CN113265923A - 固化煤矸石的道路基层材料及制作施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固化煤矸石的道路基层材料及制作施工方法，为解决煤矸石无法用于道路基层问题，是原料重量配比为2.5%‑5.5%岩土固化剂，8.5‑19.5%石粉和余量的0‑10mm粒径煤矸石。原料重量配比3%‑5%岩土固化剂，9‑17%石粉和余量的0‑10mm粒径煤矸石；所述原料干拌混合，加水湿拌混合控制重量比含水率5‑10%，摊铺在路床上，碾压养生成道路基层；粒径0‑10mm的煤矸石原料中粒径0‑5mm重量占比33‑71%，粒径5‑10mm重量占比为29‑67%。具有能解决煤矸石自燃、泥化，遇水性能不稳定，满足道路基层的路用性能需要，用于道路基层能实现固体废弃物大消纳量的资源化利用的优点。

Description

固化煤矸石的道路基层材料及制作施工方法
技术领域
本发明涉及一种道路基层材料，特别是涉及一种固化煤矸石的道路基层材料及制作施工方法。
背景技术
煤矸石是指在煤矿建设、煤炭开采及加工过程中排放出的废弃岩石，其主要成分是Al2O3、SiO2， 另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO等和微量稀有元素，目前煤矸石的固体废弃物资源化利用主要用于回收煤炭和黄铁矿、发电、用于建筑材料如烧结陶粒、制砖、烧结轻骨料等，产业模式较单一、规模较小，且由于技术的局限性会产生大量废液、废渣，环境、经济效益较低。煤矸石在道路工程中主要用于软土地基处理、路基填筑或低等级公路的路面基层的掺料，采用自燃后或稳定性高的煤矸石。烧失量是煤矸石含碳量高低的一个指标，一般认为烧失量越大，对稳定煤矸石负效应越大。而大部分煤矿的煤矸石烧失量大于12%，对路用性能产生不利影响，残留煤中含固定碳及挥发成分较高的煤矸石易发生自燃，软岩浸水后发生泥化以及一些化学分解等作用，会使煤矸石的结构和密度发生改变，造成压缩变形增大，同时使路面结构抗剪强度降低、承载力下降。另外，因为不同煤矿的形成原因不相同，生产煤矸石部位和方式不同，导致化学成分和特性也有明显不同，所以用作道路基层材料时诸多因素无法控制，在一定条件下可能发生基层材料破坏，无法稳定耐久，从而影响路面结构的使用性能，因此煤矸石无法大量应用于道路基层上。
本申请人申请并持有专利权的ZL201110291183.3中国发明专利普适型岩土固化剂及其制备方法，该普适型岩土固化剂包括下列原料混合成的粉状混合物：氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化硫、氧化镁、三氧化二铁，其原料还包括粘性聚合物和具有火山灰活性的材料或者经煅烧遇水具有粘性的粉料，其中：粘性聚合物占粉状混合物总重量2－8％，具有火山灰活性的材料或者经煅烧遇水具有粘性的粉料占粉状混合物总重量2－20％；原料还包括占粉状混合物总重量1-3％的复合体外加剂，所述复合体外加剂由下列重量配比的原料混合而成或者为下列重量比的原料：NaOH 0－100％和减水剂100－0％。制备方法是所述重量配比的原料投入粉体混合机内，先预混，再主混，使充分混匀。其具有固化岩土质量好、成本低、适用面宽，能固化利用各种无机固体废弃材料，变废为宝，性价比高，经济效益环境效益突出，推广应用前景广阔的优点。该普适型岩土固化剂在实际应用中也被称作岩土固化剂或者PCSB固化剂。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种能解决煤矸石自燃、泥化，遇水性能不稳定、无法满足道路基层的路用性能问题的固化煤矸石的道路基层材料，本发明还涉及该基层材料的制作施工方法。
为实现上述目的，本发明固化煤矸石的道路基层材料，其特别之处在于原料重量配比为2.5%-5.5%岩土固化剂，8.5-19.5%石粉和余量的0-10mm粒径煤矸石。是将固化剂与煤矸石、石粉、水充分搅拌混合，经混合作用、聚合作用、水化作用等综合物理化学作用，形成了膜及链二种结构的胶凝物,膜结构包裹了被固化的煤矸石颗粒，链结构拉紧了被岩土固化剂膜包裹的煤矸石颗粒，把被岩土固化剂包裹的成分复杂、不稳定、易膨胀、难处理的煤矸石颗粒粘结在一起，形成链接紧密坚固的固化层，有效地阻止煤矸石的自燃和风化的道路基层材料。用于道路基层材料，所形成的路面基层达到甚至超过国家标准《公路路面基层施工技术细则（JTG/T F20-2015）》规定的要求。所述岩土固化剂优选中国专利号为ZL201110291183.3的普适型岩土固化剂。本发明具有较好的稳定性和耐久性。通常，通过加大水泥掺量提高道路路用性能，水泥量增大伴随着水化收缩裂纹的产生，水化裂纹给公路路面带来灾难性的隐患，在渗透水的侵蚀下，将引起路面基层整体性破坏。而采用PCSB固化剂固化煤矸石颗粒，由于被固化的煤矸石颗粒表面及内部形成的坚固的固化层，使得外界的水、空气不能进入内部，其弹性模量和整体柔韧性得到提高，防水抗渗性强，稳定性好，能防止有害盐类对环境污染，较水泥稳定碎石基层抗渗性强，可达到极重特重路面等级要求。本发明解决了资源化利用有难度的未自燃煤矸石的资源化利用问题。以相关文献提出的适宜资源化利用的自燃煤矸石及不适宜资源化利用的未自燃煤矸石（无活性）为依据，利用固化剂开展未自燃煤矸石，即:“水洗矸”资源化利用，解决在线煤矸石综合利用问题，减少因自燃对环境产生的影响。本发明中岩土固化剂固化煤矸石作为道路基层材料，其中煤矸石组分不小于82%，消纳量大，实现了大宗固体废弃物资源化利用的环保、社会效益，大大减少了天然资源砂石等的开采应用。具有能解决煤矸石自燃、泥化，遇水性能不稳定，满足道路基层的路用性能需要，应用于道路基层能实现固体废弃物大消纳量的资源化利用的优点。
作为优化，煤矸石3%-5%岩土固化剂，9-17%石粉和余量的0-10mm粒径煤矸石；所述原料干拌混合，加水湿拌混合控制重量比含水率5-10%，摊铺在路床上，碾压养生成道路基层；粒径0-10mm的煤矸石原料中粒径0-5mm重量占比33-71%，粒径5-10mm重量占比为29-67%。
作为优化，加水湿拌混合后的混合料重量比含水率为7.8-10%，干密度≤2.168g/cm³，松铺系数2.40；粒径0-10mm的煤矸石中粒径重量占比为0-5mm占比60-80%，粒径5-10mm重量占比为20-40%。优选粒径0-10mm的煤矸石中粒径0-5mm重量占比70%左右，粒径5-10mm重量占比为30%左右。路床的要求：表面平整无松散，压实度达96，表面弯沉≤198，摊铺前适当洒水湿润。加水前先干拌1.5min，加水后湿拌2.5min；搅拌前含水率大于搅拌后混合料含水率1.5-2.0%。较水泥稳定碎石中材料级配多，分粗集料细集料，配比有明确要求而言，本发明仅需0-10mm以下的粉碎煤矸石，0-5mm占比70%左右，5-10mm为30%左右，水洗煤矸石粉碎后达到要求粒径，将煤矸石颗粒、石粉、固化剂充分搅拌后，加水搅拌，铺路、碾压，养护等，施工工艺简单，易推广。加水湿拌混合后的混合料重量比含水率最优选为7.6-7.8%。
作为优化，所述道路基层由自下至上的底基层和基层组成，并且底基层的石粉用量大于基层的石粉用量、基层的岩土固化剂用量大于底基层的岩土固化剂用量；摊铺要求：机械摊铺，按松铺系数牵基准线，保证摊铺厚度。所述底基层各组分的质量百分比为：岩土或 PCSB固化剂3.5%、煤矸石82%（其粒径为0-10mm）、石粉14.5%；所述基层各组分的质量百分比为：PCSB固化剂4.5%、煤矸石82%（其粒径为0-10mm）、石粉13.5%。
作为优化，0-10mm粒径煤矸石重量配比78-86%；碾压要求：机械碾压，先静压后振压，250KN压路机单向弱振5遍，然后用钢轮压路机收光；从拌合开始到碾压结束，要求在5h内完成施工全过程；所述养生为覆盖养生。
作为优化，0-10mm粒径煤矸石重量配比≥82%，固化剂重量配比为3-5%；覆盖养生是：碾压结束后用塑料薄膜密封，不漏缝，再在上面用养生毯覆盖保湿养生7d，养生期间禁止车辆通行。
本发明经过室内试验和中试道路试验得到验证。经过25批次的室内判断试验和正交试验，正交试验7d极差结果分析表明：影响强度的主要因素为岩土固化剂的掺量，次主要因素为固化剂剂型，非主要因素为煤矸石的级配。即：在剂型优化基本到位的条件下，岩土或 PCSB固化剂的掺量对强度的影响较大。室内试验结果表明：固化剂掺量在3%-4%，7d浸水强度为6.9-9.9MPa，实际工程中，国家高等级公路的特重、极重交通标准路面基层7d浸水设计强度大于5Mpa，底基层7d浸水设计强度大于3Mpa。本发明数据来源于中试重型击实试验，获取最佳含水率为7.6-7.8%，最大干密度2.168g/cm³,与室内试验数据基本相符。本发明中，较稳定碎石的碾压成型时间的4小时，提高到5小时以上，强度损失5%，为施工组织带来了便利。本发明由中试中获得底基层的检测弯沉值为74.7，远小于水稳高速公路路面底基层弯沉值100.7。说明煤矸石路面基层整体强度较水稳路面基层整体强度好。在技术性能和成本上远远优于水泥稳定碎石，具有很大的经济技术推广价值；经测算，与水泥稳定碎石比较，可以节省投资大于15%；本发明所用材料易于获得，利于推广，尤其在内蒙、山西、河南、新疆等煤炭生产地区，煤矸石堆积安全威胁，变废为宝，具有显著的社会、环保和经济效益。
本发明所述固化煤矸石的道路基层材料的制作施工方法是是将道路基层材料：重量配比为2.5%-5.5%岩土固化剂，8.5-19.5%石粉和余量的0-10mm粒径煤矸石的原料与适量的水充分搅拌后，加水搅拌混合控制重量比含水率5-10%，摊铺在路床上、碾压养生成道路基层。道路基层是将道路基层材料：岩土固化剂与煤矸石、石粉、水充分搅拌混合，经混合作用、聚合作用、水化作用等综合物理化学作用，形成了膜及链二种结构的胶凝物,膜结构包裹了被固化的煤矸石颗粒，链结构拉紧了被岩土固化剂膜包裹的煤矸石颗粒，把被岩土固化剂包裹的成分复杂、不稳定、易膨胀、难处理的煤矸石颗粒粘结在一起，形成链接紧密坚固的固化层，有效地阻止煤矸石的自燃和风化。所述岩土固化剂优选中国专利号为ZL201110291183.3的普适型岩土固化剂。本发明具有较好的稳定性和耐久性。通常，通过加大水泥掺量提高道路路用性能，水泥量增大伴随着水化收缩裂纹的产生，水化裂纹给公路路面带来灾难性的隐患，在渗透水的侵蚀下，将引起路面基层整体性破坏。而采用PCSB固化剂固化煤矸石颗粒，由于被固化的煤矸石颗粒表面及内部形成的坚固的固化层，使得外界的水、空气不能进入内部，其弹性模量和整体柔韧性得到提高，防水抗渗性强，稳定性好，能防止有害盐类对环境污染，较水泥稳定碎石基层抗渗性强，可达到极重特重路面等级要求。本发明解决了资源化利用有难度的未自燃煤矸石的资源化利用问题。以相关文献提出的适宜资源化利用的自燃煤矸石及不适宜资源化利用的未自燃煤矸石（无活性）为依据，利用固化剂开展未自燃煤矸石，即:“水洗矸”资源化利用，解决在线煤矸石综合利用问题，减少因自燃对环境产生的影响。本发明中岩土固化剂固化煤矸石作为道路基层材料，其中煤矸石组分不小于82%，消纳量大，实现了大宗固体废弃物资源化利用的环保、社会效益，大大减少了天然资源砂石等的开采应用。具有能解决煤矸石自燃、泥化，遇水性能不稳定，满足道路基层的路用性能需要，应用于道路基层能实现固体废弃物大消纳量的资源化利用的优点。
作为优化，原料重量配比为3%-5%岩土固化剂，9-17%石粉和余量的0-10mm粒径煤矸石；粒径0-10mm的煤矸石原料中粒径0-5mm重量占比33-71%，粒径5-10mm重量占比为29-67%；路床的要求：表面平整无松散，压实度达96，表面弯沉≤198，摊铺前适当洒水湿润。
作为优化，加水湿拌混合后的混合料重量比含水率为7.6-10%，干密度≤2.168g/cm³，松铺系数2.40；粒径0-10mm的煤矸石中粒径重量占比为0-5mm占比60-80%，粒径5-10mm重量占比为20-40%。优选粒径0-10mm的煤矸石中粒径重量占比为0-5mm占比70%左右，粒径5-10mm重量占比为30%左右。加水前先干拌1.5min，加水后湿拌2.5min；搅拌前含水率大于搅拌后混合料含水率1.5-2.0%。较水泥稳定碎石中材料级配多，分粗集料细集料，配比有明确要求而言，本发明仅需0-10mm以下的粉碎煤矸石，0-5mm占比70%左右，5-10mm为30%左右，水洗煤矸石粉碎后达到要求粒径，将煤矸石颗粒、石粉、固化剂充分搅拌后，加水搅拌，铺路、碾压，养护等，施工工艺简单，易推广。加水湿拌混合后的混合料重量比含水率最优选为7.6-7.8%。
作为优化，0-10mm粒径煤矸石重量配比78-86%；所述道路基层由自下至上的底基层和基层组成，并且底基层的石粉用量大于基层的石粉用量、基层的岩土固化剂用量大于底基层的岩土固化剂用量；摊铺要求：机械摊铺，按松铺系数牵基准线，保证摊铺厚度。碾压要求：机械碾压，先静压后振压，250kN压路机单向弱振5遍，然后用钢轮压路机收光；从拌合开始到碾压结束，要求在5h内完成施工全过程。所述养生为覆盖保湿养生。所述底基层各组分的质量百分比为：岩土或 PCSB固化剂3.5%、煤矸石82%（其粒径为0-10mm）、石粉14.5%；所述基层各组分的质量百分比为：PCSB固化剂4.5%、煤矸石82%（其粒径为0-10mm）、石粉13.5%。
0-10mm粒径煤矸石重量配比≥82%，固化剂重量配比3-5%。所述道路基层由自下至上的底基层和基层组成，并且底基层的石粉用量大于基层的石粉用量、基层的岩土固化剂用量大于底基层的岩土固化剂用量；摊铺要求：机械摊铺，按松铺系数牵基准线，保证摊铺厚度。覆盖养生是碾压结束后用塑料薄膜密封，不漏缝，再在上面用养生毯覆盖保湿养生7d，养生期间禁止车辆通行。
总之，本发明制作施工方法的依次步骤是：1.材料、人员、施工器具的施工准备；2.煤矸石、石粉和固化剂的混合料干拌合；3.混合料湿拌合；4.混合料灰剂量； 5.运料到现场；6.混合料留样成型试件检测强度；7.摊铺；8.碾压；9压实度和含水率检测； 10. 覆盖保湿养生7天；11.钻芯、弯沉检测；12.竣工验收。
本发明经过室内试验和中试道路试验得到验证。经过25批次的室内判断试验和正交试验，正交试验7d极差结果分析表明：影响强度的主要因素为岩土固化剂的掺量，次主要因素为固化剂剂型，非主要因素为煤矸石的级配。即：在剂型优化基本到位的条件下，PCSB固化剂的掺量对强度的影响较大。室内试验结果表明：固化剂掺量在3%-4%，7d浸水强度为6.9-9.9MPa，实际工程中，国家高等级公路的特重、极重交通标准路面基层7d浸水设计强度大于5Mpa，底基层7d浸水设计强度大于3Mpa。本发明数据来源于中试重型击实试验，获取最佳含水率为7.6%-7.8%，最大干密度2.168g/cm³,与室内试验数据基本相符。本发明中，较稳定碎石的碾压成型时间的4小时，提高到5小时以上，强度损失5%，为施工组织带来了便利。本发明由中试中获得底基层的检测弯沉值为74.7，远小于水稳高速公路路面底基层弯沉值100.7。说明煤矸石路面基层整体强度较水稳路面基层整体强度好。在技术性能和成本上远远优于水泥稳定碎石，具有很大的经济技术推广价值；经测算，与水泥稳定碎石比较，可以节省投资大于15%；本发明所用材料易于获得，利于推广，尤其在内蒙、山西、河南、新疆等煤炭生产地区，煤矸石堆积安全威胁，变废为宝，具有显著的社会、环保和经济效益。
采用上述技术方案后，本发明固化煤矸石的道路基层材料及制作施工方法具有能解决煤矸石自燃、泥化，遇水性能不稳定，满足道路基层的路用性能需要，应用于道路基层能实现固体废弃物大消纳量的资源化利用的优点。
附图说明
图1为本发明固化煤矸石的道路基层材料及制作施工方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
如图所示，本发明固化煤矸石的道路基层材料的原料重量配比为2.5%-5.5%岩土固化剂，8.5-19.5%石粉和余量的0-10mm粒径煤矸石。是将固化剂与煤矸石、石粉、水充分搅拌混合，经混合作用、聚合作用、水化作用等综合物理化学作用，形成了膜及链二种结构的胶凝物,膜结构包裹了被固化的煤矸石颗粒，链结构拉紧了被固化剂膜包裹的煤矸石颗粒，把被岩土固化剂包裹的成分复杂、不稳定、易膨胀、难处理的煤矸石颗粒粘结在一起，形成链接紧密坚固的固化层，有效地阻止煤矸石的自燃和风化的道路基层材料。用于道路基层材料，所形成的路面基层达到甚至超过国家标准《公路路面基层施工技术细则（JTG/T F20-2015）》规定的要求。所述岩土固化剂优选中国专利号为ZL201110291183.3的普适型岩土固化剂。本发明具有较好的稳定性和耐久性。通常，通过加大水泥掺量提高道路路用性能，水泥量增大伴随着水化收缩裂纹的产生，水化裂纹给公路路面带来灾难性的隐患，在渗透水的侵蚀下，将引起路面基层整体性破坏。而采用岩土固化剂固化煤矸石颗粒，由于被固化的煤矸石颗粒表面及内部形成的坚固的固化层，使得外界的水、空气不能进入内部，其弹性模量和整体柔韧性得到提高，防水抗渗性强，稳定性好，能防止有害盐类对环境污染，较水泥稳定碎石基层抗渗性强，可达到极重特重路面等级要求。本发明解决了资源化利用有难度的未自燃煤矸石的资源化利用问题。以相关文献提出的适宜资源化利用的自燃煤矸石及不适宜资源化利用的未自燃煤矸石（无活性）为依据，利用固化剂开展未自燃煤矸石，即:“水洗矸”资源化利用，解决在线煤矸石综合利用问题，减少因自燃对环境产生的影响。本发明中岩土固化剂固化煤矸石作为道路基层材料，其中煤矸石组分不小于82%，消纳量大，实现了大宗固体废弃物资源化利用的环保、社会效益，大大减少了天然资源砂石等的开采应用。具有能解决煤矸石自燃、泥化，遇水性能不稳定，满足道路基层的路用性能需要，应用于道路基层能实现固体废弃物大消纳量的资源化利用的优点。
原料重量配比为3%-5%岩土固化剂，9-17%石粉和余量的0-10mm粒径煤矸石；所述原料矸拌混合，加水湿拌混合控制重量比含水率5-10%，摊铺在路床上，碾压养生成道路基层；粒径0-10mm的煤矸石原料中粒径0-5mm重量占比33-71%，粒径5-10mm重量占比为29-67%。
加水湿拌混合后的混合料重量比含水率为7.6-10%，干密度≤2.168g/cm³，松铺系数2.40；粒径0-10mm的煤矸石中粒径重量占比为0-5mm占比60-80%，粒径5-10mm重量占比为20-40%。优选粒径0-10mm的煤矸石中粒径0-5mm重量占比70%左右，粒径5-10mm重量占比为30%左右。路床的要求：表面平整无松散，压实度达96，表面弯沉≤198，摊铺前适当洒水湿润。加水前先干拌1.5min，加水后湿拌2.5min；搅拌前含水率大于搅拌后混合料含水率1.5-2.0%。较水泥稳定碎石中材料级配多，分粗集料细集料，配比有明确要求而言，本发明仅需0-10mm以下的粉碎煤矸石，0-5mm占比70%左右，5-10mm为30%左右，水洗煤矸石粉碎后达到要求粒径，将煤矸石颗粒、石粉、固化剂充分搅拌后，加水搅拌，铺路、碾压，养护等，施工工艺简单，易推广。加水湿拌混合后的混合料重量比含水率最优选为7.6-7.8%。
所述道路基层由自下至上的底基层和基层组成，并且底基层的石粉用量大于基层的石粉用量、基层的岩土固化剂用量大于底基层的岩土固化剂用量；摊铺要求：机械摊铺，按松铺系数牵基准线，保证摊铺厚度。所述底基层各组分的质量百分比为：岩土或 PCSB固化剂3.5%、煤矸石82%（其粒径为0-10mm）、石粉14.5%；所述基层各组分的质量百分比为：PCSB固化剂4.5%、煤矸石82%（其粒径为0-10mm）、石粉13.5%。
0-10mm粒径煤矸石重量配比78-86%；碾压要求：机械碾压，先静压后振压，250kN压路机单向弱振5遍，然后用钢轮压路机收光；从拌合开始到碾压结束，要求在5h内完成施工全过程。所述养生为覆盖养生。
0-10mm粒径煤矸石重量配比≥82%，固化剂重量配比为3%-5%；覆盖养生是碾压结束后用塑料薄膜密封，不漏缝，再在上面用养生毯覆盖保湿养生7d，养生期间禁止车辆通行。
本发明经过室内试验和中试道路试验得到验证。经过25批次的室内判断试验和正交试验，正交试验7d极差结果分析表明：影响强度的主要因素为岩土固化剂的掺量，次主要因素为固化剂剂型，非主要因素为煤矸石的级配。即：在剂型优化基本到位的条件下，岩土固化剂的掺量对强度的影响较大。室内试验结果表明：固化剂掺量在3%-4%，7d浸水强度为6.9-9.9MPa，实际工程中，国家高等级公路的特重、极重交通标准路面基层7d浸水设计强度大于5Mpa，底基层7d浸水设计强度大于3Mpa。本发明数据来源于中试重型击实试验，获取最佳含水率为7.6-7.8%，最大干密度2.168g/cm³,与室内试验数据基本相符。本发明中，较稳定碎石的碾压成型时间的4小时，提高到5小时以上，强度损失5%，为施工组织带来了便利。本发明由中试中获得底基层的检测弯沉值为74.7，远小于水稳高速公路路面底基层弯沉值100.7。说明煤矸石路面基层整体强度较水稳路面基层整体强度好。在技术性能和成本上远远优于水泥稳定碎石，具有很大的经济技术推广价值；经测算，与水泥稳定碎石比较，可以节省投资大于15%；本发明所用材料易于获得，利于推广，尤其在内蒙、山西、河南、新疆等煤炭生产地区，煤矸石堆积安全威胁，变废为宝，具有显著的社会、环保和经济效益。
如图所示，本发明所述固化煤矸石的道路基层材料的制作施工方法是将道路基层材料：重量配比为2.5%-5.5%岩土固化剂，8.5-19.5%石粉和余量的0-10mm粒径煤矸石的原料与适量的水充分搅拌后，加水搅拌混合控制重量比含水率5-10%，摊铺在路床上、碾压养生成道路基层。道路基层是将道路基层材料：岩土固化剂与煤矸石、石粉、水充分搅拌混合，经混合作用、聚合作用、水化作用等综合物理化学作用，形成了膜及链二种结构的胶凝物,膜结构包裹了被固化的煤矸石颗粒，链结构拉紧了被岩土固化剂膜包裹的煤矸石颗粒，把被岩土固化剂包裹的成分复杂、不稳定、易膨胀、难处理的煤矸石颗粒粘结在一起，形成链接紧密坚固的固化层，有效地阻止煤矸石的自燃和风化。所述岩土固化剂优选中国专利号为ZL201110291183.3的普适型岩土固化剂。本发明具有较好的稳定性和耐久性。通常，通过加大水泥掺量提高道路路用性能，水泥量增大伴随着水化收缩裂纹的产生，水化裂纹给公路路面带来灾难性的隐患，在渗透水的侵蚀下，将引起路面基层整体性破坏。而采用岩土或PCSB固化剂固化煤矸石颗粒，由于被固化的煤矸石颗粒表面及内部形成的坚固的固化层，使得外界的水、空气不能进入内部，其弹性模量和整体柔韧性得到提高，防水抗渗性强，稳定性好，能防止有害盐类对环境污染，较水泥稳定碎石基层抗渗性强，可达到极重特重路面等级要求。本发明解决了资源化利用有难度的未自燃煤矸石的资源化利用问题。以相关文献提出的适宜资源化利用的自燃煤矸石及不适宜资源化利用的未自燃煤矸石（无活性）为依据，利用固化剂开展未自燃煤矸石，即:“水洗矸”资源化利用，解决在线煤矸石综合利用问题，减少因自燃对环境产生的影响。本发明中岩土固化剂固化煤矸石作为道路基层材料，其中煤矸石组分不小于82%，消纳量大，实现了大宗固体废弃物资源化利用的环保、社会效益，大大减少了天然资源砂石等的开采应用。具有能解决煤矸石自燃、泥化，遇水性能不稳定，满足道路基层的路用性能需要，应用于道路基层能实现固体废弃物大消纳量的资源化利用的优点。
原料重量配比为3%-5%岩土固化剂，9-17%石粉和余量的0-10mm粒径煤矸石；粒径0-10mm的煤矸石原料中粒径0-5mm重量占比33-71%，粒径5-10mm重量占比为29-67%；路床的要求：表面平整无松散，压实度达96，表面弯沉≤198，摊铺前适当洒水湿润。
加水湿拌混合后的混合料重量比含水率为7.6-10%，干密度≤2.168g/cm³，松铺系数2.40；粒径0-10mm的煤矸石中粒径重量占比为0-5mm占比60-80%，粒径5-10mm重量占比为20-40%。优选粒径0-10mm的煤矸石中粒径重量占比为0-5mm占比70%左右，粒径5-10mm重量占比为30%左右。加水前先干拌1.5min，加水后湿拌2.5min；搅拌前含水率大于搅拌后混合料含水率1.5-2.0%。较水泥稳定碎石中材料级配多，分粗集料细集料，配比有明确要求而言，本发明仅需0-10mm以下的粉碎煤矸石，0-5mm占比70%左右，5-10mm为30%左右，水洗煤矸石粉碎后达到要求粒径，将煤矸石颗粒、石粉、固化剂充分搅拌后，加水搅拌，铺路、碾压，养护等，施工工艺简单，易推广。加水湿拌混合后的混合料重量比含水率最优选为7.6-7.8%。
0-10mm粒径煤矸石重量配比78-86%；所述道路基层由自下至上的底基层和基层组成，并且底基层的石粉用量大于基层的石粉用量、基层的岩土固化剂用量大于底基层的岩土固化剂用量；摊铺要求：机械摊铺，按松铺系数牵基准线，保证摊铺厚度。碾压要求：机械碾压，先静压后振压，250KN压路机单向弱振5遍，然后用钢轮压路机收光；从拌合开始到碾压结束，要求在5h内完成施工全过程。养生是覆盖养生。所述底基层各组分的质量百分比为： PCSB固化剂3.5%、煤矸石82%（其粒径为0-10mm）、石粉14.5%；所述基层各组分的质量百分比为：岩土或 PCSB固化剂4.5%、煤矸石82%（其粒径为0-10mm）、石粉13.5%。
0-10mm粒径煤矸石重量配比≥82%，固化剂重量配比3%-5%。所述道路基层由自下至上的底基层和基层组成，并且底基层的石粉用量大于基层的石粉用量、基层的岩土固化剂用量大于底基层的岩土固化剂用量；摊铺要求：机械摊铺，按松铺系数牵基准线，保证摊铺厚度。覆盖养生是碾压结束后用塑料薄膜密封，不漏缝，再在上面用养生毯覆盖保湿养生7d，养生期间禁止车辆通行。
总之，如图1所示，本发明制作施工方法更具体的依次步骤是：1.材料、人员、施工器具的施工准备；2. 煤矸石、石粉和固化剂的混合料干拌合；3.混合料湿拌合；4.混合料灰剂量； 5.运料到现场；6.混合料留样成型试件检测强度；7.摊铺；8.碾压；9压实度和含水率检测； 10. 覆盖保湿养生7天；11.钻芯、弯沉检测；12.竣工验收。
本发明经过室内试验和中试道路试验得到验证。经过25批次的室内判断试验和正交试验，正交试验7d极差结果分析表明：影响强度的主要因素为岩土固化剂的掺量，次主要因素为固化剂剂型，非主要因素为煤矸石的级配。即：在剂型优化基本到位的条件下，岩土或 PCSB固化剂的掺量对强度的影响较大。室内试验结果表明：固化剂掺量在3%-4%，7d浸水强度为6.9-9.9MPa，实际工程中，国家高等级公路的特重、极重交通标准路面基层7d浸水设计强度大于5Mpa，底基层7d浸水设计强度大于3Mpa。本发明数据来源于中试重型击实试验，获取最佳含水率为7.6%-7.8%，最大干密度2.168g/cm³,与室内试验数据基本相符。本发明中，较稳定碎石的碾压成型时间的4小时，提高到5小时以上，强度损失5%，为施工组织带来了便利。本发明由中试中获得底基层的检测弯沉值为74.7，远小于水稳高速公路路面底基层弯沉值100.7。说明煤矸石路面基层整体强度较水稳路面基层整体强度好。在技术性能和成本上远远优于水泥稳定碎石，具有很大的经济技术推广价值；经测算，与水泥稳定碎石比较，可以节省投资大于15%；本发明所用材料易于获得，利于推广，尤其在内蒙、山西、河南、新疆等煤炭生产地区，煤矸石堆积安全威胁，变废为宝，具有显著的社会、环保和经济效益。
下面结合实例做进一步说明：岩土或 PCSB固化剂固化煤矸石作为筑路代替水泥稳定碎石材料的施工步骤：（一）中试实施方案：1、路床要求：表面平整无松散，压实度达96，表面弯沉≤198，摊铺前适当洒水湿润。2、试验路段结构配比，底基层：煤矸石∶石粉∶岩土或PCSB固化剂＝82∶14.5∶3.5，总质量100%；基层：煤矸石∶石粉∶岩土或 PCSB固化剂＝82∶13.5∶4.5，总质量100%；混合料最大干密度2.168g/cm³，最佳含水率7.6%-7.8%，松铺系数2.40；200m试验路段底基层用煤矸石784t,石粉140t，固化剂33t。3、拌合要求：机械拌合，含水率大于最佳含水率1.5-2.0个百分点，投料顺序：煤矸石、石粉、固化剂、水，加水前先干拌1.5min，加水后湿拌2.5min。4、摊铺要求：机械摊铺，按松铺系数牵基准线，保证摊铺厚度。5、碾压要求：机械碾压，先静压后振压，250kN压路机单向弱振5遍，然后用钢轮压路机收光。从拌合开始到碾压结束，要求在5h内完成施工全过程。6、施工检测：在拌合机旁抽检混合料灰剂量，并留样作试件检测强度，压实结束后现场灌沙法检测压实度和含水率。养生7d后钻芯取样检测抗压强度，检测弯沉。7、覆盖养生：碾压结束后用塑料薄膜密封，不漏缝，再在上面用养生毯覆盖保湿养生7d，养生期间禁止车辆通行。
（二）中试实施结果：1、本次中试施工完成工程量452m³（215.6mX10.5mX0.2m），道路底基层施工，实际消纳煤矸石815吨，固化剂煤矸石混合料中的固化剂平均掺量为3.3%。2、本次中试按施工方案中路床要求和配比进行的，固化剂人工加料，计量不准确，固化剂掺量未达到方案中的设定值。3、实际施工中固化剂煤矸石混合料从加水搅拌到摊铺施工成型延时时间达到了6-7小时，测试强度仍能满足设计强度要求（增加内容）。4、本中试采用了两种拌合方式，1500强制式拌合机拌合和装载机加人工拌合，材料配比相同，采用机拌固化剂煤矸石混合料7d浸水强度3.8MPa，满足3.0MPa设计要求，达到国家高等级公路的特重、极重交通标准；装载机加人工拌合，拌合不均匀，强度降低，7d浸水强度2.9MPa，满足国家公路二级路面性能要求。若修建普通公路或是乡村公路，强度要求较低，适当降低固化剂的用量，降低工程造价，更突出煤矸石筑路的优势。
（三）实验室实施案例：案例1.重量配比：煤矸石（0-5mm）：煤矸石（5-10mm）∶石粉∶岩土或 PCSB固化剂＝58：24∶15∶3，总质量100%，固化剂II号剂型；干粉搅拌1min后加水搅拌混合，混合过程中控制含水率占混合料重量的8.0%，制作试验模块50mm直径，50mm高，从搅拌混合出料到成型结束的时间≤4h，标准养护7d，其抗压强度6.9MPa，满足高等级公路特重、极重交通标准路面底基层强度3.0MPa-5.0MPa指标要求。
案例2.重量配比：煤矸石（0-5mm）：煤矸石（5-10mm）∶石粉∶岩土或 PCSB固化剂＝58：24∶14∶4，总质量100%；固化剂II号剂型；干粉搅拌1min后加水搅拌混合，混合过程中控制含水率占混合料重量的8.0%，制作试验模块50mm直径，50mm高，从搅拌混合出料到成型结束的时间≤4h，标准养护7d，其抗压强度9.9MPa，满足高等级公路特重、极重交通标准路面基层强度5.0MPa～7.0MPa指标要求。
案例3.重量配比：煤矸石（0-5mm）：煤矸石（5-10mm）∶石粉∶岩土或 PCSB固化剂＝58：24∶13∶5，总质量100%；固化剂II号剂型；干粉搅拌1min后加水搅拌混合，混合过程中控制含水率占混合料重量的8.0%，制作试验模块50mm直径，50mm高，从搅拌混合出料到成型结束的时间≤4h，标准养护7d，其抗压强度12MPa，混合料延时4h强度10.2MPa，满足高等级公路特重、极重交通标准路面基层强度5.0MPa-7.0MPa指标要求。
案例4.重量配比：煤矸石（0-5mm）：煤矸石（5-10mm）∶石粉∶岩土或 PCSB固化剂＝28：58∶9∶5，总质量100%，固化剂I号剂型；干粉搅拌1min后加水搅拌混合，混合过程中控制含水率占混合料重量的8.0%，制作试验模块50mm直径，50mm高，从搅拌混合出料到成型结束的时间≤4h，标准养护7d，其抗压强度6.4MPa，混合料延时强度5.9MPa，满足高等级公路特重、极重交通标准路面基层强度5.0MPa-7.0MPa指标要求。
案例5.配比：煤矸石（0-5mm）：煤矸石（5-10mm）∶石粉∶岩土或 PCSB固化剂＝38：40∶17∶5，总质量100%；干粉搅拌1min后加水搅拌混合，混合过程中控制含水率占混合料重量的8.0%，制作试验模块50mm直径，50mm高，从搅拌混合出料到成型结束的时间≤4h，湿水养护7d，其抗压强度8.5MPa，满足高等级公路特重、极重交通标准路面基层强度5.0MPa-7.0MPa指标要求。
另外，需要补充说明的是岩土固化剂重量配比2.5%和5.5%时，以及石粉重量配比为19.5%和8.5%，混合过程中控制含水率占混合料重量的5.0%和10%时，经实验证明：也能取得符合要求的技术效果。经实验证明：当粒径0-10mm的煤矸石中粒径0-5mm重量占比为60-80%左右，粒径5-10mm重量占比为20-40%左右时，与粒径0-10mm的煤矸石原料中粒径0-5mm重量占比33-71%，粒径5-10mm重量占比为29-67%时相比，能够取得更好的技术效果。
总之，本发明固化煤矸石的道路基层材料及制作施工方法具有能解决煤矸石自燃、泥化，遇水性能不稳定，满足道路基层的路用性能需要，应用于道路基层能实现固体废弃物大消纳量的资源化利用的优点。

Claims (10)

1.一种固化煤矸石的道路基层材料，其特征在于原料重量配比为2.5%-5.5%岩土固化剂，8.5-19.5%石粉和余量的0-10mm粒径煤矸石。
2.根据权利要求1所述固化煤矸石的道路基层材料，其特征在于原料重量配比3%-5%岩土固化剂，9-17%石粉和余量的0-10mm粒径煤矸石；所述原料干拌混合，加水湿拌混合控制重量比含水率5-10%，摊铺在路床上，碾压养生成道路基层；粒径0-10mm的煤矸石原料中粒径0-5mm重量占比33-71%，粒径5-10mm重量占比为29-67%。
3.根据权利要求2所述固化煤矸石的道路基层材料，其特征在于加水湿拌混合后的混合料重量比含水率为7.6-10%，干密度≤2.168g/cm³，松铺系数2.40；粒径0-10mm的煤矸石中粒径0-5mm重量占比为60-80%左右，粒径5-10mm重量占比为20-40%左右。
4.根据权利要求2-3任一所述固化煤矸石的道路基层材料，其特征在于所述道路基层由自下至上的底基层和基层组成，并且底基层的石粉用量大于基层的石粉用量、基层的岩土固化剂用量大于底基层的岩土固化剂用量；摊铺要求：机械摊铺，按松铺系数牵基准线，保证摊铺厚度。
5.根据权利要求2-3任一所述固化煤矸石的道路基层材料，其特征在于0-10mm粒径煤矸石重量配比78-86%；碾压要求：机械碾压，先静压后振压，250kN压路机单向弱振5遍，然后用钢轮压路机收光；从拌合开始到碾压结束，要求在5h内完成施工全过程；所述养生为覆盖养生。
6.根据权利要求5所述固化煤矸石的道路基层材料，其特征在于0-10mm粒径煤矸石重量配比≥82%，固化剂重量配比为3-5%：覆盖养生是碾压结束后用塑料薄膜密封，不漏缝，再在上面用养生毯覆盖保湿养生7d，养生期间禁止车辆通行。
7.权利要求1所述固化煤矸石的道路基层材料的制作施工方法，其特征在于是将道路基层材料：重量配比为2.5%-5.5%岩土固化剂，8.5-19.5%石粉和余量的0-10mm粒径煤矸的原料与适量的水充分搅拌后，加水搅拌混合控制重量比含水率5-10%，摊铺在路床上、碾压养生成道路基层。
8.根据权利要求7所述制作施工方法，其特征在于粒径0-10mm的煤矸石原料中粒径0-5mm重量占比33-71%，粒径5-10mm重量占比为29-67%；路床的要求：表面平整无松散，压实度达96，表面弯沉≤198，摊铺前适当洒水湿润。
9.根据权利要求7所述制作施工方法，其特征在于加水湿拌混合后的混合料重量比含水率为7.6-10%，干密度≤2.168g/cm³，松铺系数2.40；粒径0-10mm的煤矸石中粒径重量占比为0-5mm占比60-80%，粒径5-10mm重量占比为20-40%。
10.根据权利要求7-9任一所述制作施工方法，其特征在于0-10mm粒径煤矸石重量配比78-86%；所述道路基层由自下至上的底基层和基层组成，并且底基层的石粉用量大于基层的石粉用量、基层的岩土固化剂用量大于底基层的岩土固化剂用量；摊铺要求：机械摊铺，按松铺系数牵基准线，保证摊铺厚度。
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