CN112897982A - 一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料及其制备方法，按质量百分比，包括4％～12％的电石渣，8％～17％的粉煤灰，77％～85％的干土，0.1％的聚丙烯纤维和0.004％活性激发剂。通过电石渣与粉煤灰胶结料的火山灰反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙及钙矾石等结晶体，同时，聚丙烯纤维的掺入提高了稳定土拉韧性。不仅为道路基层、底基层提供了一种填筑材料，还能够有效的解决电石渣及粉煤灰堆积存放、利用率不足及土质和环境污染等问题，将工业废渣合理的资源化二次开发，无论从社会效益、环境效益还是经济效益方面分析，都是非常有利于国家、社会和企业发展的事情，同时，还有利于自然资源的可持续开发利用。

Description

一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及岩土及道路工程技术领域，具体为一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料及其制备方法。
背景技术
在公路工程建设中尤其是基层、底基层的铺筑过程中，石灰的用量非常庞大，近年来石灰的价格不断上涨，这就在很大程度上增加了工程建设成本。同时，随着可持续发展战略的深入推进，公路工程建设也需要紧跟步伐，有必要寻找一种可替代石灰的公路环保型新型材料。
电石作为一种重要的化工原料，电石作为一种重要的化工原料，广泛用于生产聚氯乙烯、维尼纶、石灰氮、双氰胺、炭黑、溶解乙炔等产品。至 2016年底，我国电石产能达到4500万吨/年，2016年实际总产量达2730万吨。电石渣是电石水解后的残渣，是生产乙炔气、聚氯乙烯、聚乙烯醇等产品排出的废渣，其主要成分是Ca(OH)2，80％左右的颗粒粒径在10～50μm，一般呈稀糊状，流动性差。众多的生产溶解乙炔、聚乙烯醇、PVC等企业，每天产出大量的电石渣，很多企业通常采用堆存或者填埋的处理方式，这不仅增加了企业的管理支出费用，还会占用大量的土地，同时，堆存和填埋的电石渣通过渗透作用，还会使得周围的土壤和水域遭受污染，难以治理恢复，严重破坏了周边环境，给人类生存带来危害。研究开发电石渣的利用途径，以解决和消除由电石渣堆积和填埋带来的污染问题，已成为一项迫在眉睫的任务。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料及其制备方法，通过电石渣与粉煤灰的胶结作用及聚丙烯纤维的联结嵌固作用，填充了稳定土孔隙，提高了稳定土强度和韧性。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料，按质量百分比，包括 4％～12％的电石渣、8％～17％的粉煤灰、77％～85％的干土、聚丙烯纤维和活性激发剂；
所述聚丙烯纤维为电石渣、粉煤灰和干土质量和的0.05～0.15％
所述活性激发剂为电石渣、粉煤灰和干土质量和的0.003～0.005％。
优选的，所述电石渣中粒径小于0.15mm的颗粒质量占比在95％以上，电石渣中有效钙镁含量不小于55％。
优选的，所述粉煤灰等级达到国际Ⅱ级标准。
优选的，所述干土的土样塑限指数为12.3，粒径不大于2.36mm。
优选的，所述聚丙烯纤维平均长度为25mm，平均直径为45μm。
优选的，所述活性激发剂包括阴离子表面活性剂和聚羧酸盐。
一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、按质量百分比，称取电石渣、粉煤灰、干土、聚丙烯纤维及活性激发剂，先将电石渣、粉煤灰和活性激发剂充分拌和，然后加入分散的聚丙烯纤维并拌和均匀，最后将混合渣粉-纤维胶结料与干土样混合搅拌均匀，得到混合料A；
步骤2、对混合料A取样，确定混合料A样品的最佳含水率；
步骤3、给混合料A中加水，调整混合料A的含水率，使混合料A达到最佳含水率，然后搅拌均匀后在自然条件下闷料12h，得到电石渣粉煤灰稳定土材料。
优选的，步骤1中，电石渣过0.15mm筛，粉煤灰过0.075mm筛，土样颗粒过2.36mm筛，并对过筛后的电石渣、粉煤灰和土样颗粒进行烘干，然后按照质量百分比进行混合。
优选的，步骤2按照《公路工程无机结合料试验规程》(JTG E51-2009) 中的击实方法确定混合料A样品的最佳含水率。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料，通过电石渣与粉煤灰胶结料的火山灰反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙及钙矾石等结晶体，同时，聚丙烯纤维的掺入提高了稳定土拉韧性。不仅为道路基层、底基层提供了一种填筑材料，还能够有效的解决电石渣及粉煤灰堆积存放、利用率不足及土质和环境污染等问题，将工业废渣合理的资源化二次开发，无论从社会效益、环境效益还是经济效益方面分析，都是非常有利于国家、社会和企业发展的事情，同时，还有利于自然资源的可持续开发利用。
本发明配制材料选择合理，制备工艺简单，配制成品具有较好的强度和水稳定性，满足道路基层、底基层材料的铺筑要求。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料，按质量百分比包括4％～12％的电石渣、8％～17％的粉煤灰、77％～85％的干土、聚丙烯纤维和活性激发剂。
聚丙烯纤维为电石渣、粉煤灰和干土质量和的0.05～0.15％
活性激发剂为电石渣、粉煤灰和干土质量和的0.003～0.005％。
电石渣粒径小于0.15mm的颗粒质量占比在95％以上，电石渣中有效钙镁含量不小于55％。
粉煤灰等级达到国际Ⅱ级标准，粒径均小于0.075mm。
干土的土样塑限指数为13.4，粒径不大于2.36mm。
聚丙烯纤维耐酸碱性强，平均长度为25mm，平均直径为45μm。
一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、先将电石渣、粉煤灰和活性激发剂充分拌和，然后加入分散的聚丙烯纤维并拌和均匀，最后将混合渣粉-纤维胶结料与干土样混合搅拌均匀，得到混合料A；
步骤2、对混合料A取样，确定混合料A的最佳含水率；
具体的，按照《公路工程无机结合料试验规程》(JTG E51-2009)中的击实方法确定最佳含水率。
用四分法将取出的试料均分成5～6份，预定5～6个不同的含水量(依次相差0.5％～1.5％)加入试料制备试样。将试样通过击实实验测得不同含水量下的干密度，绘制含水量和干密度曲线，曲线峰值点对应的含水量和干密度即为最佳含水量和最大干密度，最佳含水量和最大干密度确定最佳含水率。
步骤3、给混合料A中加水，调整混合料A的含水率，使混合料A达到最佳含水率，然后搅拌均匀后在自然条件下闷料12h，得到电石渣粉煤灰稳定土材料。
实施例1
本实施例按以下步骤配制作为道路基层、底基层填料的电石渣粉煤灰稳定土：
步骤1、将试验用粒料分别过筛，其中，电石渣过0.15mm筛，粉煤灰过0.075mm筛，土样颗粒过2.36mm筛，并对电石渣、粉煤灰和土样颗粒进行烘干；
步骤2、按质量百分比，取电石渣8％、粉煤灰8％、干土84％、聚丙烯纤维0.1％和活性激发剂0.004％，先将电石渣、粉煤灰和活性激发剂充分拌和，然后加入分散的聚丙烯纤维并拌和均匀，最后将混合渣粉-纤维胶结料与干土混合搅拌均匀，得到混合料A；
步骤3、对混合料A取样，按照《公路工程无机结合料试验规程》 (JTG E50)中的击实方法确定混合料A样品的最佳含水率为13.0％；
步骤4、根据最佳含水率，调整混合料A的含水率为最佳含水率，然后搅拌均匀并在自然条件下闷料12h，得到产品B，即为用作道路基层、底基层填料的电石渣粉煤灰稳定土。
通过上述步骤所得电石渣粉煤灰稳定土材料，在压实度97％条件下，测得所成型试件的7d无侧限抗压强度(6d标准养生，1d浸水养生)和7d 无侧限浸水抗压强度(4d标准养生，3d浸水养生)及7d劈裂强度分别为 1.40MPa、1.26MPa和0.138MPa。
实施例2
本实施例按以下步骤配制作为道路基层、底基层填料的电石渣粉煤灰稳定土：
步骤1、将试验用材分别过筛，其中，电石渣过0.15mm筛，粉煤灰过 0.075mm筛，土样颗粒过2.36mm筛，并对电石渣、粉煤灰和土样颗粒进行烘干；
步骤2、按质量百分比，取过筛后电石渣8％、粉煤灰14％、干土78％和聚丙烯纤维0.1％、活性激发剂0.004％，先将电石渣、粉煤灰和活性激发剂充分拌和，然后加入分散的聚丙烯纤维并拌和均匀，最后将混合渣粉-纤维胶结料与干土混合搅拌均匀，得到混合料A；
步骤3、对混合料A取样，按照《公路工程无机结合料试验规程》 (JTG E50)中的击实方法确定混合料A样品的最佳含水率为13.6％；
步骤3、根据最佳含水率，调整混合料A的含水率为最佳含水率，然后搅拌均匀并在自然条件下闷料12h，得到产品B，即为用作道路基层、底基层填料的电石渣粉煤灰稳定土。
通过上述步骤所得电石渣粉煤灰稳定土材料，在压实度97％条件下，测得所成型试件的7d无侧限抗压强度(6d标准养生，1d浸水养生)和7d无侧限浸水抗压强度(4d标准养生，3d浸水养生)及7d劈裂强度分别为 1.65MPa、1.48MPa和0.125MPa。
实施例3
本实施例按以下步骤配制作为道路基层、底基层填料的电石渣粉煤灰稳定土：
步骤1、将试验用材分别过筛，其中，电石渣过0.15mm筛，粉煤灰过 0.075mm筛，土样颗粒过2.36mm筛，并对电石渣、粉煤灰和土样颗粒进行烘干；
步骤2、按质量百分比，取过筛后电石渣5％、粉煤灰12％、干土83％和聚丙烯纤维0.1％、活性激发剂0.004％，先将电石渣、粉煤灰和活性激发剂充分拌和，然后加入分散的聚丙烯纤维并拌和均匀，最后将混合渣粉-纤维胶结料与干土样混合搅拌均匀，得到混合料A；
步骤3、对混合料A取样，按照《公路工程无机结合料试验规程》 (JTG E50)中的击实方法确定此配比下的最佳含水率为13.2％；
步骤4、依据最佳含水率，调整混合料A的含水率为最佳含水率，然后搅拌均匀并在自然条件下闷料12h，得到产品B，即为用作道路基层、底基层填料的电石渣粉煤灰稳定土。
通过上述步骤所得电石渣粉煤灰稳定土材料，在压实度97％条件下，测得所成型试件的7d无侧限抗压强度(6d标准养生，1d浸水养生)和7d 无侧限浸水抗压强度(4d标准养生，3d浸水养生)及7d劈裂强度分别为 1.62MPa、1.41MPa和0.122MPa。
实施例4
本实施例按以下步骤配制作为道路基层、底基层填料的电石渣粉煤灰稳定土：
步骤1、将试验用材分别过筛，其中，电石渣过0.15mm筛，粉煤灰过 0.075mm筛，土样颗粒过2.36mm筛，并对电石渣、粉煤灰和土样颗粒进行烘干；
步骤2、按质量百分比，称取过筛后电石渣6％、粉煤灰16％、干土 78％、聚丙烯纤维0.1％、活性激发剂0.004％，先将电石渣、粉煤灰和活性激发剂充分拌和，然后加入分散的聚丙烯纤维并拌和均匀，最后将混合渣粉 -纤维胶结料与干土样混合搅拌均匀，得到混合料A；
步骤3、对混合料A取样，按照《公路工程无机结合料试验规程》 (JTG E50)中的击实方法确定此配比下的最佳含水率为13.8％；
步骤4、依据最佳含水率，调整混合料A的含水率为最佳含水率，然后搅拌均匀并在自然条件下闷料12h，得到产品B，即为用作道路基层、底基层填料的电石渣粉煤灰稳定土。
通过上述步骤所得电石渣粉煤灰稳定土材料，在压实度97％条件下，测得所成型试件的7d无侧限抗压强度(6d标准养生，1d浸水养生)、7d无侧限浸水抗压强度(4d标准养生，3d浸水养生)及7d劈裂强度分别为 1.57MPa、1.46MPa和0.134MPa。
实施例5
该实施例的方法与实施1-4相同，不同之处在于步骤2中各个物料的含量，具体如下：
步骤2、按质量百分比，称取过筛后电石渣4％、粉煤灰11％、干土85％和聚丙烯纤维0.1％和活性激发剂0.004％，先将电石渣和粉煤灰充分拌和，然后加入分散的聚丙烯纤维并拌和均匀，最后将混合渣粉-纤维胶结料与干土样混合搅拌均匀，得到混合料A；
实施例6
该实施例的方法与实施1-4相同，不同之处在于步骤2中各个物料的含量，具体如下：
步骤2、按质量百分比，称取过筛后电石渣12％、粉煤灰10％、干土 78％和聚丙烯纤维0.1％和活性激发剂0.004％，先将电石渣和粉煤灰充分拌和，然后加入分散的聚丙烯纤维并拌和均匀，最后将混合渣粉-纤维胶结料与干土样混合搅拌均匀，得到混合料A。
表实施例1-4详细试验数据表
Figure BDA0002944885370000091
Figure BDA0002944885370000101
通过以上实施例的试验结果，聚丙烯纤维掺入下的电石渣-粉煤灰稳定土7d无侧限抗压强度可以满足《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20- 2015)中对石灰-粉煤灰类稳定材料用于道路基层、底基层填料时7d无侧限抗压强度规范要求，也即本发明电石渣粉煤灰稳定土填料作为道路基层、底基层填料是经济、环保、可行的。
电石渣与石灰的主要成分都是Ca(OH)2，电石渣的有效CaO、MgO含量比较高。将电石渣应用于公路工程建设中，不仅可以有效缓解电石渣存在现状，改善环境，还可以做到变废为宝，充分发挥电石渣的隐藏剩余价值。同时，道路基层施工所用石灰需要有固定的集中存放和消解场地，而且施工时还需要进行二次搬运，一定程度上大大增加了施工成本。
采用电石渣代替石灰，一方面省去了运输、存放及消解等施工环节，施工时电石渣可以随用随取，大大缩短了工期，另一方面，电石渣本身的成本就比石灰低得多，这也在一定程度上降低了材料购置成本。所以，本着就地取材，便于施工，技术可行，安全可靠，经济合理的原则，用电石渣代替石灰应用于公路工程建设中，无论从社会效益、环境效益还是经济效益方面分析，都是非常有利于国家、社会和企业发展的事情，同时，还有利于自然资源的可持续开发利用，符合我国循环经济和绿色环保的要求。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料，其特征在于，按质量百分比，包括4％～12％的电石渣、8％～17％的粉煤灰、77％～85％的干土、聚丙烯纤维和活性激发剂；
所述聚丙烯纤维为电石渣、粉煤灰和干土质量和的0.05～0.15％
所述活性激发剂为电石渣、粉煤灰和干土质量和的0.003～0.005％。
2.根据权利要求1所述的一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料，其特征在于，所述电石渣中粒径小于0.15mm的颗粒质量占比在95％以上，电石渣中有效钙镁含量不小于55％。
3.根据权利要求1所述的一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料，其特征在于，所述粉煤灰等级达到国际Ⅱ级标准。
4.根据权利要求1所述的一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料，其特征在于，所述干土的土样塑限指数为12.3，粒径不大于2.36mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料，其特征在于，所述聚丙烯纤维平均长度为25mm，平均直径为45μm。
6.根据权利要求1所述的一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料，其特征在于，所述活性激发剂包括阴离子表面活性剂和聚羧酸盐。
7.一种权利要求1-6任一项所述的一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、按质量百分比，称取电石渣、粉煤灰、干土、聚丙烯纤维及活性激发剂，先将电石渣、粉煤灰和活性激发剂充分拌和，然后加入分散的聚丙烯纤维并拌和均匀，最后将混合渣粉-纤维胶结料与干土样混合搅拌均匀，得到混合料A；
步骤2、对混合料A取样，确定混合料A样品的最佳含水率；
步骤3、给混合料A中加水，调整混合料A的含水率，使混合料A达到最佳含水率，然后搅拌均匀后在自然条件下闷料12h，得到电石渣粉煤灰稳定土材料。
8.根据权利要求6所述的一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，电石渣过0.15mm筛，粉煤灰过0.075mm筛，土样颗粒过2.36mm筛，并对过筛后的电石渣、粉煤灰和土样颗粒进行烘干，然后按照质量百分比进行混合。
9.根据权利要求7所述的一种用于道路的电石渣粉煤灰稳定土材料的制备方法，其特征在于，步骤2按照《公路工程无机结合料试验规程》(JTG E51-2009)中的击实方法确定混合料A样品的最佳含水率。
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