一种工业固体废弃物固化红粘土路基

摘要

本发明公开了一种工业固体废弃物固化红粘土路基，所述红粘土路基由流化床燃煤固硫灰渣、电解锰渣和红粘土组成，其中流化床燃煤固硫灰渣和电解锰渣作为土壤固化剂，各组分质量配比为：流化床燃煤固硫灰渣5～10份，电解锰渣5～10份，红粘土100份。本发明完全采用工业固体废弃物替代石灰、水泥作为固化剂固化红粘土路基，解决了红粘土路基的长期强度和稳定性问题，减少了路基隐患，提高了红粘土地区公路工程建设质量，并且有效利用了工业固体废弃物，避免了环境污染，节约了土地资源，实现了变废为宝的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种红粘土路基，特别涉及一种工业固体废弃物固化红粘土路基。

背景技术

红粘土广泛分布于我国南方地区，西起云贵高原，经四川盆地南缘、鄂西、湘西、广西 向延伸到粤北、湘南、皖南浙西等丘陵山地，总露出面积超过20万平方公里。随着我国高速 公路及各级公路的不断延伸，在红粘土地区修建的公路也逐渐增多。红粘土与普通粘土的工 程性质不同，是一种特殊的路基填筑材料，用红粘土填筑的路基表面容易失水收缩开裂，并 且在反复浸水后再失水收缩将进一步增大裂缝宽度，不利于路基整体性和路基强度形成，降 低了路基稳定性。由于南方地区雨水多，在干湿循环作用和反复的交通荷载作用下红粘土路 基的长期强度和稳定性下降，路基产生多种病害，特别是变形和表面收缩开裂较严重。在今 后的道路建设中，将存在大量红粘土筑路技术方面的问题，而目前国内利用红粘土修筑路基 技术仍不完善，因此如何使用红粘土填筑路基是需要深入研究的课题。

在红粘土地区修筑路基，在缺少针对性的处理措施情况下，常采用弃土换填，这不仅出 现大量的弃方，需征用大量土地堆放弃土，同时还得修建环保工程，影响施工进度，增加建 设费用，并造成生态环境的破坏；如采用隔水封闭，外包水稳定性较好的低液限土的技术措 施，则施工工艺复杂；而如果采用掺加砂砾、石灰、水泥等外加剂降低填料含水量、改变其 工程特性的方法处理，则分别存在质量可靠性、成本高等技术问题。总体而言，土壤固化处 理，在红粘土路基处理中具有应用范围广泛、适应性强的特点，是稳定可靠的技术措施，但 问题在于费用高。

利用地方工业固体废弃物修筑公路是降低建设成本的一条有效的技术途径，目前国内许 多地区都已经开展了大量研究。工业固体废物是在生产活动中产生的固体废物，又称工业废 渣或工业垃圾。从道路应用角度，许多工业固体废弃物可以资源化利用。通过适当方式综合 利用工业固体废弃物作为道路建筑材料，能显著降低道路建设成本，具有显著的经济和社会 环境效益。流化床燃煤固硫灰渣、电解锰渣是目前量大并且难以利用的工业固体废弃物，大 部分采用堆放，已对环境造成了严重的危害。根据流化床燃煤固硫灰渣、电解锰渣的物理化 学组成，将其应用于土壤固化的研究还比较缺乏。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种工业固体废弃物固化红粘土路基，完全采用工业固体废弃 物替代石灰、水泥作为固化剂固化红粘土路基，能够充分有效利用废弃物，解决红粘土路基 的长期强度和稳定性问题。

本发明的工业固体废弃物固化红粘土路基，所述红粘土路基由流化床燃煤固硫灰渣、电 解锰渣和红粘土组成，其中流化床燃煤固硫灰渣和电解锰渣作为土壤固化剂，各组分质量配 比为：流化床燃煤固硫灰渣5～10份，电解锰渣5～10份，红粘土100份。

进一步，所述流化床燃煤固硫灰渣为干排灰渣，其中CaO质量含量＞20%，粒径大于 0.245mm的颗粒质量含量＜3%，无放射性。

进一步，所述电解锰渣的含水率为16%～20%，粒径0.25～0.048mm之间的颗粒质量含量 ＞95%。

本发明的有益效果在于：

流化床燃煤固硫灰渣，简称燃煤固硫灰渣或固硫灰渣，是指煤炭和脱硫剂在流化床锅炉 中混合燃烧后所产生的灰渣，其中从烟道中收集到的灰状物则为固硫灰，炉底排出的块状物 则为固硫渣（参见“流化床燃煤固硫灰渣活性评定方法”，煤炭学报，第31卷第4期，2006 年8月）。电解锰渣是硫酸法浸取碳酸锰矿制备电解锰液后产生的一种含水率高的固体废弃 物（参见“电解锰渣资源化利用研究”，李明艳，重庆大学硕士论文，2010年）。本发明采 用流化床燃煤固硫灰渣和电解锰渣作为固化剂改性固化红粘土，其机理在于：固硫灰渣和锰 渣颗粒对红粘土微观结构的影响，包括物理力学过程、化学过程和物理化学过程三大过程； 红粘土是由粘土粒团为基本颗粒单元，Fe₂O₃·nH₂O，SiO₂·nH₂O等铁、硅及铝氧化物以胶 结方式将粘土粒团包住，通过胶结连接而成整体，如图1所示；掺加固硫灰渣、锰渣颗粒后， 由于固体废弃物颗粒的物理填充作用，粘土粒团间的空隙减少，并且由于物理化学过程，如 土壤颗粒与固化剂中各组分的吸附过程，包括物理吸附、化学吸附及物理化学吸附，原胶结 网络被破坏，改性后的红粘土粒在粉碎、拌合和压实过程中，土体基本单元在外力作用下更 易于彼此靠近，减小土体孔隙率，这种物理力学作用进一步增加密实度；而更重要的强度形 成机理则是化学作用，在土颗粒之间形成较强的粘结强度，包括火山灰作用、Ca(OH)₂结晶 作用、碳酸化作用、离子交换作用及灰渣本身的自硬性，这种作用使改性红粘土力学性能受 饱水及干湿循环的影响显著减小。因此，本发明的优点在于：

1）解决了红粘土路基的长期强度和稳定性问题，减少了路基隐患，提高了红粘土地区公 路工程建设质量；

2）有效利用工业固体废弃物作为建筑材料，避免了环境污染，节约了土地资源，实现了 变废为宝的目的；

3）由于完全不需要水泥、石灰等胶结料，显著降低了固化剂成本，采用不同固体废弃物 的协同作用，通过催化、激发生成更多胶凝物质，充填空隙或形成强度骨架；

4）施工工艺简单，便于推广应用，并且由于固化土对最佳含水率不敏感，施工质量更容 易控制。

附图说明

图1为红粘土的粒团胶结结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将对本发明的优选实施例进行详 细的描述：

实施例1

本实施例的工业固体废弃物固化红粘土路基由流化床燃煤固硫灰渣、电解锰渣和红粘土 组成，其中流化床燃煤固硫灰渣和电解锰渣作为土壤固化剂，各组分质量配比为：流化床燃 煤固硫灰渣5份，电解锰渣5份，红粘土100份。

实施例2

本实施例的工业固体废弃物固化红粘土路基由流化床燃煤固硫灰渣、电解锰渣和红粘土 组成，其中流化床燃煤固硫灰渣和电解锰渣作为土壤固化剂，各组分质量配比为：流化床燃 煤固硫灰渣8份，电解锰渣7份，红粘土100份。

实施例3

本实施例的工业固体废弃物固化红粘土路基由流化床燃煤固硫灰渣、电解锰渣和红粘土 组成，其中流化床燃煤固硫灰渣和电解锰渣作为土壤固化剂，各组分质量配比为：流化床燃 煤固硫灰渣10份，电解锰渣10份，红粘土100份。

实施例1～3中，固体废弃物原料质量控制参数为：流化床燃煤固硫灰渣为干排灰渣，其 中CaO质量含量＞20%，粒径大于0.245mm的颗粒质量含量＜3%，无放射性；电解锰渣的 含水率为16%～20%，粒径0.25～0.048mm之间的颗粒质量含量＞95%。

实施例1～3的红粘土路基的施工方法，包括拌合工艺、压实施工和养护的步骤；其中拌 和工艺可分别采用场拌和路拌，如为借方填筑，以场拌为主，如为路基土方调配，则以路拌 为主，在路基材料摊铺中，可选择采用红粘土与复合固化材料分层洒布的方式进行；压实施 工过程中控制好填料的碾压含水率，选择合适的碾实工艺。

分别取实施例1～3的红粘土路基土样，采用干土法制作最佳含水量附近的击实试件，按 照《公路土工试验规程》中承载比（CBR）试验测试其CBR值，以评价路基的强度，并采用 干湿循环3次试样CBR进一步反映真实情况下土基强度稳定性，试验结果如下表所示：

由此可见，试验中所采用的原状红粘土尽管还能满足较低等级道路（三、四级公路）路 基部分填土最小强度需要，但经干湿循环后，已不能满足规范要求；经流化床燃煤固硫灰渣 和电解锰渣改性后的红粘土，则能满足各级公路对路基填料的要求，并且受干湿循环的影响 显著减小，因此表明强度与稳定性得到明显提高，说明实施例1～3的红粘土路基能在实际工 程中应用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发 明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式 上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范 围。