CN113024224B - 一种电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层的施工工艺 - Google Patents

一种电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层的施工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层的施工工艺，路面基层包含以下重量份数材料：电石渣5‑15份，粉煤灰10‑20份，煤矸石集料70‑80份，水7‑14份，造纸废水10‑30份。施工工艺为：首先确定第一设计配合比；再确定第二设计配合比；计算造纸废水用量；把第二设计配合比换算成第二施工配合比；按第二施工配合比进行基层混合料拌和；然后进行基层混合料运输、摊铺、碾压；再喷洒造纸废水/水进行养护；最后清除基层表面不溶有机物。本发明能激发更多结合料的活性，加快反应速度，提高路面基层早期强度和后期强度，还能使集料表面的活性物质参与反应形成胶结物，提高路面基层的板体性和耐久性。有利于路面基层的推广应用。

Description

一种电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层的施工工艺
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，更具体地说，特别涉及一种电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层的施工工艺。
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/水，例如电石渣、粉煤灰、煤矸石和造纸废水等，如何利用工业废渣/水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）。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。造纸废水是造纸工业排放的污染物，其中含有纤维等不溶有机物，可溶物主要成分为烧碱，其浓度为3%-5%。
电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层能够消耗大量的电石渣、粉煤灰和煤矸石，是高效低耗的战略，是解决严重污染的优选。
但是，电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层的早期强度低，7d无侧限抗压强度常常不能满足规范要求，长期强度也偏低，特别是在5℃-20℃的较低气温时，强度形成速度更慢，限制了它的推广应用。目前，有在电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层混合料中添加水泥的方案，它能够提高路面基层的早期强度，但不能提高长期强度，另外，由于水泥的使用，要求混合料的拌和、运输、摊铺直至碾压合格在水泥初凝前都要完成，工程实践表明，这常常是做不到的，增加了施工难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层的施工工艺，该工艺把不经处理的造纸废水直接用于电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层的施工中，提高电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层的早期强度，使7d无侧限抗压强度满足规范要求，同时也提高长期强度，特别是在气温较低时，也能够实现上述目标。
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10-20份，煤矸石集料70-80份，水7-14份，造纸废水10-30份。
进一步，所述电石渣、粉煤灰、煤矸石集料和水的质量符合（JTJ 034-2000）《公路路面基层施工技术规范》的规定。
进一步，所述煤矸石集料的级配符合（JTG/T F20-2015）《公路路面基层施工技术细则》的规定。
进一步，所述造纸废水中造纸废水可溶物的浓度最低为3wt%。
进一步，所述电石渣的含水量最大为10wt%。
一种电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层的施工工艺，包括以下步骤：
步骤1、按照第二施工配合比，将除水以外的电石渣、粉煤灰、煤矸石集料进行混合，得到第二施工配合比初混料；
步骤2、将第二施工配合比初混料和水进行拌和，得到第二施工配合比混合料；
步骤3、将第二施工配合比混合料运输
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、将第二施工配合比混合料摊铺
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5、将第二施工配合比混合料碾压
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6、喷洒造纸废水/水进行养护；
步骤7、清除基层表面不溶有机物。
进一步，所述第二施工配合比的设计方法为：
1）、确定第一设计质量配合比
制备试验用造纸废水可溶物；选定三组电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物的质量比值；分别按上述三组材料质量比值做无机结合料稳定材料击实试验，得到三组电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物∶水的质量比值；再分别按三组电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物∶水的质量比值，做无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验，选择7d无侧限抗压强度最高且≥0.8MPa的一组质量配合比作为设计质量配合比，此配合比称为第一设计质量配合比，简称第一设计配合比；
其中，通过击实试验，得到的最大干密度和最佳含水量，分别称为第一设计配合比最大干密度和第一设计配合最佳含水量；
2）、确定第二设计质量配合比
把第一设计配合比中的造纸废水可溶物和水去掉，即按电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料的比例，做无机结合料稳定材料击实试验，得到电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶水的质量比值，此配合比称为第二设计质量配合比，简称第二设计配合比；
其中，通过击实试验，得到的最大干密度和最佳含水量，分别称为第二设计配合比最大干密度和第二设计配合最佳含水量；
3）、计算造纸废水的用量
计算依据为：工程量、第二设计配合比最大干密度、第一设计配合比和造纸废水可溶物的浓度；
4）、把第二设计配合比换算成施工质量配合比，此配合比称为第二施工质量配合比，简称第二施工配合比。
进一步，所述步骤6是按照所述第二施工配合比的设计方法中步骤3）计算的造纸废水的用量分批喷洒，每次喷洒量和间隔时间以路面基层表面不形成水流为原则；造纸废水在养护期的前4d喷洒完毕，后期采用洒水养护。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明使用的造纸废水在混合料中形成更强的碱性环境能够激发结合料的活性，加快反应速度，提高电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层的早期强度，特别是较低气温时的早期强度；同时，本发明也能够激发更多量的结合料的活性，后期强度也有显著提高，有利于电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层的推广应用。
2、本发明使用的造纸废水在混合料中形成更强的碱性环境能够激发集料的活性，使集料表面的活性物质参与反应形成胶结物，强化集料与胶结料的结合力，提高路面基层的板体性和耐久性。
3、本发明能够使用大量工业废料，环保效益、经济效益和社会效益均很显著。
4、本发明施工工艺简单，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10-20份，煤矸石集料70-80份，水7-14份，造纸废水10-30份。电石渣、粉煤灰、煤矸石集料和水的质量以及煤矸石集料的级配符合（JTJ 034-2000）《公路路面基层施工技术规范》的规定，造纸废水可溶物的浓度最低为3wt%，电石渣的含水量最大为10wt%。
上述路面基层的施工工艺，如图1所示，具体为：
第一步，施工前进行质量配合比设计，具体为：
一、确定第一设计质量配合比
1）制备试验用造纸废水可溶物
首先，过滤掉造纸废水中的纤维等不溶有机物，之后对溶液进行加热，使水分蒸发，得到造纸废水可溶物备用；
2）选定三组配合比，即三组电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物的质量比值。本实施例选定第一组质量配合比：电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物=10∶10∶79∶1；第二组质量配合比：电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物=10∶15∶73.5∶1.5；第三组质量配合比：电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物=10∶18∶70∶2.0。分别按上述三组质量配合比，取干燥的材料按照（T 0804-1994）《无机结合料稳定材料击实试验方法》，做击实试验。
例如，每组制备100kg混合料，则第一组需要电石渣10kg、粉煤灰10kg、煤矸石集料79kg和造纸废水可溶物1kg；第二组需要电石渣10kg、粉煤灰15kg、煤矸石集料73.5kg和造纸废水可溶物1.5kg；第三组需要电石渣10kg、粉煤灰18kg、煤矸石集料70kg和造纸废水可溶物2kg。
试验结果得到三组的最大干密度分别为：1.952g/cm3、1.8761g/cm3和1.79653g/cm3，最佳含水量分别为：9.50%、10.15%和11. 08%，由此得到三组的质量配合比即电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物∶水的质量比值分别约为：9.050∶9.050∶71.495∶0.905∶9.500、8.985∶13.478∶66.040∶1.348∶10.150和8.892∶16.006∶62.244∶1.778∶11.080。
以第一组为例，电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物∶水的质量比值计算方法为：
最佳含水量为9.50%，则100kg电石渣、粉煤灰、煤矸石集料、造纸废水可溶物和水的混合料中，水重量＝100kg×9.50%＝9.5kg，电石渣＋粉煤灰＋赤泥＋煤矸石集料的重量＝100kg－9.50kg＝90.5kg，电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物＝10∶10∶79∶1，则电石渣重量＝粉煤灰重量＝10÷（10＋10＋79＋1）×90.5kg＝9.05kg，煤矸石集料重量＝79÷（10＋10＋79＋1）×90.5kg＝63.35kg。
相同的方法可计算第二、三组电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物∶水的质量比值。
3）按照步骤2）得到的质量比值将三组的电石渣、粉煤灰、煤矸石集料、造纸废水可溶物、水分别拌合，然后按照（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：2.15MPa、1. 50MPa和1.09MPa。
4）选取第一组的质量比例作为第一设计质量配合比，即电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物∶水=9.050∶9.050∶71.495∶0.905∶9.500，此配合比称为第一设计质量配合比，简称为第一设计配合比，它对应的最佳含水量和最大干密度分别称为第一设计配合比最佳含水量即9.50%和第一设计配合比最大干密度即1.952g/cm3，按第一设计配合比制备的混合料称为第一设计配合比混合料。
二、确定第二设计质量配合比
把第一设计质量配合比中的造纸废水可溶物和水去掉，取干燥的材料按照电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料的质量比例即9.050∶9.050∶71.495和T 0804-1994无机结合料稳定材料击实试验方法进行试验。
例如，制备100kg电石渣、粉煤灰和煤矸石集料的混合料，则需要材料重量为：电石渣＝粉煤灰＝9.050÷（9.050＋9.050＋71.495）×100kg＝10.101kg、煤矸石集料＝71.495÷（9.050＋9.050＋71.495）×100kg＝79.798kg。
试验结果得到最佳含水量为9.45%、最大干密度为1.950g/cm3，进而通过计算得到电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶水=9.147∶9.147∶72.257∶9.450；此配合比称为第二设计质量配合比，简称第二设计配合比，此最佳含水量即9.45%称为第二设计配合比最佳含水量，此最大干密度即1.950g/cm3称为第二设计配合比最大干密度，按第二设计配合比制备的混合料称为第二设计配合比混合料。
三、计算造纸废水用量
经试验测得造纸废水可溶物的浓度为5%，路面基层厚度为20cm，则1000平方米的基层需要造纸废水量为：1000m2×0.2m×1.950t/m3×1÷99÷5%≈78.788t。
计算依据为：
一是，按第二设计配合比所做路面基层的干料质量，即上式中的1000m2×0.2m×1.950t/m3；
二是，第一设计配合比对应的一组电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物的质量比值即10∶10∶79∶1，转换为造纸废水可溶物∶（电石渣＋粉煤灰＋煤矸石集料）的质量比值，即上式中的1÷99；
三是，造纸废水可溶物的浓度，即上式中的5wt%。
四、将第二设计配合比换算成第二施工配合比
经试验测得电石渣和粉煤灰的含水量均为5%，煤矸石集料的含水量为3%。把第二设计质量配合比即电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶水=9.147∶9.147∶72.257∶9.450换算成施工配合比，计算结果是：电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶水=9.628∶9.628∶74.492∶6.252，此配合比称为第二施工配合比。
第二施工配合比中的电石渣、粉煤灰和煤矸石集料均为含水的湿料，水为外加水。
第二步，施工时，具体施工工艺为：
一、用配料机，按照第二施工配合比，把电石渣、粉煤灰和煤矸石集料配合在一起，得到第二施工配合比初混料；
例如，按照电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶水=9.628∶9.628∶74.492∶6.252的施工配合比，把9628kg电石渣、9628kg粉煤灰、74492kg煤矸石集料和6252kg水配合在一起并进行拌和，得到100000kg第二施工配合比混合料。
二、把第二施工配合比初混料和水加入搅拌机进行拌和，出料称为第二施工配合比混合料；
例如，把93748kg第二施工配合比初混料和6252kg水配合在一起并进行拌和，得到100000kg第二施工配合比混合料。
三、将第二施工配合比混合料运输
按照（JTG/T F20-2015）《公路路面基层施工技术细则》的要求进行。
四、将第二施工配合比混合料摊铺
按照（JTG/T F20-2015）《公路路面基层施工技术细则》的要求进行。
五、将第二施工配合比混合料碾压
按照（JTG/T F20-2015）《公路路面基层施工技术细则》的要求进行。其中，第二设计配合比最大干密度1.950g/cm3是压实度检测的依据。
六、喷洒造纸废水/水进行养护7d
1000m2的基层需要造纸废水重量为78.788t，用洒水车分批喷洒，每次喷洒量和间隔时间以路面基层表面不形成水流为原则，每次的喷洒量能大则大，间隔时间能短则短；造纸废水在养护期的前4d内喷洒完毕；其余养护期洒水养护，研究表明，喷洒造纸废水的作用有：一是向碾压合格的基层中添加烧碱，它不但能够提高激发活性的速度，而且能够增加被激活材料的数量，结果是路面基层的早期强度和长期强度均有显著提高；二是保湿养护；三是造纸废水的不溶有机物留在基层表面，覆盖保湿；
造纸废水的使用，之所以采取喷洒的方式，而不是拌和的方式，原因如下：一是，造纸废水中含有纤维等不溶有机物，直接用于电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层混合料的拌和，会降低路面基层强度；二是，造纸废水中烧碱含量低，直接用于电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层混合料时，含水量已经达到最佳，而烧碱的用量还不够，路面基层的早期强度和低温时强度形成的速度不能满足需要；三是，如果采取去除造纸废水中的纤维等不溶有机物，并浓缩或者提取烧碱的方法来利用造纸废水，不但难度大，而且费钱费时；
电石渣在水溶液中可溶解电离成Ca2+和OH-，并散发微量的热，这一过程提供了Ca2+和二灰中液相介质的碱性，造纸废水的应用提高了碱性，粉煤灰中含有活性SiO2、Al2O3成分，可与电石渣发生火山反应而产生胶结性物质，SiO2、Al2O3成分可以有效的与已存在的Ca2+结合成开水化硅酸钙、铝酸钙等物质，同时，造纸废水的使用，提供了强碱环境，促使集料表面的活性物质参与上述反应，形成胶结性结物，提高了联结强度。
七、清除基层表面不溶有机物
养护结束后，用吸尘清扫车清除留在基层表面的造纸废水中所含的不溶有机物。
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 (3)

1.一种电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层，其特征在于，所述路面基层由以下重量份材料组成：电石渣5-15份，粉煤灰10-20份，煤矸石集料70-80份，水7-14份，造纸废水10-30份；
所述造纸废水中造纸废水可溶物的浓度最低为3wt%；
所述电石渣的含水量最大为10wt%；
所述路面基层的施工工艺包括以下步骤：
步骤1、按照第二施工配合比，将除水以外的电石渣、粉煤灰、煤矸石集料进行混合，得到第二施工配合比初混料；
步骤2、将第二施工配合比初混料和水进行拌和，得到第二施工配合比混合料；
步骤3、将第二施工配合比混合料运输
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、将第二施工配合比混合料摊铺
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5、将第二施工配合比混合料的碾压
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6、喷洒造纸废水/水进行养护；
步骤7、清除基层表面不溶有机物；
所述第二施工配合比的设计方法为：
1）、确定第一设计质量配合比
制备试验用造纸废水可溶物；选定三组电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物的质量比值；分别按上述三组材料质量比值做无机结合料稳定材料击实试验，得到三组电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物∶水的质量比值；再分别按三组电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶造纸废水可溶物∶水的质量比值，做无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验，选择7d无侧限抗压强度最高且≥0.8MPa的一组质量配合比作为设计质量配合比，此配合比称为第一设计质量配合比，简称第一设计配合比；
其中，通过击实试验，得到的最大干密度和最佳含水量，分别称为第一设计配合比最大干密度和第一设计配合最佳含水量；
2）、确定第二设计质量配合比
把第一设计配合比中的造纸废水可溶物和水去掉，即按电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料的比例，做无机结合料稳定材料击实试验，得到电石渣∶粉煤灰∶煤矸石集料∶水的质量比值，此配合比称为第二设计质量配合比，简称第二设计配合比；
其中，通过击实试验，得到的最大干密度和最佳含水量，分别称为第二设计配合比最大干密度和第二设计配合最佳含水量；
3）、计算造纸废水的用量
计算依据为：工程量、第二设计配合比最大干密度、第一设计配合比和造纸废水可溶物的浓度；
4）、把第二设计配合比换算成施工质量配合比，此配合比称为第二施工质量配合比，简称第二施工配合比；
所述步骤6是按照所述第二施工配合比的设计方法中步骤3）计算的造纸废水的用量分批喷洒，每次喷洒量和间隔时间以路面基层表面不形成水流为原则；造纸废水在养护期的前4d喷洒完毕，后期采用洒水养护。
2. 根据权利要求1所述的电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层，其特征在于，所述电石渣、粉煤灰、煤矸石集料和水的质量符合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2所述的电石渣粉煤灰稳定煤矸石集料路面基层，其特征在于，所述煤矸石集料的级配符合JTG/T F20-2015 公路路面基层施工技术细则的规定。
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电石渣在农村公路中的应用;王庆珍等;《粉煤灰综合利用》;20081025(第05期);全文 *

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