CN114213072B - 高含水率淤泥质渣土制备路基填料的处理工艺及路基填料 - Google Patents

高含水率淤泥质渣土制备路基填料的处理工艺及路基填料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高含水率淤泥质渣土制备路基填料的处理工艺及路基填料，处理工艺包括：将待处理的渣土和第一固化剂分层摊铺布料，形成渣土与第一固化剂依次叠加的多层结构料；随后翻抛混合多次，得到渣土与第一固化剂均匀混合的混合料；继续翻抛以降低含水率，得到粒状料；将除杂过筛后的粒状料与第二固化剂混合均匀，得到路基填料。该工艺可高效低成本的大批量处理高含水率淤泥渣土制备路基填料，具有拌合处理效率高、干燥降水快、路基填料力学性能稳定以及制备成本低等优点，实现了高含水率淤泥质渣土在道路工程中的资源化利用，具有良好的社会、经济及环境效益。

Description

高含水率淤泥质渣土制备路基填料的处理工艺及路基填料
技术领域
本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种高含水率淤泥质渣土制备路基填料的处理工艺及路基填料。
背景技术
随着我国城市化快速发展，工程渣土产量逐年增长，已成为城市管理的一大难题，特别是人口密集度较高的一二线城市。另外，随着国家环保要求日趋严格，工程渣土随地堆放、废弃等传统粗放的处置方式已成为不可能，因此，大量的工程渣土亟需消纳处置与资源化利用。利用渣土制备路基填料是实现工程渣土大规模消纳处置与资源化利用的有效途径之一。我国东南沿海地区，工程渣土大多为淤泥质黏土，具有含水率高，黏性大，塑性指数大，工程性质差等特点，并且含有石块、瓦块、混凝土块、废塑料等杂物，不能直接作为路基填料，需经改良、干燥降低含水率处理，才可实现路基填筑。
如专利CN 110593036 A用工程挖机或强力搅拌设备将水泥、生石灰或矿渣等固化材料与高含水率工程弃土拌合，闷料时间不少于3天，然后翻挖及晾晒等处理至土体含水率降至40％以下，再对混合料进行破碎处理后并继续翻挖、晾晒进一步降低含水率至略高于最佳含水率，再次加入粉碎土粒质量的2～5％的水泥、熟石灰或矿渣微粉等固化材料并进行充分拌合后得到路基填料。专利CN113442291A将占淤泥质渣土质量6％以上的石灰、水泥或火山灰质材料等固化剂材料与淤泥质渣土用双轴搅拌机进行混合实现粒料化，对粒料翻抛养护，实现减水和粒料均匀化，当粒料含水率至不高于最佳含水率+5％，完成再生路基填料的制备。但现有技术具有以下不足：
1)现有工艺对高含水率工程渣土或弃土3天以上闷料处理、或对高含水率淤泥质渣土用双轴搅拌机混合实现粒料化处理，渣土与固化剂拌合处理效率较低，不能实现渣土高效率、大批量处理。2)现有采用固化剂为石灰、水泥以及火山灰质材料(粉煤灰，矿渣)等传统胶凝材料对渣土进行改良，也能降低部分含水率，但主要通过翻挖、翻抛、晾晒等传统干燥方式对渣土实现降低含水率，含水率降低较慢，尤其是对较大摊铺厚度渣土，降低含水率至设计要求时间较长，干燥降水效率较低。3)通过翻挖、翻抛、晾晒等传统干燥方式降低含水率时间较长，熟石灰逐渐碳化生成碳酸钙，水泥发生水化、碳化失去胶结作用，导致固化剂材料用量较大，增加了渣土处理的成本，导致性价比降低，失去市场竞争力。
因此，亟需提供一种新的高含水率淤泥质渣土制备路基填料的处理工艺。
发明内容
针对现有高含水率渣土处理工艺不足，本发明提供了一种高含水率淤泥质渣土制备路基填料的处理工艺及路基填料。该工艺具有拌合处理效率高、干燥降水快、路基填料力学性能稳定以及制备成本低等优点，实现了高含水率淤泥质渣土在道路工程中的资源化利用，具有良好的社会、经济及环境效益。
本发明所采用的具体技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种高含水率淤泥质渣土制备路基填料的处理工艺，具体如下：
S1：将待处理的渣土和第一固化剂分层摊铺布料，形成渣土与第一固化剂依次叠加的多层结构料。
即摊铺一层渣土，在渣土之上摊铺一层固化剂，再在固化剂上摊铺一层渣土，再在渣土上摊铺一层固化剂，以此类推。
S2：随后翻抛混合多次，得到渣土与第一固化剂均匀混合的混合料。
高转速翻抛混合过程中翻抛叶片高速旋转，产生较大的翻抛甩出力，实现渣土与第一固化剂大量、快速的混合，并避免了高黏性渣土黏附于搅拌叶片之上导致的拌合效率低下或拌合失效，极大提高了第一固化剂与淤泥质渣土的拌合效率，这是搅拌机、翻挖机等传统拌合工艺无法比拟的。渣土与第一固化剂的多层摊铺布料手段，结合多遍反复翻抛混合，保证了渣土与第一固化剂的拌合均匀。
S3：继续翻抛以降低含水率，得到粒状料。
在翻抛过程中，可以利用通风、日晒、干燥等条件以较快速度干燥混合料。同时，第一固化剂中的干燥促进剂成分，可以改善高含水率淤泥质渣土中水与固体颗粒表面结合状态，有利于渣土中水分在固体颗粒表面充分铺展，促进混合料的传热传质，进而提高了混合料的干燥效率，使其含水率较快下降。
S4：将粒状料除去石头、混凝土块、钢筋等杂质异物，过筛处理，随后与第二固化剂混合均匀(可以采用强力搅拌机)，得到路基填料。
作为优选，过筛筛孔孔径小于30mm，优选的过筛筛孔小于20mm。
作为优选，所述待处理的渣土为含水率45～60％、有机质含量低于10％的淤泥质渣土。
作为优选，所述第一固化剂和渣土的混合质量比为2～4％。
作为优选，第一固化剂为2～3层，渣土为3～4层。
作为优选，所述第一固化剂包括68～72％的生石灰、5～15％的水泥、10～20％的火山灰质粉料和3～7％的干燥促进剂。其中，干燥促进剂为表面活性剂、分散剂与载体组成的混合物，这里提供一种制备方法，具体如下：
以10份硅醇类非离子型表面活性剂GSK-565、80份玻璃粉、5份萘磺酸盐甲醛缩合物与5份十二烷基硫酸钠作为原料，将均匀混合后得到的混合物在10～30℃温度下干燥脱水加工而成粉末状物质，即为干燥促进剂。
进一步的，所述水泥的强度等级不小于32.5级，生石灰等级不低于三级灰标准；火山灰质粉料为矿渣微粉或粉煤灰，其中，矿渣微粉等级不低于S75，粉煤灰等级不低于二级粉煤灰标准。
作为优选，所述翻抛利用翻抛机实现，翻抛机叶片转速为150～300r/min。翻抛次数可以采用4～8遍，以使混合料中各部分的颜色与干湿程度基本均匀一致，无肉眼可见固化剂聚集现象。相同功率情况下，翻抛设备对第一固化剂与渣土的拌合效率是搅拌机、翻挖机等传统设备的20～40倍。
作为优选，所述粒状料的含水率为23～25％。
作为优选，所述第二固化剂和粒状料的混合质量比为2～4％。
作为优选，第二固化剂包括80～90％的水泥和10～20％的粉煤灰或矿粉。
进一步的，所述水泥的强度等级不小于32.5级，粉煤灰的等级不低于二级灰标准，矿渣微粉的等级不低于S75。
第二方面，本发明提供了一种根据第一方面任一所述处理工艺得到的路基填料。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
1)本发明通过分层摊铺渣土与第一固化剂，并通过机械高速翻抛混合渣土与第一固化剂，极大提高了第一固化剂与淤泥质渣土的拌合效率；通过渣土与固化剂稳定配比以及多层结构摊铺布料，并多遍反复翻抛混合等工艺，保证了渣土与固化剂拌合均匀。
2)本发明通过日照、干燥通风等手段，并利用第一固化剂中干燥促进剂成分来改善高含水率淤泥质渣土中水与固体颗粒表面结合状态，有利于渣土传热传质，进而提高了渣土翻抛通风干燥效率，含水率以较快速度下降，进而提高了干燥脱水处理效率。
3)本发明的拌合与干燥处理效率高，缩短了整体处理时间，降低了熟石灰碳化程度和水泥水化、碳化程度，增强了第一固化剂的胶结作用，进而减少了第一固化剂材料的用量，有利于降低成本。其中，熟石灰是由生石灰与渣土中的水反应生成。
4)本发明可高效低成本的大批量处理高含水率渣土，设备要求低，所使用固化剂材料来源广、成本低，具有广阔的市场前景，在增加处理量的同时可以最大限度的降低成本，利于工程化应用。
5)本发明分层摊铺渣土与固化剂，不需要双轴搅拌机搅拌，现实中淤泥质渣土含有部分石块、瓦块、混凝土块、废塑料等杂物，避免了采用双轴搅拌机粒料化时大块杂物卡轴导致渣土处理过程中断。
附图说明
图1为处理工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1所示，本发明的处理工艺包括如下步骤：
步骤1：按照设定质量比例将渣土与第一固化剂分层摊铺布料，形成渣土层与固化剂层相互叠加的多层结构混合料(具体为摊铺一层渣土，在渣土之上摊铺一层固化剂，再在固化剂上摊铺一层渣土，再在渣土上摊铺一层固化剂)。
步骤2：通过翻抛机械高转速翻抛混合多层结构混合料4～8遍，得到第一固化剂与渣土均匀混合的混合料，极大提升了渣土与第一固化剂的拌合效率与拌合均匀性。
步骤3：继续翻抛、并充分利用日晒、通风等自然条件以及第一固化剂中的干燥促进剂的促进作用以较快速度干燥混合料使含水率降至23～25％，得到粒状料。
步骤4：将过筛后的粒状料与第二固化剂混合均匀后，制得路基填料。
实施例1
取工程渣土，经测试其含水率为55％，液限为51％，塑限为32％，称取3％的第一固化剂(占渣土的质量比)。第一固化剂成分包括68％的生石灰，12％的水泥、15％的粉煤灰与5％的干燥促进剂。先将三分之一份的工程渣土均匀摊铺平整，随后将二分之一份的第一固化剂均匀铺洒于该渣土之上；然后再将剩余二份三分之一份的工程渣土与剩余一份二分之一份的第一固化剂逐层摊铺，形成渣土与第一固化剂相互叠加的类似三明治的多层结构混合料。用翻抛机以200r/min叶片转速快速翻抛混合多层结构混合料6遍，得到第一固化剂与渣土均匀混合的混合料，第一固化剂与渣土的拌合处理能力可达200m3/h。继续利用通风、日晒与翻抛等条件，以及第一固化剂中的干燥促进剂的作用，以较快干燥速度干燥混合料至其含水率达到24％，得到粒状料。
在本实施例中，混合料的摊铺厚度为15cm，在微风、平均气温20℃的条件下，翻抛干燥3天，混合料含水率可达到24％，得到粒状料。最后将粒状料过孔径为20mm的筛，并再加入筛后粒状料质量2％的第二固化剂，第二固化剂成分包括80％的水泥和20％的粉煤灰，混合均匀即得到路基填料。
对本实施例得到的路基填料按照公路土工试验规程(JTG3430-2020)进行压实度与加州承载比(CBR)性能测试，其中，CBR是指试料贯入量达2.5mm或5mm时，单位压力对标准碎石压入相同贯入量时标准荷载强度(7MPa或10.5MPa)的比值，用百分数表示。结果表明，通过本实施例得到的路基填料CBR为65％，压实度为97％，该路基填料可用于路堤路床填筑。
实施例2
取工程渣土，经测试其含水率为45％，液限为41％，塑限为26％，称取2％第一固化剂，第一固化剂成分包括72％的生石灰，15％的水泥、10％的矿粉与3％的干燥促进剂。先将四分之一份的工程渣土均匀摊铺平整，随后将三分之一份的第一固化剂均匀铺洒于该渣土之上；然后再依次将剩余的三份四分之一份的工程渣土与两份三分之一份的第一固化剂逐层摊铺，形成渣土与第一固化剂相互叠加的类似三明治的多层结构混合料。翻抛机以150r/min叶片转速快速翻抛混合多层结构混合料8遍，得到第一固化剂与渣土均匀混合的混合料，第一固化剂与渣土拌合处理能力可达150m3/h；继续利用通风、日晒与翻抛等条件，以及第一固化剂中的干燥促进剂的作用，以较快干燥速度干燥混合料至其含水率达到25％，得到粒料状混合料。
在本实施例中，混合料的摊铺厚度为20cm，在微风，平均气温25℃条件下，翻抛干燥4天，混合料含水率可达到25％。最后粒料状混合料过孔径为16mm的筛，并再加入筛后粒状料混合料质量4％的第二固化剂，第二固化剂成分包括85％的水泥和15％的矿粉，混合均匀即得到路基填料。
对上述路基填料按照公路土工试验规程(JTG3430-2020)进行压实度与CBR性能测试，结果表明CBR为56％，压实度为95％，该路基填料可用于路堤路床填筑。
实施例3
取工程渣土，经测试其含水率为60％，液限为47％，塑限为23％，称取4％第一固化剂，第一固化剂成分包括68％的生石灰，5％的水泥、20％的矿粉与7％的干燥促进剂。先将四分之一份的工程渣土均匀摊铺平整，随后将三分之一份的第一固化剂均匀铺洒于该渣土之上；然后再依次将剩余的三份四分之一份的工程渣土与两份三分之一份的第一固化剂逐层摊铺，形成渣土与第一固化剂相互叠加的类似三明治的多层结构混合料。翻抛机以300r/min叶片转速快速翻抛混合多层结构混合料7遍，得到第一固化剂与渣土均匀混合的混合料，第一固化剂与渣土拌合处理能力可达300m3/h；继续利用通风、日晒与翻抛等条件，以及第一固化剂中的干燥促进剂的作用，以较快干燥速度干燥混合料至其含水率达到23％，得到粒料状混合料。
以摊铺厚度为25cm的混合料为例，在微风，平均气温23℃条件下，翻抛干燥6天，混合料含水率可达到23％。最后粒料状混合料过孔径为30mm的筛，并再加入筛后粒状料混合料质量3％的第二固化剂，第二固化剂成分包括90％的水泥和10％的粉煤灰，混合均匀即得到路基填料。
对上述路基填料按照公路土工试验规程(JTG3430-2020)进行压实度与CBR性能测试，结果表明CBR为33％，压实度为93％，该路基填料可用于路堤路床填筑。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高含水率淤泥质渣土制备路基填料的处理工艺，其特征在于，具体如下：
将待处理的渣土和第一固化剂分层摊铺布料，形成渣土与第一固化剂依次叠加的多层结构料；随后翻抛混合多次，得到渣土与第一固化剂均匀混合的混合料；继续翻抛以降低含水率，得到粒状料；将除杂过筛后的粒状料与第二固化剂混合均匀，得到路基填料；
所述第一固化剂包括68～72%的生石灰、5～15%的水泥、10～20%的火山灰质粉料和3～7%的干燥促进剂；所述干燥促进剂为以10份硅醇类非离子型表面活性剂GSK-565、80份玻璃粉、5份萘磺酸盐甲醛缩合物与5份十二烷基硫酸钠作为原料，将均匀混合后得到的混合物在10~30℃温度下干燥脱水加工而成的粉末状物质；所述翻抛利用翻抛机实现，翻抛机叶片转速为150～300r/min。
2.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述待处理的渣土为含水率45～60%、有机质含量低于10%的淤泥质渣土。
3.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述第一固化剂和渣土的混合质量比为2～4%；所述的第一固化剂为2~3层，渣土为3～4层。
4.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述水泥的强度等级不小于32.5级，生石灰等级不低于三级灰标准；火山灰质粉料为矿渣微粉或粉煤灰，其中，矿渣微粉等级不低于S75，粉煤灰等级不低于二级粉煤灰标准。
5.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述粒状料的含水率为23~25%。
6.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述第二固化剂和粒状料的混合质量比为2～4%；第二固化剂包括80～90%的水泥和10～20%的粉煤灰或矿粉。
7.根据权利要求6所述的处理工艺，其特征在于，所述水泥的强度等级不小于32.5级，粉煤灰的等级不低于二级灰标准，矿粉的等级不低于S75。
8.一种根据权利要求1~7任一所述处理工艺得到的路基填料。
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