CN110171936A - 一种烧结法赤泥改性剂、改性赤泥路基及其施工方法 - Google Patents

一种烧结法赤泥改性剂、改性赤泥路基及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种烧结法赤泥改性剂、改性赤泥路基及其施工方法，由如下重量份的原料组成：脱硫石膏153～231份，磷石膏77～154份，生石灰83～230份，水泥206～385份。其基本原理是利用无机改性材料与烧结法赤泥发生的一系列物理化学反应，降低烧结法赤泥的pH值，同时提高烧结法赤泥的无侧限抗压强度，提高其路用性能。本公开的改性剂改性的烧结法赤泥，7d、28d无侧限抗压强度较高，且pH值为9.80以下。本公开的优势是采用多种工业固体废弃物与传统无机结合料对烧结法赤泥复合改性，使烧结法赤泥既满足环保要求与路用性能要求，又能够在道路路基上大规模填筑应用。

Description

一种烧结法赤泥改性剂、改性赤泥路基及其施工方法
技术领域
本公开属于烧结法赤泥路基填筑技术领域，涉及一种烧结法赤泥改性剂、改性赤泥路基及其施工方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
烧结法赤泥是铝工业中采用烧结法生产氧化铝时产生的工业固体废弃物。我国是世界上第四大的氧化铝生产国，烧结法赤泥年排放量超过3000万吨。截至2016年，我国已有40多个注册的氧化铝企业，主要分布在山东、河南、贵州、山西等省份。烧结法赤泥具有污染性，其中含有大量碱性矿物，其浸出液pH值为12.1～12.4，接近《有色金属工业固体废物污染控制标准》(GB5058-85)。据本公开发明人所知，目前烧结法赤泥的主要处理方式是集中堆存，但日益增长的排放量导致堆场不断扩张，堆载高度不断提高。烧结法赤泥的大量堆存占用了宝贵的土地资源，同时其强碱性与扬尘对周围环境也产生了严重污染。因此，亟需一种能够大量消耗赤泥的实际可行的方法。
目前我国道路工程路基填筑面临着取土场地少、成本高的难题。为此从工业固体废弃物大规模无害化利用方面考虑，研究烧结法赤泥路用改性技术，将其用于道路路基填筑不仅能大量消耗烧结法赤泥，节约土地资源，实现工业固体废弃物的再利用，还能改善烧结法赤泥路用性能，提高道路建设质量，具有显著的经济、环境和社会效益。据本公开发明人的了解和研究发现，国内外对烧结法赤泥路用改性技术研究较多，主要集中在以下几个方面：
(1)粉煤灰与石灰改性。采用粉煤灰与石灰改性能够利用烧结法赤泥的高碱性激发粉煤灰的活性，对烧结法赤泥的强度、回弹模量、抗冻性等路用性能提升显著，但是对烧结法赤泥的环境污染处理效果不好。而且改性剂掺量大，成本较高。
(2)磷石膏改性。磷石膏改性能够利用磷石膏中的磷酸降低烧结法赤泥的碱性，但是对烧结法力学性能提升不明显，而且磷石膏本身具有强腐蚀性，实际应用困难。
(3)生物改性。通过在烧结法赤泥中掺入微生物与碳源培养液，能够降解转化烧结法赤泥中的碱性物质，烧结法赤泥的强度也略有提高，但是操作困难，难以大规模应用。
(4)新型改性剂。部分学者对烧结法赤泥进行了改性研究，环境污染控制效果良好，强度有所提高，但存在长期强度衰减问题，实际应用效果有待考证。
发明内容
目前工程中常用的烧结法赤泥改性技术主要是采用石灰、粉煤灰等无机改性材料，但是改性的烧结法赤泥难以兼顾环境污染与力学性能，而且烧结法赤泥在道路工程上应用面狭窄、利用率低、难以做到大规模应用。为了解决现有技术的不足，本公开的目的是提供一种烧结法赤泥改性剂、改性赤泥路基及其施工方法，针对烧结法赤泥环境污染、道路填筑路用性能与施工工艺，兼顾烧结法赤泥环境污染与力学性能，最大程度地降低烧结法赤泥的环境污染，同时满足烧结法赤泥的路用性能要求。本公开的优势是采用多种工业固体废弃物与传统无机结合料相结合，对烧结法赤泥进行复合改性，使烧结法赤泥在满足环境保护要求与路用性能要求下，能够在道路工程上实现大规模应用，大幅度降低筑路成本，且施工工艺简单。
为了实现上述目的，本公开的技术方案为：
一方面，一种烧结法赤泥改性剂，由脱硫石膏、磷石膏、水泥和石灰组成。
本公开以脱硫石膏、磷石膏、水泥和石灰等作为基本原料，其中脱硫石膏与磷石膏中的硫酸钙能够与烧结法赤泥中的碳酸钠反应产生碳酸钙与硫酸钠，降低CO3 2-离子浓度，从而降低烧结法赤泥的pH值，同时提高强度，如式(1)所示。水泥和石灰水化产生的部分氢氧化钙与烧结法赤泥中的游离氧化硅、氧化铝反应得到硅酸钙和铝酸钙，这些胶凝产物进一步水化形成强度，如式(2)、式(3)所示。同时式(3)中产生的xCaO·Al2O3会与脱硫石膏或磷石膏中的CaSO4反应得到钙矾石，从而进一步提高烧结法赤泥的密实度与强度，如式(4)、(5)、(6)所示。
CaSO4+Na2CO3→CaCO3+Na2SO4 (1)
xCa(OH)2+SiO2+mH2O→xCaO·SiO2·nH2O (2)
xCa(OH)2+Al2O3+mH2O→xCaO·Al2O3·nH2O (3)
3(CaO·Al2O3)+3CaSO4·2H2O+32H2O
→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+2Al(OH)3 (4)
3(CaO·2Al2O3)+3CaSO4·2H2O+47H2O
→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+5Al(OH)3 (5)
3CaO·Al2O3+3CaSO4+32H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O (6)
本公开提供的烧结法赤泥改性剂，能够有效地降低提高烧结法赤泥的pH值，同时提高烧结法赤泥的无侧限抗压强度。
本公开的实施例中的烧结法赤泥改性剂，由如下重量份的原料组成：脱硫石膏153～231份，磷石膏77～154份，生石灰83～230份，水泥206～385份。
另一方面，一种改性赤泥材料，包括烧结法赤泥和上述改性剂。
第三方面，一种改性赤泥材料的制备方法，将烧结法赤泥脱水后与上述改性剂拌合均匀，然后进行养护。
第四方面，一种上述改性赤泥材料在道路建设中的应用。
第五方面，一种改性赤泥路基，由下至上依次铺设下承层、第一防渗膜层、第一防渗膜膜保护层、改性赤泥路基层、第二防渗膜层、第二防渗膜膜保护层和路床层，改性赤泥路基层设有粘土包边，所述改性赤泥路基层采用上述改性赤泥材料。该路基能够防止改性赤泥污染环境。
第六方面，一种改性赤泥路基的施工方法，由下向依次铺设下承层、第一防渗膜层、第一防渗膜膜保护层、改性赤泥路基层与粘土包边、第二防渗膜层、第二防渗膜膜保护层和路床层，所述改性赤泥路基层与粘土包边的铺设过程为：将烧结法赤泥与粘性土按照预定宽度均匀摊铺在第一防渗膜保护层上，稳压出工作面后，撒布上述赤泥改性剂，撒布赤泥改性剂时，赤泥改性剂在粘土包边上搭接，然后采用灰土拌合机拌合均匀，压实整平。赤泥改性剂在粘土包边上搭接时，能够加强粘土包边与烧结法赤泥整体性。
本公开的有益效果为：
(1)本公开以脱硫石膏、磷石膏、水泥和石灰等作为基本原料，其中脱硫石膏与磷石膏中的硫酸钙能够与烧结法赤泥中的碳酸钠反应产生碳酸钙与硫酸钠，降低CO3 2-离子浓度，从而降低烧结法赤泥的pH值，同时提高强度。水泥和石灰水化产生的部分氢氧化钙与烧结法赤泥中的游离氧化硅、氧化铝反应得到硅酸钙和铝酸钙，这些胶凝产物进一步水化形成强度。同时产生的xCaO·Al2O3会与脱硫石膏或磷石膏中的CaSO4反应得到钙矾石，从而进一步提高烧结法赤泥的密实度与强度。本公开通过室内试验快速准确的确定出满足环境保护要求与路用性能要求的烧结法赤泥改性方案，可大规模推广应用于烧结法赤泥路基填筑，有利于解决烧结法赤泥大量堆存、占用土地资源、污染环境等问题，同时能够缓解道路工程建设取土困难的问题，节约大量宝贵土地资源，实现工业固体废弃物绿色再生利用，降低道路工程造价，提高工程质量，具有良好的经济、环保、社会效益和广阔的应用前景。本公开提供的烧结法赤泥改性剂，能够有效地降低提高烧结法赤泥的pH值，同时提高烧结法赤泥的无侧限抗压强度。本公开的改性剂组成简单、施工便利，改性效果好，实用性强、易于推广。
(2)本公开在使用过程中掺量为烧结法赤泥干土质量的10％～15％，改性烧结法赤泥的7d、28d无侧限抗压强度较高，且pH值为9.80以下(当pH在9.8以下时，不会对周围的环境造成污染)。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为实施例1、2、3制备的改性赤泥材料pH值的柱状图；
图2为实施例1、2、3制备的改性赤泥材料7d无侧限抗压强度值的柱状图；
图3为实施例1、2、3制备的改性赤泥材料28d无侧限抗压强度值的柱状图；
图4为实验例1的路基结构示意图，1、下承层，2、防渗膜层，3、防渗膜保护层，4、改性赤泥路基层，5、粘土包边，6、路床；
图5为实验例1铺设的路基的照片；
图6为实验例1铺设的路基弯沉检测图；
图7为实验例1铺设的路基回弹模量检测图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
鉴于改性的烧结法赤泥难以兼顾环境污染与力学性能的不足，为了解决如上的技术问题，本公开提出了一种烧结法赤泥改性剂、改性赤泥路基及其施工方法。
本公开的一种典型实施方式，提供了一种烧结法赤泥改性剂，由脱硫石膏、磷石膏、水泥和石灰组成。
本公开以脱硫石膏、磷石膏、水泥和石灰等作为基本原料，其中脱硫石膏与磷石膏中的硫酸钙能够与烧结法赤泥中的碳酸钠反应产生碳酸钙与硫酸钠，降低CO3 2-离子浓度，从而降低烧结法赤泥的pH值，同时提高强度，如式(1)所示。水泥和石灰水化产生的部分氢氧化钙与烧结法赤泥中的游离氧化硅、氧化铝反应得到硅酸钙和铝酸钙，这些胶凝产物进一步水化形成强度，如式(2)、式(3)所示。同时式(3)中产生的xCaO·Al2O3会与脱硫石膏或磷石膏中的CaSO4反应得到钙矾石，从而进一步提高烧结法赤泥的密实度与强度，如式(4)、(5)、(6)所示。
CaSO4+Na2CO3→CaCO3+Na2SO4 (1)
xCa(OH)2+SiO2+mH2O→xCaO·SiO2·nH2O (2)
xCa(OH)2+Al2O3+mH2O→xCaO·Al2O3·nH2O (3)
3(CaO·Al2O3)+3CaSO4·2H2O+32H2O
→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+2Al(OH)3 (4)
3(CaO·2Al2O3)+3CaSO4·2H2O+47H2O
→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+5Al(OH)3 (5)
3CaO·Al203+3CaSO4+32H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O (6)
本公开提供的烧结法赤泥改性剂，能够有效地降低提高烧结法赤泥的pH值，同时提高烧结法赤泥的无侧限抗压强度。
本公开在脱硫石膏中掺入一定量的磷石膏，以进一步提高脱碱效果。磷石膏的酸性物质进一步中和了烧结法赤泥中的碱性，降低了烧结法赤泥的pH值。
该实施方式的一种或多种实施例中，由如下重量份的原料组成：脱硫石膏153～231份，磷石膏77～154份，生石灰83～230份，水泥206～385份。
该实施方式的一种或多种实施例中，由如下重量份的原料组成：脱硫石膏192～231份，磷石膏116～154份，生石灰157～230份，水泥296～385份。该范围下，改性的效果更好。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述脱硫石膏中CaSO4·2H2O含量为90％～94％，
CaSO3含量为1％～2％，CaCO3含量为2％～4％。所述脱硫石膏为石灰-石灰石回收燃煤或油的烟气中的二氧化硫过程的工业副产品。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述磷石膏中CaSO4·2H2O含量为80％～90％，磷酸含量为0.2％～1.5％，pH值为0.3～2。所述磷石膏为磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述石灰中有效氧化钙与氧化镁含量为78％～83％，细度0.08mm通过率为85％～95％。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为42.5R。符合标准《通用硅酸盐水泥》GB175-2007。
该实施方式的一种或多种实施例中，脱硫石膏和磷石膏的细度为过4.75mm方孔筛。以增加配料拌合与试件制作均匀度，使改性剂与赤泥充分反应，提高强度与污染物处理效果。
本公开的另一种实施方式，提供了一种改性赤泥材料，包括烧结法赤泥和上述改性剂。
该实施方式的一种或多种实施例中，改性剂的添加量为干基烧结法赤泥质量的10～15％。干基烧结法赤泥是指烧结法赤泥脱水后形成的干土样品。
该实施方式的一种或多种实施例中，烧结法赤泥中液限为52％～57％，塑限为67％～73％，塑性指数为11～16，比重为2.78～2.80。
该实施方式的一种或多种实施例中，烧结法赤泥中CaO含量为36％～41％，SiO2含量为15％～19％，Fe2O3含量为8％～12％。Al2O3含量为6％～8％。
该实施方式的一种或多种实施例中，烧结法赤泥细度为过4.75mm方孔筛。
本公开的第三种实施方式，提供了一种改性赤泥材料的制备方法，将烧结法赤泥脱水后与上述改性剂拌合均匀，然后进行养护。
该实施方式的一种或多种实施例中，步骤包括：
对烧结法赤泥进行晾晒脱水；
将上述改性剂中的各组分按比例混合并拌匀；
将脱水后的烧结法赤泥与拌匀后的改性剂按比例拌合均匀；
将拌合均匀后烧结法赤泥进行养护。
本公开选用脱硫石膏、磷石膏、生石灰、水泥为烧结法赤泥的备选改性外掺剂，每种改性剂方案设计不同的配合比，按配合比方案进行改性烧结法赤泥的配制，经拌合、闷料后检测改性烧结法赤泥的物理力学指标。对比分析相同改性剂、不同配合比条件下的改性烧结法赤泥路用性能，得出某一改性剂的最佳配合比；对比分析不同改性剂、最佳配合比条件下的改性烧结法赤泥路用性能，确定最优改性方案。
本公开的第四种实施方式，提供了一种上述改性赤泥材料在道路建设中的应用。
本公开的第五种实施方式，提供了一种改性赤泥路基，由下至上依次铺设下承层、第一防渗膜层、第一防渗膜膜保护层、改性赤泥路基层、第二防渗膜层、第二防渗膜膜保护层和路床层，改性赤泥路基层设有粘土包边，所述改性赤泥路基层采用上述改性赤泥材料。该路基能够防止改性赤泥污染环境。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述下承层为处理后的天然地基或填筑的路堤，下承层横坡坡度为2％～4％，压实度不小于94％。
该实施方式的一种或多种实施例中，第一防渗膜层和第二防渗膜层均为聚乙烯一布一膜或两布一膜。
该实施方式的一种或多种实施例中，第一防渗膜膜保护层和第二防渗膜膜保护层采用粉质粘土填筑，横坡坡度为2％～4％，压实度不小于94％。
本公开的第六种实施方式，提供了一种改性赤泥路基的施工方法，由下向依次铺设下承层、第一防渗膜层、第一防渗膜膜保护层、改性赤泥路基层与粘土包边、第二防渗膜层、第二防渗膜膜保护层和路床层，所述改性赤泥路基层与粘土包边的铺设过程为：将烧结法赤泥与粘性土按照预定宽度均匀摊铺在第一防渗膜保护层上，稳压出工作面后，撒布上述赤泥改性剂，撒布赤泥改性剂时，赤泥改性剂在粘土包边上搭接，然后采用灰土拌合机拌合均匀，压实整平。赤泥改性剂在粘土包边上搭接时，能够加强粘土包边与烧结法赤泥粘结性。
该实施方式的一种或多种实施例中，步骤为：
(1)碾压下承层，将下承层夯实碾压整平；
(2)铺设第一防渗膜层，将聚乙烯一布一膜或两布一膜平整地摊铺在下承层上；
(3)铺设第一防渗膜保护层，将第一防渗膜保护层压实整平；
(4)铺设改性烧结法赤泥路基与粘土包边，将烧结法赤泥与粘性土按照预定宽度均匀摊铺在第一防渗膜保护层上，稳压出工作面后，撒布10％～16％赤泥改性剂，撒布赤泥改性剂时，赤泥改性剂在粘土包边上搭接，然后采用灰土拌合机拌合均匀，压实整平；
(5)重复步骤(4)直至达到预定填筑高度；
(6)铺设第二防渗土工膜层，将聚乙烯一布一膜或两布一膜平整地摊铺在改性赤泥路基层上；
(7)铺设第二防渗膜保护层，将第二防渗膜保护层压实整平。
该系列实施例中，步骤(1)中，下承层压实度不小于94％。
该系列实施例中，步骤(2)与步骤(6)中，防渗土工膜采用聚乙烯一布一膜或两布一膜，其密度为不小于300g/m2。
该系列实施例中，步骤(3)与步骤(7)中，防渗土工膜保护层采用粉质黏土，塑性指数为10～17，有机质含量不超过5％，含水率为16％～22％，压实度不小于94％。
该系列实施例中，步骤(4)中，赤泥为烧结法赤泥，其液限为52％～57％，塑限为67％～73％，塑性指数为11～16，其最大粒径不大于10mm，含水率为39％～45％，烧结法赤泥层压实度不小于94％。
该系列实施例中，步骤(5)中烧结法赤泥路基采用无需养护的连续施工。
该系列实施例中，步骤(3)、步骤(4)、步骤(7)中的碾压均分为初压、复压和终压，初压和终压均采用18t压路机，关闭其振动装置，静压两遍，复压为采用18t压路机，打开其振动装置，弱振两遍后再强振两遍，碾压时含水率应在最佳含水率±2％范围内。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本公开的技术方案。
实施例1：
一种烧结法赤泥路用改性剂的制备与使用方法
1、称取原料：其中包括160份脱硫石膏，80份磷石膏，100份生石灰，220份水泥。
2、将称好的原料放入干净的容器中，将其拌和均匀。
3、将备好的晾晒脱水后的烧结法赤泥土样放入盆中，加入占干土质量10％的改性剂，将其拌合均匀，分为若干组土样。
4、向3中拌合均匀的土中加入一定质量的水，使土样含水率达到其最佳含水率42.5％，依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，按照96％压实度制作50mm*50mm圆柱体试件，分别养生7d与28d。
5、依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度为0.93MPa，如图2所示；28d无侧限抗压强度为1.12MPa，如图3所示；试件pH值为9.63，如图1所示。
实施例2：
一种烧结法赤泥路用改性剂的制备与使用方法
1、称取原料：其中包括200份脱硫石膏，80份磷石膏，180份生石灰，220份水泥。
2、将称好的原料放入干净的容器中，将其拌和均匀。
3、将备好的晾晒脱水后的烧结法赤泥土样放入盆中，加入占干土质量12％的改性剂，将其拌合均匀，分为若干组土样。
4、向3中拌合均匀的土中加入一定质量的水，使土样含水率达到其最佳含水率42.5％，依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，按照96％压实度制作50mm*50mm圆柱体试件，分别养生7d与28d。
5、依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度为1.52MPa，如图2所示；28d无侧限抗压强度为1.64MPa，如图3所示；试件pH值为9.15，如图1所示。
实施例3：
一种烧结法赤泥路用改性剂的制备与使用方法
1、称取原料：其中包括160份脱硫石膏，120份磷石膏，100份生石灰，320份水泥。
2、将称好的原料放入干净的容器中，将其拌和均匀。
3、将备好的晾晒脱水后的烧结法赤泥土样放入盆中，加入占干土质量14％的改性剂，将其拌合均匀，分为若干组土样。
4、向3中拌合均匀的土中加入一定质量的水，使土样含水率达到其最佳含水率42.5％，依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，按照96％压实度制作50mm*50mm圆柱体试件，分别养生7d与28d。
5、依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度为1.76MPa，如图2所示；28d无侧限抗压强度为1.91MPa，如图3所示；试件pH值为8.73，如图1所示。
实施例4
一种烧结法赤泥路用改性剂的制备与使用方法
1、称取原料：其中包括153份脱硫石膏，77份磷石膏，230份生石灰，206份水泥。
2、将称好的原料放入干净的容器中，将其拌和均匀。
3、将备好的晾晒脱水后的烧结法赤泥土样放入盆中，加入占干土质量10％的改性剂，将其拌合均匀，分为若干组土样。
4、向3中拌合均匀的土中加入一定质量的水，使土样含水率达到其最佳含水率42.5％，依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，按照96％压实度制作50mm*50mm圆柱体试件，分别养生7d与28d。
5、依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度为1.65MPa，28d无侧限抗压强度为1.74MPa，试件pH值为9.77。
实施例5
一种烧结法赤泥路用改性剂的制备与使用方法
1、称取原料：其中包括231份脱硫石膏，154份磷石膏，83份生石灰，385份水泥。
2、将称好的原料放入干净的容器中，将其拌和均匀。
3、将备好的晾晒脱水后的烧结法赤泥土样放入盆中，加入占干土质量10％的改性剂，将其拌合均匀，分为若干组土样。
4、向3中拌合均匀的土中加入一定质量的水，使土样含水率达到其最佳含水率42.5％，依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，按照96％压实度制作50mm*50mm圆柱体试件，分别养生7d与28d。
5、依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度为1.80MPa，28d无侧限抗压强度为2.01MPa，试件pH值为8.59。
实施例6
一种烧结法赤泥路用改性剂的制备与使用方法
1、称取原料：其中包括250份脱硫石膏，80份磷石膏，100份生石灰，220份水泥。
2、将称好的原料放入干净的容器中，将其拌和均匀。
3、将备好的晾晒脱水后的烧结法赤泥土样放入盆中，加入占干土质量10％的改性剂，将其拌合均匀，分为若干组土样。
4、向3中拌合均匀的土中加入一定质量的水，使土样含水率达到其最佳含水率42.5％，依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，按照96％压实度制作50mm*50mm圆柱体试件，分别养生7d与28d。
5、依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度为0.85MPa，28d无侧限抗压强度为0.96MPa，试件pH值为8.71。
实施例7
一种烧结法赤泥路用改性剂的制备与使用方法
1、称取原料：其中包括140份脱硫石膏，120份磷石膏，100份生石灰，320份水泥。
2、将称好的原料放入干净的容器中，将其拌和均匀。
3、将备好的晾晒脱水后的烧结法赤泥土样放入盆中，加入占干土质量10％的改性剂，将其拌合均匀，分为若干组土样。
4、向3中拌合均匀的土中加入一定质量的水，使土样含水率达到其最佳含水率42.5％，依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，按照96％压实度制作50mm*50mm圆柱体试件，分别养生7d与28d。
5、依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度为1.73MPa，28d无侧限抗压强度为1.95MPa，试件pH值为9.86。
实施例8
一种烧结法赤泥路用改性剂的制备与使用方法
1、称取原料：其中包括160份脱硫石膏，65份磷石膏，100份生石灰，320份水泥。
2、将称好的原料放入干净的容器中，将其拌和均匀。
3、将备好的晾晒脱水后的烧结法赤泥土样放入盆中，加入占干土质量10％的改性剂，将其拌合均匀，分为若干组土样。
4、向3中拌合均匀的土中加入一定质量的水，使土样含水率达到其最佳含水率42.5％，依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，按照96％压实度制作50mm*50mm圆柱体试件，分别养生7d与28d。
5、依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度为1.74MPa，28d无侧限抗压强度为1.96MPa，试件pH值为9.88。
实施例9
一种烧结法赤泥路用改性剂的制备与使用方法
1、称取原料：其中包括160份脱硫石膏，165份磷石膏，100份生石灰，320份水泥。
2、将称好的原料放入干净的容器中，将其拌和均匀。
3、将备好的晾晒脱水后的烧结法赤泥土样放入盆中，加入占干土质量10％的改性剂，将其拌合均匀，分为若干组土样。
4、向3中拌合均匀的土中加入一定质量的水，使土样含水率达到其最佳含水率42.5％，依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，按照96％压实度制作50mm*50mm圆柱体试件，分别养生7d与28d。
5、依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度为0.87MPa，28d无侧限抗压强度为0.98MPa，试件pH值为8.75。
实施例10
一种烧结法赤泥路用改性剂的制备与使用方法
1、称取原料：其中包括160份脱硫石膏，120份磷石膏，75份生石灰，320份水泥。
2、将称好的原料放入干净的容器中，将其拌和均匀。
3、将备好的晾晒脱水后的烧结法赤泥土样放入盆中，加入占干土质量10％的改性剂，将其拌合均匀，分为若干组土样。
4、向3中拌合均匀的土中加入一定质量的水，使土样含水率达到其最佳含水率42.5％，依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，按照96％压实度制作50mm*50mm圆柱体试件，分别养生7d与28d。
5、依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度为1.66MPa，28d无侧限抗压强度为1.84MPa，试件pH值为9.72。
实施例11
一种烧结法赤泥路用改性剂的制备与使用方法
1、称取原料：其中包括160份脱硫石膏，120份磷石膏，235份生石灰，320份水泥。
2、将称好的原料放入干净的容器中，将其拌和均匀。
3、将备好的晾晒脱水后的烧结法赤泥土样放入盆中，加入占干土质量10％的改性剂，将其拌合均匀，分为若干组土样。
4、向3中拌合均匀的土中加入一定质量的水，使土样含水率达到其最佳含水率42.5％，依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，按照96％压实度制作50mm*50mm圆柱体试件，分别养生7d与28d。
5、依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度为1.32MPa，28d无侧限抗压强度为1.58MPa，试件pH值为9.86。
实施例12
一种烧结法赤泥路用改性剂的制备与使用方法
1、称取原料：其中包括160份脱硫石膏，120份磷石膏，100份生石灰，195份水泥。
2、将称好的原料放入干净的容器中，将其拌和均匀。
3、将备好的晾晒脱水后的烧结法赤泥土样放入盆中，加入占干土质量10％的改性剂，将其拌合均匀，分为若干组土样。
4、向3中拌合均匀的土中加入一定质量的水，使土样含水率达到其最佳含水率42.5％，依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，按照96％压实度制作50mm*50mm圆柱体试件，分别养生7d与28d。
5、依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度为0.82MPa，28d无侧限抗压强度为0.95MPa，试件pH值为8.62。
实施例13
一种烧结法赤泥路用改性剂的制备与使用方法
1、称取原料：其中包括160份脱硫石膏，120份磷石膏，100份生石灰，395份水泥。
2、将称好的原料放入干净的容器中，将其拌和均匀。
3、将备好的晾晒脱水后的烧结法赤泥土样放入盆中，加入占干土质量10％的改性剂，将其拌合均匀，分为若干组土样。
4、向3中拌合均匀的土中加入一定质量的水，使土样含水率达到其最佳含水率42.5％，依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，按照96％压实度制作50mm*50mm圆柱体试件，分别养生7d与28d。
5、依据《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)，测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度为1.89MPa，28d无侧限抗压强度为2.09MPa，试件pH值为9.93。
对比例1：
与实施例1的区别在于无脱硫石膏，原料组分及重量包括80份磷石膏，100份生石灰，220份水泥。
将本对比例制得的烧结法赤泥路用改性剂加入烧结法赤泥中，测得改性烧结法赤泥的pH值为10.23。测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度0.78MPa，28d无侧限抗压强度为0.83MPa。
对比例2：
与实施例2的区别在于无水泥，原料组分及重量其中包括200份脱硫石膏，80份磷石膏，180份生石灰。
将本对比例制得的烧结法赤泥路用改性剂加入烧结法赤泥中，测得改性烧结法赤泥的pH值为9.10，测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度0.69MPa，28d无侧限抗压强度为0.73MPa。
对比例3：
与实施例3的区别在于无脱硫石膏，原料组分及其重量其中包括120份磷石膏，100份生石灰，320份水泥。
将本对比例制得的烧结法赤泥路用改性剂加入烧结法赤泥中，测得改性烧结法赤泥的pH值为10.12，测得改性烧结法赤泥7d无侧限抗压强度1.79MPa，28d无侧限抗压强度为1.94MPa。
实验例1
采用实施例3的烧结法赤泥路用改性剂进行施工铺设烧结法赤泥路基，如图4所示，包括最底层的下承层1，所述下承层可为碾压后的铺筑的下路堤层，压实度95％，并设置3％的排水横坡。
下承层1上铺设防渗膜层2，防渗膜采用聚乙烯一布一膜，其密度为400g/m2。为防止拌合机工作时破坏防渗土工膜，防渗膜上铺筑防渗膜保护层3，保护层采用粉质黏土填筑，设置3％排水横坡，压实度95％。下层与上层防渗土工膜相同。下层防渗膜保护层与上层防渗膜保护层相同。
在防渗膜层保护层上填筑改性赤泥路基层4与粘土包边5，赤泥路基层4设置3％排水横坡，粘土包边采用粘性土铺筑，宽度为1m，设置5％排水横坡。
上层渗膜保护层铺设路床6。
施工进行前应检验相关材料是否合格，包括改性剂细度、活性，烧结法赤泥最大粒径、含水率是否达标，防渗土工膜的质量、是否破损、渗透系数等。如有材料不合格情况，需立即联系相关厂家进行更滑，必要时更换材料供应商。
施工方法的步骤如下：
步骤1：碾压整平下承层，压实度95％。
步骤2：铺设第一防渗膜层，将密度为400g/m2的聚乙烯一布一膜平整地摊铺在下承层砂土隔离层上铺设土工膜时应注意铺设平整，防止土工膜出现褶皱现象，土工膜搭接宽度80cm。
步骤3：铺设第一防渗膜保护层，将第一防渗膜保护层压实整平，压实度95％，松铺厚度为35cm；第一防渗膜保护层采用粉质黏土，塑性指数为14，有机质含量3％，含水率为20％，压实度95％。
步骤4：铺设改性烧结法赤泥路基与粘土包边，将烧结法赤泥与粘性土按照预定宽度均匀摊铺在第一防渗膜保护层上，稳压出工作面后，撒布10％赤泥重量的改性剂，为加强粘土包边与烧结法赤泥结合性，撒布改性剂时应在粘土包边上搭接30cm，采用灰土拌合机拌合均匀，压实整平；烧结法赤泥液限为55％，塑限为70％，塑性指数为14，其最大粒径不大于10mm，含水率为42％，改性烧结法赤泥路基压实度95％。
步骤5：重复步骤4直至达到预定填筑高度。
步骤6：铺设第二防渗土工膜层，将密度为400g/m2的聚乙烯一布一膜平整地摊铺在改性烧结法赤泥路基上。
步骤7：铺设第二防渗膜保护层，将第二防渗膜保护层压实整平；第二防渗膜保护层采用粉质黏土，塑性指数为14，有机质含量3％，含水率为20％，压实度95％。
步骤8：铺设路床。
步骤3，步骤4，步骤7中的碾压均分为初压、复压和终压，初压和终压均采用18t压路机，关闭其振动装置，静压两遍，复压为采用18t压路机，打开其振动装置，弱振两遍后再强振两遍，碾压时含水率应在最佳含水率±2％范围内。
铺设后的路基如图5所示，对铺设后的路基进行弯沉检测和回弹模量检测，如图6～7所示。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种烧结法赤泥改性剂，其特征是，由脱硫石膏、磷石膏、水泥和石灰组成。
2.如权利要求1所述的改性剂，其特征是，由如下重量份的原料组成：脱硫石膏150～240份，磷石膏70～160份，生石灰80～230份，水泥200～390份；
优选的，由如下重量份的原料组成：脱硫石膏153～231份，磷石膏77～154份，生石灰83～230份，水泥206～385份；
进一步优选的，由如下重量份的原料组成：脱硫石膏192～231份，磷石膏116～154份，生石灰157～230份，水泥296～385份；
或，所述脱硫石膏中CaSO4·2H2O含量为90％～94％，CaSO3含量为1％～2％，CaCO3含量为2％～4％；
或，所述磷石膏中CaSO4·2H2O含量为80％％～90％，磷酸含量为0.2％～1.5％，pH值为0.3～2；
或，所述石灰中有效氧化钙与氧化镁含量为78％～83％，细度0.08mm通过率为85～95％；
或，脱硫石膏和磷石膏的细度为过4.75mm方孔筛。
3.一种改性赤泥材料，其特征是，包括烧结法赤泥和权利要求1或2所述的改性剂。
4.如权利要求3所述的赤泥材料，其特征是，改性剂的添加量为干基烧结法赤泥质量的10～15％；
或，烧结法赤泥中液限为52％～57％，塑限为67％～73％，塑性指数为11～16，比重为2.78～2.80；
或，烧结法赤泥中CaO含量为36％～41％，SiO2含量为15％～19％，Fe2O3含量为8％～12％，Al2O3含量为6％～8％；
或，烧结法赤泥细度为过4.75mm方孔筛。
5.一种改性赤泥材料的制备方法，其特征是，将烧结法赤泥脱水后与权利要求1或2所述的改性剂拌合均匀，然后进行养护。
6.如权利要求5所述的使用方法，其特征是，步骤包括：
对烧结法赤泥进行晾晒脱水；
将上述改性剂中的各组分按比例混合并拌匀；
将脱水后的烧结法赤泥与拌匀后的改性剂按比例拌合均匀；
将拌合均匀后烧结法赤泥进行养护。
7.一种权利要求3或4所述的改性赤泥材料在道路建设中的应用。
8.一种改性赤泥路基，其特征是，由下至上依次铺设下承层、第一防渗膜层、第一防渗膜膜保护层、改性赤泥路基层、第二防渗膜层、第二防渗膜膜保护层和路床层，改性赤泥路基层设有粘土包边，所述改性赤泥路基层采用权利要求3或4所述的改性赤泥材料；
优选的，所述下承层为处理后的天然地基或填筑的路堤，下承层横坡坡度为2％～4％，压实度不小于94％；
优选的，第一防渗膜层和第二防渗膜层均为聚乙烯一布一膜或两布一膜；
优选的，第一防渗膜膜保护层和第二防渗膜膜保护层采用粉质粘土填筑，横坡坡度为2％～4％，压实度不小于94％。
9.一种改性赤泥路基的施工方法，其特征是，由下向依次铺设下承层、第一防渗膜层、第一防渗膜膜保护层、改性赤泥路基层与粘土包边、第二防渗膜层、第二防渗膜膜保护层和路床层，所述改性赤泥路基层与粘土包边的铺设过程为：将烧结法赤泥与粘性土按照预定宽度均匀摊铺在第一防渗膜保护层上，稳压出工作面后，撒布权利要求1或2所述的赤泥改性剂，撒布赤泥改性剂时，赤泥改性剂在粘土包边上搭接，然后采用灰土拌合机拌合均匀，压实整平。
10.如权利要求9所述的施工方法，其特征是，步骤为：
(1)碾压下承层，将下承层夯实碾压整平；
(2)铺设第一防渗膜层，将聚乙烯一布一膜或两布一膜平整地摊铺在下承层上；
(3)铺设第一防渗膜保护层，将第一防渗膜保护层压实整平；
(4)铺设改性烧结法赤泥路基与粘土包边，将烧结法赤泥与粘性土按照预定宽度均匀摊铺在第一防渗膜保护层上，稳压出工作面后，撒布10％～16％赤泥改性剂，撒布赤泥改性剂时，赤泥改性剂在粘土包边上搭接，然后采用灰土拌合机拌合均匀，压实整平；
(5)重复步骤(4)直至达到预定填筑高度；
(6)铺设第二防渗土工膜层，将聚乙烯一布一膜或两布一膜平整地摊铺在改性赤泥路基层上；
(7)铺设第二防渗膜保护层，将第二防渗膜保护层压实整平；
优选的，步骤(1)中，下承层压实度不小于94％；
优选的，步骤(2)与步骤(6)中，防渗土工膜采用聚乙烯一布一膜或两布一膜，其密度为不小于300g/m2；
优选的，步骤(3)与步骤(7)中，防渗土工膜保护层采用粉质黏土，塑性指数为10～17，有机质含量不超过5％，含水率为16％～22％，压实度不小于94％；
优选的，步骤(4)中，赤泥为烧结法赤泥，其液限为52％～57％，塑限为67％～73％，塑性指数为11～16，其最大粒径不大于10mm，含水率为39％～45％，烧结法赤泥层压实度不小于94％；
优选的，步骤(5)中烧结法赤泥路基采用无需养护的连续施工；
优选的，步骤(3)、步骤(4)、步骤(7)中的碾压均分为初压、复压和终压，初压和终压均采用18t压路机，关闭其振动装置，静压两遍，复压为采用18t压路机，打开其振动装置，弱振两遍后再强振两遍，碾压时含水率应在最佳含水率±2％范围内。
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