攤鋪寬度在兩側立模；
(3)拌和攤鋪:
按照工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層的重量份配比將集料、水泥、鹼渣和水利用拌和機拌和，將拌和好的混合 料運至施工現場，利用攤鋪機進行攤鋪；鋪築成厚度為180~220mm ；
(4)壓實:
用壓路機將攤鋪好的混合料壓實；
(5)養生:
用複合土工布覆蓋養生，在7天內保持結構層處於溼潤狀態；養生結束後，將覆蓋物清除乾淨；
(6)質量檢驗
按交通部發布的《公路路基路面現場測試規程》JTG E60-2008進行檢測，檢驗合格後移交使用。
[0009]本發明採用工業廢鹼渣代替部分水泥拌制混合料成型結構層，可以用作道路基層、底基層，不僅具有強度高、穩定性好以及板體性強的特點，保證了路面的使用性能和使用壽命，而且還能大量回收利用制鹼工業的副產品鹼渣，降低道路鋪築成本。工業廢鹼渣在道路工程中的應用解決了制鹼工業面臨的瓶頸問題，即廢鹼渣的處理問題，工業廢鹼渣的二次有效利用，不僅能夠解決上述問題，使制鹼工業能夠實現可持續發展，還能節約道路鋪築材料，促進公路交通建設的發展，具有顯著的經濟效益、社會效益和環境效益。
【具體實施方式】
[0010]下面結合實施例對本發明進一步詳細說明，但本發明不限於這些實施例。
[0011]實施例1
以集料的總質量為IOOkg為例，鋪築工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層所用原料及其質量配比如下:
集料100 kg
水5.7 kg
水泥2.0 kg
鹼渣2.0 kg
上述的集料是粒徑為0.075~37.5mm的石灰巖；水是人畜飲用水；水泥為標號32.5的緩凝型普通道路矽酸鹽水泥；鹼渣是制鹼廠排放的工業廢渣。
[0012]上述工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層的鋪築方法為:
(1)、下承層處理
在工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層前，應首先對下承層進行檢查、清理。若作為道路底基層，應將路床上的浮土、雜物全部清除，保持表面整潔，並適當灑水潤溼，路床上的車轍、鬆軟及不符規定要求的部位均應翻挖、清除；若作為道路基層，對底基層應進行徹底清掃，清除浮土、各類雜物及散落材料，保持表面整潔，攤鋪之前，要保證下承層表面溼潤。
[0013](2)、側模準備
為了保證壓實度、設計標高和橫坡，避免碾壓時塌肩，在已交驗合格的下承層上，應按底基層或基層攤鋪寬度在兩側立模。
[0014](3)、拌和攤鋪
按本發明工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層的重量份配比將集料、水泥、鹼渣和水利用拌和機拌和，迅速將拌和好的混合料運至施工現場，利用攤鋪機進行攤鋪。鋪築厚度為180 ~220mm。
[0015](4)、壓實
用壓路機將攤鋪好的混合料壓實。
[0016](5)、養生
用複合土工布覆蓋養生，在7天內應保持結構層處於溼潤狀態，養生結束後，應將覆蓋物清除乾淨。
[0017](6)、質量檢驗
按交通部發布的《公路路基路面現場測試規程》JTG E60-2008進行檢測，檢驗合格後移交使用。
[0018]實施例2
以集料的總質量為IOOkg為例，鋪築工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層所用原料及其質量配比如下:
集料100 kg
水5.1 kg
水泥2.0 kg
鹼渣4.0 kg
上述的集料、水、水泥、鹼渣與實施例 1相同；施工方法與實施例1相同。
[0019]實施例3
以集料的總質量為IOOkg為例，鋪築工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層所用原料及其質量配比如下:
集料100 kg
水4.9 kg
水泥2.0 kg
鹼渣6.0 kg
上述的集料、水、水泥、鹼渣與實施例1相同；施工方法與實施例1相同。
[0020]實施例4
以集料的總質量為IOOkg為例，鋪築工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層所用原料及其質量配比如下:
集料100 kg
水5.4 kg
水泥4.0 kg
鹼渣2.0 kg
上述的集料、水、水泥、鹼渣與實施例1相同；施工方法與實施例1相同。
[0021]實施例5
以集料的總質量為IOOkg為例，鋪築工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層所用原料及其質量配比如下:
集料100 kg
水5.9 kg
水泥4.0 kg
鹼渣4.0 kg
上述的集料、水、水泥、鹼渣與實施例1相同；施工方法與實施例1相同。
[0022]實施例6
以集料的總質量為IOOkg為例，鋪築工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層所用原料及其質量配比如下:集料100 kg
水6.1 kg
水泥4.0 kg
鹼渣6.0 kg
上述的集料、水、水泥、鹼渣與實施例1相同；施工方法與實施例1相同。
[0023]實施例7
以集料的總質量為IOOkg為例，鋪築工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層所用原料及其質量配比如下:
集料100 kg
水6.3 kg
水泥6.0 kg
鹼渣2.0 kg
上述的集料、水、水泥、鹼渣與實施例1相同；施工方法與實施例1相同。
[0024]實施例8
以集料的總質量為IOOkg為例，鋪築工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層所用原料及其質量配比如下:`
集料100 kg
水6.2 kg
水泥6.0 kg
鹼渣4.0 kg
上述的集料、水、水泥、鹼渣與實施例1相同；施工方法與實施例1相同。
[0025]實施例9
以集料的總質量為IOOkg為例，鋪築工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層所用原料及其質量配比如下:
集料100 kg
水6.6 kg
水泥6.0 kg
鹼渣6.0 kg
上述的集料、水、水泥、鹼渣與實施例1相同；施工方法與實施例1相同。
[0026]實施例10
以集料的總質量IOOkg為例，鋪築鹼渣水泥穩定碎石結構層所用原料及其質量份配比如下:
在以上實施例1~9中的普通集料所用的石灰巖，用等質量同粒徑的花崗巖或玄武巖或輝綠巖替換；水、鹼渣的規格與實施例1相同；實施例1~9中的水泥所用的標號32.5的緩凝型普通道路矽酸鹽水泥，用標號42.5的普通道路矽酸鹽水泥替換。
[0027]為了確定本發明最佳配比及其施工方法，發明人進行了大量的試驗室研究試驗，各種試驗情況如下:
試驗儀器:
路強儀，型號為:LD127_11，由滄州築龍儀器儀表有限公司生產；振動壓實成型機，型號為:ZY-6，由河北省虹宇儀器設備有限公司生產；MTS材料試驗機；美國生產；高低溫交變溼熱環境試驗箱，型號:GDJS-800，由北京中科環試儀器有限公司生產。
[0028]影響水泥穩定碎石結構層使用性能和使用壽命的主要包括強度、抗開裂能力以及抗衝刷性能，按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009)，分別採用本發明實施例1~9中的配比拌制工業廢鹼渣水泥穩定碎石混合料，製作試件並進行相關試驗，並與未採用工業廢鹼渣的相同水泥劑量水泥穩定碎石試件相關指標比較，具體試驗結果及國家部頒標準《公路浙青路面設計規範》(JTGD50-2006)水泥穩定碎石結構層相關指標見表1~表3。
[0029]確定工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層的最佳原料配比主要包括無側限抗壓強度、幹縮試驗及抗衝刷試驗三部分。
[0030]1、無側限抗壓強度試驗
按照實施例1~9的原料配比，以交通部部頒標準《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009)中的T0843-2009試件成型方法分別成型試件13個，養生7天，利用路強儀以《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTG E51-2009)中T0805-1994的試驗方法測定無側限抗壓強度，分析平均值，見表1。
[0031]表1無側限抗壓強度試驗結果表
【權利要求】
1.一種工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層，其特徵在於:由下述質量份配比的原料構成:集料100份水10~4份水泥1~10份鹼渣10~1份 上述的集料是粒徑為0.075~37.5mm的石灰巖或花崗巖或玄武巖或輝綠巖；水是人畜飲用水；水泥是普通道路矽酸鹽水泥；鹼渣是制鹼廠排放的工業廢渣。
2.根據權利要求1所述的工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層，其特徵在於:由下述質量份配比的原料構成:集料100份水9~4份水泥2~6份喊禮:6~2份。
3.根據權利要求1所述的工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層，其特徵在於:由下述質量份配比的原料構成:集料100份水6.1份水泥4.0份鹼渣6.0份。
4.一種如權利要求1所述的工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層的施工方法，其特徵在於:由下述步驟組成: (1)下承層處理: 在工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層前，應首先對下承層進行檢查、清理；工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層作為道路底基層，將路床上的浮土、雜物全部清除，保持表面整潔，並適當灑水潤溼，路床上的車轍、鬆軟及不符規定要求的部位進行翻挖、清除；工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層作為道路基層，對底基層進行徹底清掃，清除浮土、各類雜物及散落材料，保持表面整潔；攤鋪之前對下承層表面進行溼潤處理； (2)側模準備: 在已交驗合格的下承層上，按底基層或基層攤鋪寬度在兩側立模； (3)拌和攤鋪: 按照工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層的重量份配比將集料、水泥、鹼渣和水利用拌和機拌和，將拌和好的混合料運至施工現場，利用攤鋪機進行攤鋪； (4)壓實: 用壓路機將攤鋪好的混合料壓實； (5)養生: 用複合土工布覆蓋養生，在7天內保持結構層處於溼潤狀態；養生結束後，將覆蓋物清除乾淨； (6)質量檢驗按交通部發布的《公路路基路面現場測試規程》JTG E60-2008進行檢測，檢驗合格後移交使用。
5.根據權利要 求4所述的工業廢鹼渣水泥穩定碎石結構層的施工方法，其特徵在於:步驟(3)鋪築成厚度為180~220mm。
【文檔編號】C04B28/04GK103664107SQ201310658765
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】曾作良, 楊金堤, 吳要亮, 郭麗雲 申請人:中鐵五局（集團）有限公司, 中鐵五局集團路橋工程有限責任公司